低压配电系统的接地与保护

1、低压配电系统的接地与保护摘要：低压配电系统的接地和保护直接关系到人身和设备的安全，文中介绍 了低压配电系统中性点的接地方式及其特点，并针对各种接地方式下发生的接地 故障提出了具体的保护措施，重点讨论了漏电保护器的原理，选型配置原则及其 运行维护。关键词：低压配电系统；接地；漏电保护随着人们物质生活水平的提高，家用电器的种类和数量猛增，现代化住宅智 能化的发展，致使电器线路复杂密集，强电与弱电并存，因此发生电器事故的频 率明显增高。长期以来，配电系统的安全可靠运行始终是人们关注的问题，而配 电系统中性点的正确接地方式及对接地故障合理有效的保护又是保证安全生产、 系统可靠运行的重要方面。近年来，因

2、电器接地(短路)等引起的火灾、电击等 事故多有发生，并造成严重的生命财产损失，因此电器保护系统的保安性能设计 显得非常重要。在我国分布较广的三相四线制(380V/220V)低压系统中常采用以 下接地保护型和安全措施。1低压配电系统的接地方式低压配电系统的接地方式分为工作接地和保护接地。配电系统为了分别取得 相电压和线电压，减少中心点电位偏移而采用的接地，称为工作接地。电力设备 及低压用电设备的金属外壳，钢筋混凝土和电杆等由于绝缘损坏而可能带电，为 防止带电电压危及人身安全而设置的接地，称为保护接地。根据低压配电系统接地方式的不同，保护接地又可分为接零和接地两种类型。 在我国现行建筑设备规范大会

3、(JGJ / T1692)标准中将低压配电系统分为三 种，即TN系统、TT系统和IT系统三种形式。1. 1 TN系统TN系统采用接零保护，系统有一点直接接地，电气设备外露可导电部分通 过保护线（或公用中性线PEN）与接地点连接。按照中性线与保护线组合情况的不 同，TN系统又可分三种型式，盯NC系统，TNS系统和TNCS系统。1. 1. 1 TNC 系统TNC系统（如图1）中保护零线（PE）与工作零线（N）共用，当发生电气设备相 线与外壳接触故障时，故障电流经中性线回流到接地点，故障电流较大。TNC 系统适用于三相负荷基本平衡场合，若三相负荷不平衡，PE线中存在不平衡电流， 使设备外壳带电，易造

4、成人身伤害。PIE线重复接地，可有效降低零线对地电压。1. 1. 2 TNS系统TNS系统（如图2）中保护线与中性线是分开的。当发生电气设备相线与外壳 接触故障时，短路电流较大。当中性线断开时，三相负荷不平衡，中性点的电位 升高，但设备外壳及PE线无电，保证设备及运行人员的安全。外露导电部分o5Q)QCQT)O ) p_A B C N PE外露导电部分圈2 TN-S系统图1 TN-C系统1. 1. 3 TNCS系统它由两部分接地系统组成，一部分是TNC系统，另一部分是TNS系统.。 当发生电气设备相线与外壳接触时，故障同TNC系统；当中性线断开时，故障 同FNS系统。PE线重复接地，而N线不宜

5、重复接地，这样PE线连接的设备外壳 在正常运行时始终不会带电，提高了设备及运行人员的安全性。如图3所示。2 TT系统TT系统采用接地保护，系统有一点直接接地，电气设备的外露可导电部分通 过保护线PE接至与电力系统接地点无直接关联的接地极。共用同一接地保护装置 的所有外露可导电部分，必须用保护线与这些部分共用的接地极连接在一起（或 与保护接地母线、总接地端子相连）。如图4所示。1. 3 IT系统IT系统采用接地保护，系统的带电部分与大地间无直接连接（或有一点经足 够大的阻抗接地），电气设备的外露可导电部分通过保护接线全地极，且电源系 统对地应保持良好的绝缘状态。严禁任何带电部分（包括中性线）直接

