某別墅區(qū)低壓系統(tǒng)接地形式的探討

宋大偉

(中國建筑設(shè)計院有限公司， 北京 100044)

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某別墅區(qū)低壓系統(tǒng)接地形式的探討

1工程概況

本工程建筑面積約8萬m2，共有獨棟別墅158棟，分為南、北兩個部分?，F(xiàn)以北區(qū)為例，北區(qū)有別墅87棟，設(shè)兩處箱式變電站，箱式變電站低壓出線至地塊內(nèi)各總配電箱，再由總配電箱出線至小組團內(nèi)各別墅戶箱。北區(qū)總平面示意圖見圖1(圖1中粉色矩形為總配電箱，圓圈為兩處箱式變電站)。

圖1　別墅區(qū)(北區(qū))總平面示意圖

2低壓系統(tǒng)接地形式

低壓系統(tǒng)接地型式可分為TN、TT、IT三種。對于單電源系統(tǒng)，TN電源系統(tǒng)在電源處應(yīng)有一點直接接地，裝置外露可導(dǎo)電部分應(yīng)經(jīng)PE接到接地點。TN系統(tǒng)可按N和PE的配置分為：

1)TN-S系統(tǒng)，整個系統(tǒng)應(yīng)全部采用單獨的PE，裝置的PE也可另外增設(shè)接地，見圖2。

圖2　TN-S系統(tǒng)接線圖

2)TN-C-S系統(tǒng)，系統(tǒng)中的一部分，N的功能和PE的功能合并在一根導(dǎo)體中(在裝置的受電點將PEN分離成PE和N的三相四線制的TN-C-S系統(tǒng))，見圖3。

圖3　TN-C-S系統(tǒng)接線圖

3兩種低壓系統(tǒng)接地形式的比較

3.1TN-C-S系統(tǒng)

3.1.1優(yōu)點

1)TN-C-S系統(tǒng)從變電所引出三根相線及一根PEN線，在用戶電源進線處做重復(fù)接地。在做重復(fù)接地時，PEN線必須先接PE母排，然后通過連接線接中性母排。這種接地形式可以為從箱式變電站引出的低壓電纜節(jié)省一個專用的PE線，降低了一些成本。

2)TN-C-S系統(tǒng)的中性線和PE線是在低壓電源進線處才分開，不同于TN-S系統(tǒng)在變電所出線就將兩者分開，所以低壓用戶處TN-C-S系統(tǒng)中心線對PEN線的共模電壓小于TN-S系統(tǒng)。

3)由于在進線處才分出PE線，當(dāng)戶內(nèi)用電設(shè)備發(fā)生接地故障時，大大降低了人體接觸帶電設(shè)備的預(yù)期接觸電壓(與圖6所述相似)。

3.1.2缺點

1)由于TN-C-S系統(tǒng)在進線處做了重復(fù)接地，PEN線需分為N線與PE線。根據(jù)GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》3.2.12條“當(dāng)從電氣系統(tǒng)的某一點起，由保護接地中性導(dǎo)體改變?yōu)閱为毜闹行詫?dǎo)體和保護導(dǎo)體時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 保護導(dǎo)體和中性導(dǎo)體應(yīng)分別設(shè)置單獨的端子或母線；

2 保護接地中性導(dǎo)體應(yīng)首先接到為保護導(dǎo)體設(shè)置的端子或母線上；

3 中性導(dǎo)體不應(yīng)連接到電氣系統(tǒng)的任何其他的接地部分。”

在PEN線改為中性導(dǎo)體與保護導(dǎo)體的施工過程中，如果PEN線先接到中性母排再接出PE母排，此時若發(fā)生連接板導(dǎo)電不良的狀況，則整個裝置內(nèi)設(shè)備都會失去PE線的接地保護，但設(shè)備仍能正常工作，使得存在的不接地隱患不易被發(fā)現(xiàn)，這對用戶來說是十分危險的。在做重復(fù)接地時，若對重復(fù)接地電阻阻值要求較低，不但對接地安全幫助不大，還增加了施工難度和不必要的投入成本，詳見圖4。

圖4　TN-C-S系統(tǒng)PEN線入戶后分開為中性線與PE線的接線圖

2)由于電氣裝置在進線處做了重復(fù)接地，整個系統(tǒng)變成了兩點接地，使供電范圍內(nèi)中性線電流可通過不正規(guī)的并聯(lián)通路返回電源側(cè)，產(chǎn)生了雜散電流。雜散電流流經(jīng)大地時會對地下的各種金屬管道或鋼筋造成一定的腐蝕，嚴重時還會導(dǎo)致電源進線處的總漏電保護器誤動作或拒動作。

