3.1　供電系統的接地制式

機電設備供電系統接地制式的選用與供電電壓有很大關系，常用的供電電壓有220/380V、10（6）kV、35kV、66kV和110kV等。

3.1.1　接地制式的方式及分類

（1）機電設備的接地方式

根據供電系統接地制式的不同，機電設備接地的方式有以下幾種：

①用于輸送電能的相線（L），一般情況下不接地，但在個別條件下可能接地；

②中心線（N）與系統中性點相連，并能起輸送電能作用；

③保護中性線（PEN），兼有保護線和中性線的作用；

④將電源可以接地的一點，即電源接地點（通常是中性點）進行接地；

⑤為了接地的需要，將不接地的配電系統中可接地的一點通過特定設備進行接地，形成人工接地點。

接地制式的分類首先是依照供電系統電壓的高低壓來分的。

（2）高壓供電系統接地制式的分類

在該供電系統中，又進一步按接地方式和接地設備分類。

①在接地方式分類中，分為直接接地和不接地兩種制式。

②在接地設備分類中，分為不經接地設備的接地、經電抗器或消弧線圈的接地、經電阻器的接地、經電抗補償和電阻并聯的接地等接地制式。

然而，對機電設備接地影響更大的大多在低壓供電系統中。

（3）低壓供電系統接地制式的分類

在低壓供電系統中，進一步的分類是按配電系統和機電設備不同的接地組合來分。

按照IEC（國際電工委員會）規定，低壓配電系統接地制式一般由兩個字母組成，必要時可加后續字母。因為IEC以法文作為正式文件，因此所用的字母為相應法文文字的首字母。一般是用三段字符表達接地類型的，如圖3-1所示。

①第一個字符表示電力系統的對地關系，其中：

T（法文Terre的首字母）表示一點直接接地；

I（法文Isolant的首字母）表示不接地（包括所有帶電部分與地隔離）或通過阻抗與大地相連。

②第二個字符表示設備（裝置）的金屬外殼部分（即外露導電部分）的對地關系，其中：

T（法文Terre的首字母）表示獨立于電源接地點的直接接地，外殼金屬部分對地做直接的電氣連接，與電力系統的任何接地點無關；

N（法文Neutre的首字母）表示設備外殼金屬部分直接與電源系統接地點或與該點引出導體做直接的電氣連接。

因此，一般低壓配電系統的接地制式可分為TN系統、TT系統和IT系統。

③第三個字符表示中性線（零線）N與保護線PE的關系，其中：

S（法文Separateur的首字母）表示中性線（零線）N與保護線PE是分開的；

C（法文Combinasion的首字母）表示中性線（零線）N與保護線PE是合一的，合并為PEN線；

C-S表示在電源側為PEN線，從某點分開為N及PE線。

低壓配電系統總的接地制式劃分為TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT五種。通常，直接接地主要應用于中性點不接地或不直接接地的IT系統電網中；保護（通過PE或PEN）接地，主要應用于低壓中性點直接接地的TN系統電網中。

3.1.2　TN系統接地制式組成及特點

TN系統即電源中性點直接接地、設備外露可導電部分與電源中性點直接電氣連接的系統。TN系統接地的關鍵是中性線N與保護線PE的合并問題。所謂N的英文“neutral point”，意思是“中性點，零壓點”，PE的英文“protecting earthing”，意思是“保護導體、保護接地”。

（1）TN系統的特點

TN系統主要是靠單相碰殼故障變成單相短路故障（短路電流是TT系統的5.3倍），并通過短路保護切斷電源來實施電擊防護的。從電擊防護的角度來說，單相短路電流大或過電流保護器動作電流值小，對電擊防護都是有利的。

（2）TN系統的細分

TN系統節省材料、工時，在我國和其他許多國家廣泛得到應用。TN方式供電系統中，根據其保護零線是否與工作零線分開而劃分為TN-S系統、TN-C系統、TN-C-S系統三種形式。

