接零保护和TN系统

接零保护和TN系统

1引言

人身触电事故的发生，一种状况是人体直接触及或过分靠近设备

的带电部分，即直接接触触电；另一种状况是人体接触平常不带电，

因绝缘损坏而带电的电气设备的外露金属部分（如金属外壳、金属护

罩、金属构架等），即间接接触触申I。接地与接零是进行间接接触触

电的防护而采用的两项保护性接地措施，是电气安全技术中两个重要

的基本概念。

2TN系统

我国380/220V低压配电网广泛采纳中性点直接接地的运行方

式。依据国际电工委员会IEC标准，低压配电网中性点工作制度有3

种：TN系统、TT系统和IT系统。其中依据各国不同的做法，TN系

统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S三种型式。TN-S系统的特征是中性线

（N线）和保护线（PE线）严格分开，又称三相五线制系统，见图1。

图1TN-S系统

TN-C系统的特征是将N线和PE线的功能合在一根保护中性线

（PEN线）上，故又称为三相四线制系统，或称为接零保护系统，这

根PEN线在我国通称为“零线〃，俗称“地线〃，见图2。

图TN-C系统

TN-C-S系统中有一部分其N线和PE线结合成PEN线，有一部分

N线和PE线全部或部分分开。N线的功能是：供单相设备使用，传导

三相系统中的不平衡电流，减上三相负荷中性点的电位偏移。而PE

线的功能则是保证人身安全，防止发生触电事故。TN-C系统在我国

的工厂企业和居民住宅中是一种常用的中性点工作制度。

3接地保护型式在TN系统中运用的局限性

接地保护是为防止因电气设备绝缘损坏而使人体有遭受触电的

危险，将电气设备E常状况下不带电的外露金属部分(如金属外壳)

与接地体作直接的电气连接。其基本原理是限制漏电设备外壳对地电

压，使之不超过安全范围。有人认为在TN系统中采纳接地保护型式

可以保证人身安全，这种看法是不对的。

在TN系统中，电气设备的金属外壳采纳接地保护，一般仅能减

轻触电的危险程度，并不能绝对保证安全。分析如下：见图3(a)

