3.1　供电系统的接地制式

机电设备供电系统接地制式的选用与供电电压有很大关系，常用的供电电压有220/380V、10（6）kV、35kV、66kV和110kV等。

3.1.1　接地制式的方式及分类

（1）机电设备的接地方式

根据供电系统接地制式的不同，机电设备接地的方式有以下几种：

①用于输送电能的相线（L），一般情况下不接地，但在个别条件下可能接地；

②中心线（N）与系统中性点相连，并能起输送电能作用；

③保护中性线（PEN），兼有保护线和中性线的作用；

④将电源可以接地的一点，即电源接地点（通常是中性点）进行接地；

⑤为了接地的需要，将不接地的配电系统中可接地的一点通过特定设备进行接地，形成人工接地点。

接地制式的分类首先是依照供电系统电压的高低压来分的。

（2）高压供电系统接地制式的分类

在该供电系统中，又进一步按接地方式和接地设备分类。

①在接地方式分类中，分为直接接地和不接地两种制式。

②在接地设备分类中，分为不经接地设备的接地、经电抗器或消弧线圈的接地、经电阻器的接地、经电抗补偿和电阻并联的接地等接地制式。

然而，对机电设备接地影响更大的大多在低压供电系统中。

（3）低压供电系统接地制式的分类

在低压供电系统中，进一步的分类是按配电系统和机电设备不同的接地组合来分。

按照IEC（国际电工委员会）规定，低压配电系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。因为IEC以法文作为正式文件，因此所用的字母为相应法文文字的首字母。一般是用三段字符表达接地类型的，如图3-1所示。

①第一个字符表示电力系统的对地关系，其中：

T（法文Terre的首字母）表示一点直接接地；

I（法文Isolant的首字母）表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。

②第二个字符表示设备（装置）的金属外壳部分（即外露导电部分）的对地关系，其中：

T（法文Terre的首字母）表示独立于电源接地点的直接接地，外壳金属部分对地做直接的电气连接，与电力系统的任何接地点无关；

N（法文Neutre的首字母）表示设备外壳金属部分直接与电源系统接地点或与该点引出导体做直接的电气连接。

因此，一般低压配电系统的接地制式可分为TN系统、TT系统和IT系统。

③第三个字符表示中性线（零线）N与保护线PE的关系，其中：

S（法文Separateur的首字母）表示中性线（零线）N与保护线PE是分开的；

C（法文Combinasion的首字母）表示中性线（零线）N与保护线PE是合一的，合并为PEN线；

C-S表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N及PE线。

低压配电系统总的接地制式划分为TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT五种。通常，直接接地主要应用于中性点不接地或不直接接地的IT系统电网中；保护（通过PE或PEN）接地，主要应用于低压中性点直接接地的TN系统电网中。

3.1.2　TN系统接地制式组成及特点

TN系统即电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统。TN系统接地的关键是中性线N与保护线PE的合并问题。所谓N的英文“neutral point”，意思是“中性点，零压点”，PE的英文“protecting earthing”，意思是“保护导体、保护接地”。

（1）TN系统的特点

TN系统主要是靠单相碰壳故障变成单相短路故障（短路电流是TT系统的5.3倍），并通过短路保护切断电源来实施电击防护的。从电击防护的角度来说，单相短路电流大或过电流保护器动作电流值小，对电击防护都是有利的。

（2）TN系统的细分

TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-S系统、TN-C系统、TN-C-S系统三种形式。

（3）TN系统的组成

在TN系统中，所有机电设备的外露导电部分要接在保护线上，与配电系统的接地点相连接。这个接地点通常是配电系统的中性点。如果没有中性点（如配电变压器的二次侧为三角形接线）或未引出中性点，可将变压器二次侧的一相接地，但该接地线不能用作PEN线。保护线应在每个变电所附近接地。配电系统引入建筑物时，保护线在其入口处接地。为了使故障时保护线的电位尽量接近地电位，尽可能将保护线与附近的有效接地电极相连。如有必要，可增加接地点，并使其均匀分布。

（4）TN-C系统

TN-C系统中的N线和PE线是一直合一的。如图3-2所示，将PE线和N线的功能综合起来，由一根称为PEN线的导体同时承担两者的功能。在用电设备处，PEN线既连接到负荷中性点上，又连接到设备外露的可导电部分。由于它所固有的技术上的种种弊端，现在已很少采用，尤其是在民用配电中已基本上不允许采用TN-C系统。这种接地类型为三相四线制，适用于单相负荷不大、安全要求不高的工厂低压配电系统。