（3）TN系統的組成

在TN系統中，所有機電設備的外露導電部分要接在保護線上，與配電系統的接地點相連接。這個接地點通常是配電系統的中性點。如果沒有中性點（如配電變壓器的二次側為三角形接線）或未引出中性點，可將變壓器二次側的一相接地，但該接地線不能用作PEN線。保護線應在每個變電所附近接地。配電系統引入建筑物時，保護線在其入口處接地。為了使故障時保護線的電位盡量接近地電位，盡可能將保護線與附近的有效接地電極相連。如有必要，可增加接地點，并使其均勻分布。

（4）TN-C系統

TN-C系統中的N線和PE線是一直合一的。如圖3-2所示，將PE線和N線的功能綜合起來，由一根稱為PEN線的導體同時承擔兩者的功能。在用電設備處，PEN線既連接到負荷中性點上，又連接到設備外露的可導電部分。由于它所固有的技術上的種種弊端，現在已很少采用，尤其是在民用配電中已基本上不允許采用TN-C系統。這種接地類型為三相四線制，適用于單相負荷不大、安全要求不高的工廠低壓配電系統。

TN-C系統具有如下特點。

①設備外殼帶電時，接零保護系統能將漏電電流上升為短路電流，實際就是單相對地短路故障，熔絲會熔斷或自動開關跳閘，使故障設備斷電，比較安全。

②TN-C方式供電系統只適用于三相負載基本平衡的情況。若三相負載不平衡，工作零線上有不平衡電流，對地有電壓，所以與保護線所連接的電氣設備金屬外殼有一定的電壓。

③如果工作零線斷線，則保護接零的通電設備外殼帶電。

④如果電源的相線接地，則設備的外殼電位升高，使中線上的危險電位蔓延。

⑤TN-C系統干線上使用漏電斷路器時，工作零線后面的所有重復接地必須拆除，否則漏電開關合不上閘，而且工作零線在任何情況下不能斷線。所以，實用中工作零線只能在漏電斷路器的上側重復接地。

（5）TN-S系統

N-S系統中的N線和PE線是分開的。如圖3-3所示，中性線N與TT系統相同，與TT系統不同的是，用電設備外露可導電部分通過PE線連接到電源中性點，與系統中性點共用接地體，而不是連接到自己專用的接地體，中性線（N線）和保護線（PE線）是分開的。TN-S系統的最大特征是N線與PE線在系統中性點分開后，不能再有任何電氣連接，這一條件一旦破壞，TN-S系統便不再成立。

TN-S供電系統的特點如下。

①系統正常運行時，專用保護線上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上，安全可靠。

②工作零線只用作單相照明負載回路。

③專用保護線PE不許斷線，也不許進入漏電開關。

④干線上使用漏電保護器，工作零線不得有重復接地，而PE線有重復接地，但是不經過漏電保護器，所以TN-S系統供電干線上也可以安裝漏電保護器。

⑤TN-S方式供電系統，安全可靠，適用于工業與民用建筑等低壓供電系統。

由于傳統習慣的影響，現在還經常將TN-S系統稱為三相五線制系統，嚴格地講這一稱呼是不正確的。按IEC標準，所謂“x相x線”系統的提法，是指低壓配電系統按導體分類的形式。所謂的“x相”是指電源的相數，而“x線”是指正常工作時通過電流的導體根數，包括相線和中性線，但不包括PE線。按照這一定義，TN-S系統實際上是“三相四線制”系統或“單相二線制”系統。

（6）TN-C-S系統

TN-C-S系統中的N線和PE線一部分是合一的，一部分是分開的。如圖3-4所示，N線和PE線一旦分開，以后的線路中就不能再合上了。這種TN-C系統和TN-S系統的結合形式，從電源出來的那一段采用TN-C系統，因為在這一段中無用電設備，只起電能的傳輸作用；到用電負荷附近某一點處，將EN線分開，形成單獨的N線和PE線，從這一點開始，系統相當于TN-S系統。

TN-C-S供電系統的特點如下。

①TN-C-S系統可以降低電動機外殼對地的電壓，然而又不能完全消除這個電壓，這個電壓的大小取決于負載不平衡的情況及線路的長度。要求負載不平衡電流不能太大，而且在PE線上應做重復接地。