所示中性点直接接地低压电网，当一相碰壳使设备外壳带电时，假设

人体触及设备外壳，则有接地短路电流流经人体电阻和接地电阻，并

通过中性点形成回路，其等值电路见图3(b)。假设中性点接地电阻

Ro和保护接地电阻Rd均为4Q,人体电阻Rr约1000。，在计算流

经接地体的电流Id时可忽略不计Rr的影响，则流经人体的电流Ir

约为：

I厂Ur/Rr=IdRd/Rr=UxRd/(Rd+Ro)Rr=100mA

图3中性点直接接地配电网保护接地分析

设备的接地，一般可区分为保护性接地和功能性接地；保护性接地又

可分为接地和接零两种型式。可见严格意义上讲不应再采纳“保护接

零〃一词。

接零保护是为防止因电气设备绝缘损坏而使人体有遭受触电的

危险，将电气设备E常状况下不带电的外露金属部分（如金属外壳）

与电网的保护线（PE线或PEN线）相连接。当一相碰壳而使接零设

备金属外壳带电时，单相接地短路电流通过该相线和PE（PEN）线形

成回路，而不经过电源中性点接地装置，见图4。由于故障回路相线、

PE（PEN）线阻抗很小，所以单相短路电流很大，它可使线路上的保

护装置〔如熔断器、开关等）迅速动作，从而切除漏电设备电源，以

起到保护作用。接零保护适用于TN系统，一般和熔断器、脱扣器等

配合。需要注意的是，“接零〃的概念是指将设备金属外壳接到PE线

和PEN线上，而不是接到N线上。

图4保护按零原理

-C系统中采纳接零保护应注意的问题

经验说明，在TN-C系统中，除电源中性点必须采纳工作接地外,

零线应在规程规定的地点采纳重复接地，见图5。重复接地电阻与工

作接地电阻构成零线的并联分支，降低了相线一零线回路电阻，当发

生一相碰壳时，使短路电流增大，加速保护装置的动作，可缩短故障

的继续时间；另重复接地还可限制漏电设备的对地电压和零线上的电

压降。

图5TN—C系统重复接地

4.2.2零线（PEN线）断线问题

假设零线断线，如不采纳重复接地，那么在断线点后有一台设备

发生碰壳时，则断线点后所有接零设备金属外壳对地电压均接近于相

电压，这是很危险的，见图4。采纳重复接地，断线点后的接零设备

就成为接地设备，重复接地此时起到后备保护的作用。另零线断线时,

假设三相负荷不平衡，则会使负荷中性点电位严重漂移，造成三相电

压不对称从而烧坏亘相设备。零线不应在短路电流的作用下发生断

线，并为防止零线断线，零线上不得单独安装熔断器、开关装置。假

设采纳自动开关，只有当过流脱扣器动作后能同时切除相线时，才同

意在零线上装设过流脱扣器。当相线（铝绞线或钢芯铝绞线）截面为

70mniVsup>2V/sup>以下时，零线截面与相线截面相同；相线截面

在70mm<sup>2V/sup>及以上时，零线截面不宜小于相线截面的

50%o

当三相负荷不立衡时，不平衡电流在零线上产生电压降，另一方

面由于大量非线性电气设备产生的高次谐波电流也叠加到零线上，即

使零线没有断线，同时也没有设备漏电，如人体接触零线或设备金属

外壳，也会产生麻电的感觉。重复接地可减轻这种麻电现象。

电气设备的金属外壳，必须采纳单独的引线同零干线作可靠的连

接。三相380V四孔插座和单相220V三孔插座的保护接零极（PE线

极）也应单独引线接到零干线上（并联的形式）。不能将三孔插座的

保护接零极（PE线极）直接与工作零线极（N线极）相连，这样连接

假设工作零线松扣脱落时，就会使设备的金属外壳带相电压；并且此

时如将工作零线（N线）和相线（L线）接反，也会使设备的金属外

壳带相电压，从面造成人身触电事故。如图6所示，即为插座的错误

接法。此时假设三孔插座的工作零线发生断线，则接在三孔插座上的

单相设备不但不能E常工作且其金属外壳存在相电压，而接在四孔插

座上的三相设备是能工作但其金属外壳也带有相电压。

在同一台变压器或发电机供电的低压电网中，不同意将接零保护

与接地保护混合使月。这样做的后果是如果接地设备发生漏电而熔断

器未及时熔断时，会使整条零线上出现危险的电压，从而使所有接零

设备的金属外壳也同时出现危险电压，（如采纳第3段中的数据，则

该电压达110VJ

图6三孔插座和四孔插座的错误接法

5TN—C系统存在的缺陷

过去我国对民月建筑特别是居民住宅一直采纳以TN-C型式单

相两线入户的居多。随着人民生产水平的提升，家用电器的增多，原

先符合住宅制定规范的TN-C系统已不能保证电气安全的要求。TN

—C系统的缺陷主要表现在：

门）现在的家用电器大多采纳单相三孔插头，而很多地方

单相三孔插座的PE线极却是虚设的，并未单独引接PEN线，结果用

户在处理时有的干脆就不接线，有的将插座的PE线极与N线极直接

相连，也有的用一根导线将PE线极引接到电网PEN线上或四周的自

然接地体上，等等。这些处理方法都存在安全隐患。

（2）按《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-88）要

求：短路电流应大亍熔断器额定电流的4倍，但此时熔断时间却为

10~15S。显然保险丝在规定时间内熔断，仍然不能满足保证人身安全

的要求。

〔3〕由于三相负荷不平衡和高次谐波的影响而使PEN线和

接零设备金属外壳浮现较高的电位，产生麻电现象。虽采纳重复接地

可减轻此现象，这和现象一般也有能造成人身伤亡，但可能会对地引

起火花，故不适宜在居民住宅、医院、计算机中心等场所使用。

[4）对零线（PEN线）断线所带来的危害，即使采纳了重

复接地的措施，也不能完全消除。

（5）假设碰壳设备容量较大、距离电源较远，相线一零线

回路电阻较大，短路电流较小，保护装置不能迅速动作，故障设备电

源不能及时切除，PEN线和设备金属外壳就会长期带电。虽采纳重复

接地，但仍不能完全消除危险。

[6）由于零线[PEN线）不同意切断，不能作电气隔离，

故在电气检修时可能因零线对地带电压而引起人身伤亡事故。

（7）容易将相线和零线接错，或者因互换而引起设备外壳

带电。在同一系统中，容易出现保护接地与按零同时存在的状况等等。

由于上述原因，《住宅制定规范》（GB50096-1999）规定了居民住

宅应采纳TT系统（三相四线制、接地保护系统）、TN-C-S系统（部

分接零、部分为三相五线制）或