TN-C系统具有如下特点。

①设备外壳带电时，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，实际就是单相对地短路故障，熔丝会熔断或自动开关跳闸，使故障设备断电，比较安全。

②TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡的情况。若三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所连接的电气设备金属外壳有一定的电压。

③如果工作零线断线，则保护接零的通电设备外壳带电。

④如果电源的相线接地，则设备的外壳电位升高，使中线上的危险电位蔓延。

⑤TN-C系统干线上使用漏电断路器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上闸，而且工作零线在任何情况下不能断线。所以，实用中工作零线只能在漏电断路器的上侧重复接地。

（5）TN-S系统

N-S系统中的N线和PE线是分开的。如图3-3所示，中性线N与TT系统相同，与TT系统不同的是，用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体，而不是连接到自己专用的接地体，中性线（N线）和保护线（PE线）是分开的。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后，不能再有任何电气连接，这一条件一旦破坏，TN-S系统便不再成立。

TN-S供电系统的特点如下。

①系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。

②工作零线只用作单相照明负载回路。

③专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。

④干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。

⑤TN-S方式供电系统，安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

由于传统习惯的影响，现在还经常将TN-S系统称为三相五线制系统，严格地讲这一称呼是不正确的。按IEC标准，所谓“x相x线”系统的提法，是指低压配电系统按导体分类的形式。所谓的“x相”是指电源的相数，而“x线”是指正常工作时通过电流的导体根数，包括相线和中性线，但不包括PE线。按照这一定义，TN-S系统实际上是“三相四线制”系统或“单相二线制”系统。

（6）TN-C-S系统

TN-C-S系统中的N线和PE线一部分是合一的，一部分是分开的。如图3-4所示，N线和PE线一旦分开，以后的线路中就不能再合上了。这种TN-C系统和TN-S系统的结合形式，从电源出来的那一段采用TN-C系统，因为在这一段中无用电设备，只起电能的传输作用；到用电负荷附近某一点处，将EN线分开，形成单独的N线和PE线，从这一点开始，系统相当于TN-S系统。

TN-C-S供电系统的特点如下。

①TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于负载不平衡的情况及线路的长度。要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应做重复接地。

②PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作，会使前级漏电保护器跳闸，造成大范围停电。

③对PE线，除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相连，PE线上不许安装开关和熔断器。

实际上，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的做法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。这种接地类型适用于局部需要TN-S系统的场合，如工厂的低压配电系统。

3.1.3　TT系统接地制式组成及特点

TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统，如图3-5所示。通常将电源中性点的接地叫做工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。

（1）TT系统的组成

TT系统中，这两个接地必须是相互独立的。设备接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置，也可以若干设备共用一个接地装置。TT系统中负载的所有接地均称为保护接地。

①TT系统必须有一个直接接地点，机电设备的金属外壳直接接地。一般是变压器或发电机的中性点。如果没有中性点，必须有一根相线接地，机电设备的外露导电部分也必须接地，由同一保护装置保护的机电设备的所有外露导电部分用保护线连接在一起，接到其共同的接地电极上。当几个保护装置分级保护时，每个保护装置所保护的所有外露导电部分也必须按照这个方法接地。

②在TT系统内，机电设备的金属外壳用单独的接地电极接地，与电源在接地上无电气联系，所以适用对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电。PE线也可各自独立，避免发生故障时故障电压的蔓延问题。但对中性线断裂后引起相电压的升高等问题，和TN系统一样，需要采取适当措施。

③当TT系统发生接地短路时，短路电流由于受到电源侧接地电阻和机电设备侧接地电阻的限制，短路电流不大，故可减小接地短路时产生的危险性；但除了小容量的用电设备以外，大多数情况下不足以使一般过电流保护设备切断电源，容易造成电击事故。因此，TT系统特别适用于容量较小的电气负荷。如对住宅供电时，当电气负荷容量较大时，就必须采用剩余电流保护器。例如漏电保护器，利用接地故障时的泄漏电流使漏电保护器动作，切断电源。由于剩余电流保护电器价格较贵，且在容量上、品种上还必须满足大容量及特殊负荷，如电焊机、整流设备等的要求，因此给TT系统的应用带来一定的限制性。

（2）TT系统的特点

①共用接地线与工作零线没有电的联系。

②正常运行时，工作零线可以有电流，而专用保护线没有电流。

③适合于以三相负荷为主的低压供电系统。

（3）TT系统的使用

①TT系统由于接地装置就在设备附近，因此PE线断线的概率小，且容易被发现。

②TT系统设备在正常运行时外壳不带电，故障时外壳高电位，不会沿PE线传递至全系统，因此，TT系统适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备进行供电；在爆炸与火灾危险性等场所有优势。