②PE線在任何情況下都不能進入漏電保護器，因為線路末端的漏電保護器動作，會使前級漏電保護器跳閘，造成大范圍停電。

③對PE線，除了在總箱處必須和N線相接以外，其他各分箱處均不得把N線和PE線相連，PE線上不許安裝開關和熔斷器。

實際上，TN-C-S供電系統是在TN-C系統上臨時變通的做法。當三相電力變壓器工作接地情況良好、三相負載比較平衡時，TN-C-S系統在施工用電實踐中效果還是可行的。但是，在三相負載不平衡、建筑施工工地有專用的電力變壓器時，必須采用TN-S方式供電系統。這種接地類型適用于局部需要TN-S系統的場合，如工廠的低壓配電系統。

3.1.3　TT系統接地制式組成及特點

TT系統就是電源中性點直接接地、用電設備外露可導電部分也直接接地的系統，如圖3-5所示。通常將電源中性點的接地叫做工作接地，而設備外露可導電部分的接地叫做保護接地。

（1）TT系統的組成

TT系統中，這兩個接地必須是相互獨立的。設備接地可以是每一設備都有各自獨立的接地裝置，也可以若干設備共用一個接地裝置。TT系統中負載的所有接地均稱為保護接地。

①TT系統必須有一個直接接地點，機電設備的金屬外殼直接接地。一般是變壓器或發電機的中性點。如果沒有中性點，必須有一根相線接地，機電設備的外露導電部分也必須接地，由同一保護裝置保護的機電設備的所有外露導電部分用保護線連接在一起，接到其共同的接地電極上。當幾個保護裝置分級保護時，每個保護裝置所保護的所有外露導電部分也必須按照這個方法接地。

②在TT系統內，機電設備的金屬外殼用單獨的接地電極接地，與電源在接地上無電氣聯系，所以適用對電位敏感的數據處理設備和精密電子設備的供電。PE線也可各自獨立，避免發生故障時故障電壓的蔓延問題。但對中性線斷裂后引起相電壓的升高等問題，和TN系統一樣，需要采取適當措施。

③當TT系統發生接地短路時，短路電流由于受到電源側接地電阻和機電設備側接地電阻的限制，短路電流不大，故可減小接地短路時產生的危險性；但除了小容量的用電設備以外，大多數情況下不足以使一般過電流保護設備切斷電源，容易造成電擊事故。因此，TT系統特別適用于容量較小的電氣負荷。如對住宅供電時，當電氣負荷容量較大時，就必須采用剩余電流保護器。例如漏電保護器，利用接地故障時的泄漏電流使漏電保護器動作，切斷電源。由于剩余電流保護電器價格較貴，且在容量上、品種上還必須滿足大容量及特殊負荷，如電焊機、整流設備等的要求，因此給TT系統的應用帶來一定的限制性。

（2）TT系統的特點

①共用接地線與工作零線沒有電的聯系。

②正常運行時，工作零線可以有電流，而專用保護線沒有電流。

③適合于以三相負荷為主的低壓供電系統。

（3）TT系統的使用

①TT系統由于接地裝置就在設備附近，因此PE線斷線的概率小，且容易被發現。

②TT系統設備在正常運行時外殼不帶電，故障時外殼高電位，不會沿PE線傳遞至全系統，因此，TT系統適用于對電壓敏感的數據處理設備及精密電子設備進行供電；在爆炸與火災危險性等場所有優勢。

③TT系統適用于接地保護很分散的地方。

（4）TT系統的局限

①當電氣設備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電）時，由于有接地保護，可以大大減小觸電的危險性。但是，低壓斷路器（自動開關）不一定能跳閘，造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓，屬于危險電壓。

②當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，因此TT系統難以推廣。

③TT系統接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收，費工時、費料。

3.1.4　IT系統接地制式組成及特點

（1）IT系統的組成

如圖3-6所示，構成電源中性點不接地、用電設備外露可導電部分直接接地的系統。連接設備外露可導電部分和接地體的導線，就是PE線。IT系統可以有中性線，但IEC強烈建議不設置中性線（因為如設置中性線，在IT系統中N線任何一點發生接地故障，該系統將不再是IT系統了）。