6、接地，一般 情况下不宜引出N线如图5所示。2低压配电系统接地故障的保护2. 1低压配电系统保护的一般要求低压配电系统应根据不同的故障类型和具体工程要求装设短路保护、过负荷 保护、接地故障保护和中性线断线故障保护。配电系统上下级保护器的动作应具 有选择性，各级之间能协调配合，并与配电系统的特征和接地方式相适应。2. 2低压配电系统接地故障的保护措施为防止人身体间接触电和电气火灾事故而采取接地故障的保护措施，除正确 选择和整定配电线路的保护电器（负荷开关、断路器和继电器等），使其可靠切除 故障外，还应该很好地与配电系统的接地方式协同配合，不同接地方式对接地故 障的保护有不同的要求。2. 2. 1

7、TN系统接地故障的保护2. 2. 1. 1保护对时间的要求在TN系统中出现单相接地故障，因回路阻抗很小，短路电流很大，能保证设 备可靠动作，切除故障。但在保护设备动作之前，此电流在PEN或PE线上产生压 降，使故障设备的金属外壳带有危险的电位，因PEN或PE阻抗约占故障线路总阻 抗的一半以上，远远超过安全电压50V的要求，而此电位还会沿PEN或PE线传播 到非故障设备的金属外壳上。为避免人体触及带有故障电位的设备外壳时间超过 安全阈值，要求保护设备快速切除故障线路，为此对保护设备的开断时间有较高 的要求。在相线对地标称电压为380 / 220V的TN系统配电线路接地故障的保护， 其切断故障线路

8、的时间应符合如下要求：配电干线和只供给固定式用电设备的未级配电线路不应大于5s。给手握式或移动式用电设备的未级配电线路不应大于0. 4s。2.2.1.2漏电保护的措施在TN系统中一般采用过电流保护兼作漏电保护。当过电流保护不能够满足 (1)、(2)要求时，可采用零序保护，其整定值应躲过线路上最大不平衡电流，这 种保护方式只适用于变压器低压侧出线处单相接地故障，当高压侧过电流保护兼 作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时才采用。对于手握式设备、移动式设 备的供电线路中，为防止PEN及PE上故障电压的蔓延，要安装漏电电流保护，被 保护的金属外壳常采用单独接地，组成TN系统中的局部TT系统。在采用漏

9、电保护 时，所有带电载流体必须穿过漏电保护装置中电流互感器的磁回路，而严禁PEN 及PE线穿过漏电保护装置中电流互感器的磁回路。且在TN接地形式的配电系统 中，接地故障的保护装置的动作特性应符合下式要求：Zs dsW Uo式中，Zs为接地故障回路阻抗(Q)； Is为保证保护电器在规定时间内自动切 断故障线路的动作电流(A)； U。为相线对地标称电压(V)。2. 2 TT系统接地故障的保护在TT接地形式的配电系统中，接地故障的保护应符合公式(2)的要求。R sIe W 50V(2)式中，R s为外露可导电部分的接地极电阻(Q )； Ie为保证保护器切断故障线路的 动作电流(A)。Ie值与所采用的

10、保护器有关，当采用漏电电流动作保护器时，Ie为额定漏电 动作电流：当采用反时限特性过电流保护器时，如供给固定式设备，Ie为在5s内 切断故障回路的动作电流；如供给手握式和移动式电器设备，切断回路的时间应 符合表1所列数据值；当采用瞬时短路保护电器时，Ie为瞬时切断故障线路的动 作申流。表1预期接触电压与切断故障回路的最大时间预期接触电压/V50759098110150220切断故障回路最大时间/S50.60.450.40.360.270.17一般情况下TT系统接地故障采用多级漏电电流保护方式，但不宜超过三级。 只有满足(2)式要求时，反时限特性和瞬时动作特性的过电流保护才可使用。其 电流侧漏电

11、保护装置动作可返回时间应大于负荷侧漏电保护器装置的全分断时 间。并且TT配电系统线路内由同一接地故障的保护电器外露导电部分应用PE线接 全公用的接地极上，接地电阻值不应大30。.2. 2. 3 IT系统的接地故障的保护IT系统配电线路接地故障的保护应满足(3 )式要求：R sIe W 50V(3)式中，R s为外露可导电部分的接地极电阻(。);Ie为相线和外露可导电部分间 第一次接地故障电流(A),它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。由于IT系统中性点是绝缘的，因此单相接地故障短路电流很小，仅是非故障 相的电容电流，即使计及泄漏电流，它的值也是很小，因此当发生单相接地故障 时，可不自

