TN系统及保护接地的探讨摘要：一直以来很多电气技术人员对TN系统及保护接地的概念模糊不清，工作 时并没有意识到安全隐患，甚至造成了不必要的设备故障和人身伤亡事故本文 主要对TN系统及保护接地的原理以及其应用进行阐述，并对一些易混淆的概念 进行了说明关键词：TN系统接地接零1、 引言人身触电事故的发生，一种情况是人体直接触及电气设备的带电部分，即直 接接触触电，另一种情况是人体接触平时不带电，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），即间接接触触电接 地与接零是为进行间接接触触电的防护而采取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2、 低压配电系统的分类及定义我国380/220V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式基本 供电系统中常说的三相三线制和三相四线制等，这些术语不是十分严格国际电 工委员会（IEC）对此作了统一规定，按其保护接地型式分为TN系统、TT系 统、IT系统，其中TN系统分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统如图1—4其中N表示中性线（neutral wire）,其功能一是用来接采用额定电压为系 统相电压的单相用电设备的，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电 流，三是减小负荷中性点的电位偏移。
PE表示保护线（protective wire），是 为了保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线系统中所有设备的外露可 导电部分（指正常不带电但故障情况下可能带电的易被触及的导电部分，如金 属外壳、金属构架等）通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减小触电危 险PEN表示保护中性线（PEN wire），兼有中性线保护线的功能这种保护中 性线在我国通称“零线”，俗称“地线”，因此在平常的工作中很多电气人员看 到N就称“零线”，看到PE就称“地线”，这种称谓的错误的3、 保护接地的分类保护接地是为了保障人身安全，防止间接触电而将设备的外露可导电部分 接地形式分两种：1）设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接 接地，如在TT系统和IT系统中设备外壳的接地，这种形式称“接地保护”2） 设备的外露可导电部分经公共的PE线（如在TN—S系统）或经PEN线（如在 TN-C系统）接地这种形式的接地，我国习惯称为“保护接零”上述公共的 PE线和PEN线，通称为“零线”4、 接地保护形式在配电系统中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 设备正常情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电气设备的金属外壳采用接地保护，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5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，若人体触及设备外壳，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通常规定中性点接地电阻R0和保护接地电阻Rd 均为4而人体电阻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110mA〜220 V图5我们知道，通过人体的工频电流超过50mA时心脏就会停止跳动，发生昏迷 并出现致命的电灼伤，工频100mA的电流则会迅速致人死命即使将人体电阻按 照2000计算，Ir也达55mA，对人体仍是非常危险的另一方面Id^Ur/(Rd+R0) =27.5A，不足以引起中等容量以上线路的保护装置动作(或保险丝不能熔断)， 造成漏电设备上的危险电压(Ud=IdRd^110V)将长期存在为了使用电设备的 保护装置可靠动作，一般规定接地短路电流不能小于自动开关保护装置动作电流 的1.25倍或熔断器额定电流的3倍也就是说用电设备用自动开关保护时，整 定的动作电流不能大于27.5/1.25 =22安；用熔断器保护时，熔断器的额定电流不 能大于27.5/3 = 9.2安，但实际上远远超过上述两个数值，因为用电设备的容量 越大，则保护设备的动作电流也要随着增大。
所以27.5安的接地短路电流就不 足以使容量按大的用电设备保护装置动作，不论干线首端或用电设备处，当熔断 器熔丝电流较大或自动开关瞬时脱扣器整定电流较大时，均不能可靠动作而采 用降低保护接地电阻Rd的办法以降低漏电设备外壳对地电压Ud，或在降低Rd 的同时降低中性点接地电阻R0以增大接地短路电流Id，从而使保护装置迅速动 作来切断电源的想法在具体实施上都是不现实的因此接地保护形式存在不定期 的局限性，如果要想在中性点直接接地低压配电网中采用接地保护型式，电网应 引出N线且采用漏电保护器，并使N线和设备PE线无一点电气联系，构成TT 系统(接地保护系统)5、接零保护5.1接零保护原理接零保护型式过去通常称为“保护接零”，是由原苏联提出来的概念但根 据《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)的规定：用电设备的接地，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用“保护接零” 一词从TN系统图中可看出，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 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线或PEN线上，而不是接 