3.2TN-S系統(tǒng)

3.2.1優(yōu)點

1)不需要在電源入戶處做重復(fù)接地，杜絕了因PEN線引出N線和PE線時先后順序不當(dāng)帶來的觸電危險。

2)可以預(yù)防因施工中PE線與中性線接反，形成雜散電流導(dǎo)致RCD的誤動作。

3.2.2缺點

1)多用了一根專用PE線，增加了一些投資。

2)從變壓器出線至用電設(shè)備這段線路較長，PE線阻抗較大，當(dāng)戶內(nèi)用電設(shè)備發(fā)生接地故障時，人體接觸接地故障設(shè)備的金屬外殼時的預(yù)期接觸電壓值會較高，觸電后對人傷害較大。詳見圖5～6。

低壓系統(tǒng)接地型式為TN-S時，因為配電線路很長，Zab(從變壓器引出后至用戶用電設(shè)備的保護線阻抗)值很大，當(dāng)設(shè)備發(fā)生接地故障時，人體預(yù)期接觸電壓U(U=Id·Zab)較大，會超過50V，對人危害較大，見圖5。

圖5　TN- S系統(tǒng)用電設(shè)備發(fā)生接地故障時預(yù)期接觸電壓示意圖

圖6　TN- S系統(tǒng)做總等電位后，用電設(shè)備發(fā)生接地故障時預(yù)期接觸電壓示意圖

3.3等電位聯(lián)結(jié)的應(yīng)用

低壓系統(tǒng)接地形式為TN-S，但在電源進線處做總等電位聯(lián)結(jié)時，電源進線處PE線與MEB箱連通，使得人體預(yù)期接觸電壓降低為電源進線處至故障電氣設(shè)備的PE線上的Id產(chǎn)生的電壓降。接觸電壓遠低于不做總等電位時的接觸電壓，較為安全(見圖6)。但接觸電壓仍可能高于50V，因此在對于人能觸及到的家用電器(插座)回路必須配合開關(guān)防護電器(剩余電流動作保護電器)。在發(fā)生接地故障時，自動切斷電源來預(yù)防電擊危險，并且在戶內(nèi)淋浴間等潮濕場所結(jié)合局部等電位聯(lián)結(jié)保證安全。

4其他

為達到設(shè)計及驗收規(guī)范中對建筑接地電阻阻值的要求，有條件可以將就近的別墅接地網(wǎng)用40×4的鍍鋅扁鋼連接起來，將整個別墅區(qū)連成一個整體接地網(wǎng)。這樣接地電阻值很容易達到規(guī)范的要求。本工程實測接地電阻阻值約為0.5Ω，詳見圖7。

圖7　別墅區(qū)(北區(qū))接地網(wǎng)平面圖

將整個別墅接地網(wǎng)連通后，可以將箱式變電站及其負責(zé)供電的別墅考慮為一個共同接地的“建筑”,這也符合TN-S系統(tǒng)設(shè)置的要求。

5結(jié)束語

電氣設(shè)計中，合理選擇低壓系統(tǒng)接線形式對低壓配電安全及防電擊非常重要。在選擇合適的接地系統(tǒng)的同時，必須要配合等電位聯(lián)結(jié)的使用，這樣才能在使用用電設(shè)備時更加安全可靠。綜上所述，筆者認為分散的獨棟別墅低壓系統(tǒng)接地形式宜采用TN-S系統(tǒng)并在電源進線處做總等電位聯(lián)結(jié)。以上為筆者的一些體會理解，如有不當(dāng)之處，還請各位同仁、前輩批評指正。

參考文獻

[1]GB/T 50065-2011 交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2]GB 50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]王厚余.建筑物電氣裝置600問[M].北京：中國電力出版社，2013.

Discussion on the Ground Forms of Low Voltage System of a Villa District

Song Dawei

宋大偉

(中國建筑設(shè)計院有限公司， 北京 100044)

摘要對某別墅區(qū)分別采用TN-C-S及TN-S的低壓接地系統(tǒng)進行了優(yōu)缺點分析。強調(diào)了進線處做總等電位聯(lián)結(jié)對發(fā)生接地故障時降低人體觸電危險的重要性。

關(guān)鍵詞接地電阻接地極總等電位聯(lián)結(jié)

AbstractThe following problems which earthing types of low-voltage power network of villa program are discussed. The importance of reducing the risk of electric shock when the equipotential bonding has done in grounding fault is stressed.

Keywordsearthing resistance, earth-electrode, equipotential bonding