12、动切断供电，但应当采用绝缘监视装置进行声光报警，并应在切实可 行的时间内切除故障。当接地故障发展到二相或三相时，可采用线路的过电流保护装置切除短路故 障。当设备外壳成组接地时，切除故障的时间应符合TN系统的要求。当设备外壳 采用单独接地时，切除故障的时间应符合TT系统的要求。并且在发生第二次接地 故障时，应由过电流保护器或漏电电流动作保护装置切除故障，同时应符合以下 要求：当不配出N线时Zs daW厄 Uo当配出N线时式中，Zs为包括相线和PE线在内的故障回路阻抗(。)；Zs,为包括相线、N线和 PE线在内的故障回路阻抗(Q )； I为保护电器切断故障回路的动作电流(A)。a对于IT配电系统一

13、般不宜配出N线，此时在0. 4s内切断故障回路的动作电流； 如有N线配出时，需要将该N线装设过电流保护器，并在0. 8s内切断故障回路的 动作电流，使包括N线在内的所有带电体断电。3漏电保护器(RCD)3.1漏电保护器的分类漏电保护器按动作原理电压动作型、电流动作型、交流脉冲型、直流动作型。 其中电流动作型的灵敏度高。性能好、应用普遍。RCD按辅助电源的有无分为：(1) ERCD:需要辅助电源的电子式剩余电流动作漏电保护器。主要用于住宅 和民用建筑接地故障保护。优点：脱扣器简单、成本低、广泛应用、(2 ) MRCD :不要辅助电源的电磁式剩余电流动作漏电保护器主要用于高级建 筑的接地故障保护。

14、优点：抗干扰力强，动作可靠，不受辅助电源影响，但脱扣 器加工工艺复杂，成本高。在ERCD使用中，主要用于接地故障导致辅助电源电压低落而影响其动作可 靠性。所以剩余电流动作保护器一般要求规定辅助电源最低可靠性动作电压： Vk50V。前面所述TT、TN-c、TN-s接地配电系统能满足Vr50V要求。对TN-c-s接地 系统，如果用ERCD做总漏电保护时应与出线支路开关的额定电流InW16A相配合， 可有利于避免保护死区。当ERCD为住宅分户漏电保护时应将ERCD设在分户配电箱 中，使能满足Vk50V的要求。3.2漏电保护器的配置(1)末级RCD可装在动力或照明配电箱内，用以家用电器，固定安装电器、

15、 移动式电器、携带式电器及临时用电的漏电保护器是直接防止人身触电的保护装 置，其额定漏电动作电流30mA。动作时间0.1s。手持式电动器及特别潮湿的 场所的用电设备，漏电动作电10mA；(2)中级RCD应装在接户线进入集表箱电源闸刀的负荷侧，它可防止接户 线全末级保护器间的触电伤亡事故，也是末级RCD的后备保护，额定漏电动作 电流选45-60mA，时间为0.1-0.2S。漏电总保护器应装在配电低压总的电源侧宜 选用电流型RCD .其漏电动作电流选择以防止间接接触的触电保护为主，并在躲 过电网正常漏电电流的前提下尽量选得小些。对漏电电流较小的低压网，以 75mA、100mA、150mA三档可调为

16、宜。三级RCD动作电流与分断时间的配合是提高RCD正确动作率和投运率的 必要措施，是提高供电安全性、可靠性的技术手段。3.3漏电保护器的选型RCD的类型繁多，结构不同、性能各异。经运行实践表明：如果三级保护 使用多家产品，动作电流。分断时间难以上下配合，误动较多，扩大了停电范围， 给管理带来很大麻烦。为此RCD的选用必须符合漏电电流动作保护器的规 定；同一台区内单机保护应选同一厂家的产品。科学匹配、统一调试，达到灵敏 而不误动，切实起到分级保护的作用。3.4漏电保护器的运行RCD的安装检验应符合说明书的规定并按RCD安装要求投入运行；同一供电系 统中应采用相同的接地保护系统，正常通过工作电流的相线、中性线必须通过 RCD，且必须对地绝缘。正常不通过电流的保护线不得通过RCD，且必须接地。当 总RCD采用电流型RCD时，变压器中性点必须接地。电网的零线不得重复接地。保 护的零线相线不得与其他回路共用。当末级RCD投不上火频繁动作时不宜多次强 行试送，应检查回路有无明显故障，或检测线路绝缘电阻值，晴天0.5MQ，雨天 0.2MQ。