③TT系统适用于接地保护很分散的地方。

（4）TT系统的局限

①当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减小触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。

②当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，因此TT系统难以推广。

③TT系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收，费工时、费料。

3.1.4　IT系统接地制式组成及特点

（1）IT系统的组成

如图3-6所示，构成电源中性点不接地、用电设备外露可导电部分直接接地的系统。连接设备外露可导电部分和接地体的导线，就是PE线。IT系统可以有中性线，但IEC强烈建议不设置中性线（因为如设置中性线，在IT系统中N线任何一点发生接地故障，该系统将不再是IT系统了）。

（2）IT系统受供电距离的影响

①对于短距离供电线路，系统在设备或线路漏电时，单相对地漏电电流较小，不会破坏电源电压的平衡；接地故障电压一般不会超过50V，不会引起间接触电的危险。如图3-7所示。

②如果供电距离很长，供电线路对大地的分布电容不能忽视。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成回路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。如图3-8所示。

（3）IT系统的受中性点的影响

IT系统中，图3-9（a）是配电系统中性点与地绝缘；图3-9（b）为配电系统中性点经阻抗接地，电源接地电极和外露导电部分的接地电极分开；图3-9（c）为电源中性点经阻抗接地，外露导电部分接到电源的接地电极上。

（4）IT系统受电源接地的影响

IT系统的电源不接地或通过阻抗接地，机电设备的外露导电部分可直接接地或通过保护线接到电源的接地电极上。这种系统当出现第一次故障时，故障电流受到限制，电气设备的金属外壳上不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，机电设备尚能继续运行。此时，报警设备报警，通过检查线路来消除故障，可减少或消除机电设备的停电时间，所以特别适用于要求能连续工作的机电设备，如大型电厂的用电和需要连续生产的生产线等。同时，由于第一次故障时的故障电流很小，因此也适用于有爆炸危险的环境。但如果在消除第一次故障前又发生第二次故障，例如不同相的双重短路，故障点遭受线电压，故障电流很大，非常危险，因此必须具有可靠而且易于检测故障点的报警设备。

（5）IT系统中性线的影响

IT系统绝对不要配出中性线，因为配出中性线后，当发生第一次故障时，IT系统将根据机电设备外露导电部分的接地情况转变为TN或TT系统，而保护设备原按IT系统配置，不能按TN或TT系统的要求动作，所以非常不安全。但因为照明电压的需要，IT系统往往引出中性线。在这种情况下，中性线上需要装设过电流监测装置，该装置受到激励时，应将包括中性线在内的所有带电导线从电源上断开。如果该中性线已受到电源侧保护电器的有效保护，或该回路由剩余电流保护装置保护，且其额定剩余电流不超过该中性线载流量的0.15倍，该装置动作时又能将所有带电导线包括中性线断开，则可不装设检测设备。

（6）IT系统的主要应用

IT系统常用于对供电连续性要求较高的配电系统，或用于对电击防护要求较高的场所，如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。

3.1.5　高压供电系统接地制式的组成和特点

高压系统接地制式中分为直接接地和不接地两种制式。

（1）直接接地制式

将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）直接或通过小电阻与接地装置相连。当发生单相接地短路时，接地电流很大，又称为大电流接地制式。

（2）不接地制式

将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）不与接地装置相连或通过保护、测量、信号仪表、消弧线圈以及具有大电阻的接地设备等与接地装置相连。这种接地制式的系统，当发生单相接地短路时，接地电流很小，又称为小电流接地制式。

（3）不直接接地制式

不直接接地是按接地设备分类的制式，如不经接地设备的接地、经电阻器的接地、经电抗补偿和电阻并联的接地等接地制式。其组成和特点如下。

①不经接地设备的接地制式，是将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）不经任何接地设备直接接地或不接地。

②经电抗器或消弧线圈的接地制式，是将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）通过消弧线圈与接地装置相连。

③经电阻器的接地制式，是将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）通过电阻器与接地装置相连。其中电阻器为高阻值的称为高电阻接地制式，电阻器为低阻值的称为低电阻接地制式。

④经电抗补偿、电阻并联的接地制式，是将变压器或发电机的中性点（包括人工中性点）通过电抗器与电阻器并联接地。其中电抗器采用标准规格的消弧线圈。