到N线上5.2在TN-C系统中采用接零保护应注意的问题5.2.1重复接地在TN-C系统中，除电源中性点必须采用工作接地外，零线应在规程规定的 地点采用重复接地，见图6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，可缩短故障的持续时间；另重复接地还可限制漏电设备的对地电压和 零线上的电压降漏保的配合问题zzzzz/zzzzz/国5场一C系统重复楼地5.2.2零线（PEN线）断线问题若零线断线，如不采用重复接地，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，这是很危险的采 用重复接地，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，若三相负荷不平衡，则会使负荷中性点电位严重漂移， 造成三相电压不对称，电压高的那相会烧坏单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。
若 采用自动开关，只有当过流脱扣器动作后能同时切除相线时，才允许在零线上装 设过流脱扣器当相线（铝绞线或钢芯铝绞线）截面为70mm2以下时，零线截面 与相线截面相同；相线截面在70mm2及以上时，零线截面不宜小于相线截面的 50%5.2.3三相负荷不平衡和高次谐波的影响当三相负荷不平衡时，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5.2.4零线的接法电气设备的金属外壳，必须采用单独的引线同零十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，这样连接若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，从而造成人身触电事故如图7所示，即为插座的错误 接法此时若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 不能正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虽能工作 但其金属外壳也带有相电压。
6、TN-C系统存在的缺陷过去我国对民用建筑特别是居民住宅一直采用以TN-C型式单相两线入户 的居多随着人民生活水平的提高，家用电器的增多，原先符合住宅设计规范的 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：(1) 现在的家用电器大多采用单相三孔插头，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线上或附近的自然接地体上，等等这些处理方法都存在安全隐患/ / / // / /#/////，//图6三孔插座和四孔插座的错误授法(2) 按《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46—88)要求：短路电流 应大于熔断器额定电流的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］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 壳呈现较高的电位，产生麻电现象虽采用重复接地可减轻此现象，这种现象一 般也不能造成人身伤亡，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。
3)对零线(PEN线)断线所带来的危害，即使采用了重复接地的措施，也 不能完全消除4） 若碰壳设备容量较大、距离电源较远，相线与零线回路电阻较大，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用重复接地，但仍不能完全消除危险5） 由于零线（PEN线）不允许切断，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6） 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接零同时存在的情况［4］由于上述原因，《住宅设计规范》（GB50096—1999）规定了居民住宅应采 用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TN—S系统（三相五线制系统），并进行总等电位连接7、 接地与接零保护混合使用问题在同一低压配电系统中，不允许将接零保护与接地保护混合使用否则当采 取接地保护的设备接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，如图8所示采 用第3节中的数据，则该电压可达110V。
…/ W、 ____厂W B IE I—* f、— 零线电位升高 £丁IE外壳接零 外壳接地 / \ \］/ / / .■/ / / / / /R口 IE IE ］日 RdL _ _ _ _Z — _ _ _ _图88、 TN-S系统的优点及实际应用TN-S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N可单独用作单相负载回路8、现场实际应用在目前化工企业中，低压配电系统大多采用TN-S系统，只有个别旧的小配 电室采用TN-C系统以现场电动机为例，从MCC室配出四芯动力电缆至电动机 接线盒，分别为A、B、C三相及PE线，且电动机外壳直接接地，如图9所示图中貌似TN-S和TT系统的混合体，其实不然，电动机外壳的接地线已通过地网 与中性点相连，而TT系统的接地线与电源中性点是没有任何电气联系的，这种 接线方式其实是一种双重保护，确保相线接地时保护能可靠动作PE电动机 夕卜壳接地通过地网连接ABCNPE8、结论尽管在TN系统中采用了接零的保护措施，但仍需注意它是针对间接接触触 电的防护措施，对于直接接触触电（人体触及相线）是不能防护的。
同时它也不 能监视设备绝缘电阻状况，如设备绝缘电阻降低造成漏电并由此产生触电事故或 引起火灾等至于在施工现场专用的中性点直接接地电网中，则必须要采用 TN—S系统。