（2）IT系統受供電距離的影響

①對于短距離供電線路，系統在設備或線路漏電時，單相對地漏電電流較小，不會破壞電源電壓的平衡；接地故障電壓一般不會超過50V，不會引起間接觸電的危險。如圖3-7所示。

②如果供電距離很長，供電線路對大地的分布電容不能忽視。在負載發生短路故障或漏電使設備外殼帶電時，漏電電流經大地形成回路，保護設備不一定動作，這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。如圖3-8所示。

（3）IT系統的受中性點的影響

IT系統中，圖3-9（a）是配電系統中性點與地絕緣；圖3-9（b）為配電系統中性點經阻抗接地，電源接地電極和外露導電部分的接地電極分開；圖3-9（c）為電源中性點經阻抗接地，外露導電部分接到電源的接地電極上。

（4）IT系統受電源接地的影響

IT系統的電源不接地或通過阻抗接地，機電設備的外露導電部分可直接接地或通過保護線接到電源的接地電極上。這種系統當出現第一次故障時，故障電流受到限制，電氣設備的金屬外殼上不會產生危險性的接觸電壓，因此可以不切斷電源，機電設備尚能繼續運行。此時，報警設備報警，通過檢查線路來消除故障，可減少或消除機電設備的停電時間，所以特別適用于要求能連續工作的機電設備，如大型電廠的用電和需要連續生產的生產線等。同時，由于第一次故障時的故障電流很小，因此也適用于有爆炸危險的環境。但如果在消除第一次故障前又發生第二次故障，例如不同相的雙重短路，故障點遭受線電壓，故障電流很大，非常危險，因此必須具有可靠而且易于檢測故障點的報警設備。

（5）IT系統中性線的影響

IT系統絕對不要配出中性線，因為配出中性線后，當發生第一次故障時，IT系統將根據機電設備外露導電部分的接地情況轉變為TN或TT系統，而保護設備原按IT系統配置，不能按TN或TT系統的要求動作，所以非常不安全。但因為照明電壓的需要，IT系統往往引出中性線。在這種情況下，中性線上需要裝設過電流監測裝置，該裝置受到激勵時，應將包括中性線在內的所有帶電導線從電源上斷開。如果該中性線已受到電源側保護電器的有效保護，或該回路由剩余電流保護裝置保護，且其額定剩余電流不超過該中性線載流量的0.15倍，該裝置動作時又能將所有帶電導線包括中性線斷開，則可不裝設檢測設備。

（6）IT系統的主要應用

IT系統常用于對供電連續性要求較高的配電系統，或用于對電擊防護要求較高的場所，如電力煉鋼、大醫院的手術室、地下礦井等處。

3.1.5　高壓供電系統接地制式的組成和特點

高壓系統接地制式中分為直接接地和不接地兩種制式。

（1）直接接地制式

將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）直接或通過小電阻與接地裝置相連。當發生單相接地短路時，接地電流很大，又稱為大電流接地制式。

（2）不接地制式

將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）不與接地裝置相連或通過保護、測量、信號儀表、消弧線圈以及具有大電阻的接地設備等與接地裝置相連。這種接地制式的系統，當發生單相接地短路時，接地電流很小，又稱為小電流接地制式。

（3）不直接接地制式

不直接接地是按接地設備分類的制式，如不經接地設備的接地、經電阻器的接地、經電抗補償和電阻并聯的接地等接地制式。其組成和特點如下。

①不經接地設備的接地制式，是將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）不經任何接地設備直接接地或不接地。

②經電抗器或消弧線圈的接地制式，是將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）通過消弧線圈與接地裝置相連。

③經電阻器的接地制式，是將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）通過電阻器與接地裝置相連。其中電阻器為高阻值的稱為高電阻接地制式，電阻器為低阻值的稱為低電阻接地制式。

④經電抗補償、電阻并聯的接地制式，是將變壓器或發電機的中性點（包括人工中性點）通過電抗器與電阻器并聯接地。其中電抗器采用標準規格的消弧線圈。