如何深入理解低压配电网的接地系统？低压配电接地系统有哪些方式？

　　首先先明白接地系统的几大类型：直接接地，不接地和经消弧线圈接地。

　　低压配电网大多采用非直接接地系统，即不接地或经消弧线圈接地。不直接接地系统有几个特点:

　　1.接地故障故障电流小，故而不直接接地系统又称小电流接地系统，由于其中性点不接地，接地短路电流只有一处接地即故障点，没有构成回路，所以只有非故障线路与故障线路的电容效应产生的容性电流流过接地点，同时通过线路与大地构成的电容形成回路。所以其电流很小，这也是消弧线圈为什么是感性电流补偿的原因。

　　2.非直接接地系统是对绝缘要求高。中性点不接地，则有单相接地故障时候，非故障相相电压升高为线电压，这就要求线路绝缘必须按照线电压标准设计和选购

　　3.保护配置困难，由于故障电流小，无回路，所以保护灵敏度大大降低。零序回路不通，故而零序电流保护几乎就要要求零序互感器精度大大提高。

　　同时接地选线困难，小电流接地系统用于的大多是低压配电网，如农网等，其所带负荷很多是不平衡负载，故不必切除三相线路，只切故障相线路，即能短时维持供电又减少排查故障工作量，所以市面上很多小电流接地选线系统

　　题主提出的问题很多，大多围绕接地系统、低压配电网、漏电保护器、等电位联结等和用电安全密切相关的话题，接下来将选取部分问题来回答。关于触电原理和用电安全

　　触电是电击伤的俗称，通常是指人体直接触及电源或高压电经过空气或其他导电介质传递电流通过人体时引起的组织损伤和功能障碍，重者发生心跳和呼吸骤停。 要进行用电安全防护，得先弄清触电是怎么发生的？

　　当人体触及到高压带电体形成回路时，人体将有电流通过，不同大小的电流会引发不同的生理效应：感知，反应，疼痛，灼伤，摆脱，麻痹，心室纤维性颤动。当流过心脏的电流引起心室纤维性颤动将危机生命安全。通常情况，干燥环境人体安全电压上限为55V AC（参考GB/T 3805）。安全电压具体是多少并没有一个很明确的定义，原因在于触电方式、环境状况的多样化。其中，标准GB16895.21标准规定低压电器装置外露导电部分的电压不允许超过50V。

　　我们知道，电压驱动电流的流动。在低于220V的电压时，人体触电死亡的原因在于电流流过了人体的心脏引起心室颤动。根据IEC60479-1，在不同环境条件下，不同的个体间，人体电阻波动范围较大，难以确定一个参考值。因此，也无法定义一个统一的安全电压。然而，在人们使用电器时，无法避免电器漏电等故障，这就需要统一标准实现安全用电。研究数据表明，当人体流过的电流低于30mA时，不会危及人的生命安全。如下图中曲线，当电流处于c1曲线左侧时，即<30mA，该电流流过人体不会导致电击死亡（标准描述：强烈地不自主的肌肉收缩，呼吸困难等）。因此，在低压配电系统中采用30mA作为RCD漏电保护器的动作电流。

　　但现实中，触电的发生大多是由于安全用电知识匮乏造成的。早年间论坛上有个帖子——把火线接到自来水管上，足见了解安全用电是多么重要。

　　发电机发出的电通过升压变压器将电远距离输送到城市郊区，再通过降压变压器多次降压后将电配送到终端用户，我国低压配电系统电压为380/220V AC 50Hz。

　　前面介绍，50Hz交流系统的接触电压需要小于50V，在潮湿的环境下电压限值会更低，而系统相电压为220V，因此，电器在工作电压下运行是存在潜在风险的。到底怎么降低甚至规避触电风险？这就需要了解低压配电系统的运行和接地系统。

　　接地是指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。大地的电位为零，将外露导电部分接到大地上，保持和大地等电位，可防止电击伤害。根据用途，接地可分为系统接地，保护接地，防过电压接地，屏蔽接地，防静电接地，检修接地等。

　　关于两类接地，通常是指系统接地和保护接地。系统接地也称为工作接地，将系统电源端（如发电机、变压器星形绕组中性点）带电导体接地。保护接地是指将负荷端的电气设备装置外露导电部分（金属外壳）接地，保护人体安全。如下图3中，E点发生碰壳（接地故障），电流Id通过大地流经两个接地（系统接地和保护接地）形成接地故障回路。

　　防雷接地，包括建筑物避雷针、避雷网接地和电力系统避雷器接地。在电网中，某些架空线路装设有避雷器，其目的是将雷击（直击、感应）产生的过电压通过电流导入大地释放能量，保护人身财产设备安全。参考下图4。

　　低压配电系统分为三大类：IT、TT、TN系统，TN系统又可分为TN-C、TN-S、TN-C-S，其特点如下表（参考IEC60364-1）。

　　（1） IT系统

　　IT系统的特点，中性点不接地（高阻抗接地），其外露导电部分通过PE线直接接地（具备独立的保护接地系统）。下图中，当L3相E点发生故障接地时，另外两相L1和L2的相对地电压上升到√3倍。由于没有形成导体回路，故障电流为极小的杂散电流，保护电器不动作，可继续运行，过高的电压对电路绝缘安全运行不利，同时容易造成异相电击事故，需及时解除故障。实际上IT系统的运行安全性是比较高的，比较适合于距离近安全要求较高的场合。从图5中可以看出，E点发生单相碰壳，实际上外壳通过PE线接地，将电流引入大地，由于输电距离近，实际电容电流I3的值较小，电器外壳电压抬升较小。需要注意的是，如果供电线路复杂较长，I3对E点造成的电压抬升不可忽视。IT系统电压为380V，民用电通常需要设置变压器将其变为220V。

　　（2） TT系统

　　TT系统的特点，电源中性点接地，其外露导电部分通过PE线直接接地（具备独立的保护接地系统）。由于TT系统具备外壳连接地电位，当图6中L3的E点发生碰壳时，通过电源接地电阻-电源-L3线路-电器外壳-PE线-保护接地电阻共同形成回路，故障电流通过回路，E点位置产生一定的对地电压，人触摸电器外壳时会将会遭受电击风险。另外，TT系统发生单相接地故障时，当接地电阻过大时导致故障电流过小无法通过过流保护装置切断电源，为了保障安全，TT系统必须安装RCD保护装置。切断电源。最后，TT系统采用独立接地，当发生接地故障时，故障电压不会像TN系统那样互窜，即不会在A点装置发生故障造成B装置处外壳发生电击。

　　（3） TN-C系统

　　TN系统，指电源中性点接地，其外露导电部分通过导线与接地的中性点连接进行接地的。TN-C系统，字母C表示N线和PE线合用，即PEN线，PEN不但为工作线也作接地线，最大的优势就是经济性，省去了一根导线。TN-C系统由前苏联引入，在我国广泛应用，根据当时的历史条件，其主要考虑了配电的经济性。考虑到安全性，目前该系统不再采用该系统。从用电安全的角度来说，TN-C存在着下列缺点：

　　- 电位抬升。首先，PEN线的N线和PE线共用，电器正常使用时的额定电流通过PEN线，外壳电压将会被抬升，存在着触电风险。其次，E点发生碰壳时，短路电流通过PEN线也会产生较大的电压降。再次，当其他相发生接地故障，故障电流通过电源电阻导致中性点电位抬升。外壳电压升高容易发生触电或打火。

　　- 检修风险。如果图7中的B点发生断线，电器外壳将带电220V。因此该系统不可使用2极或4极开关分断主回路，必须保证外露导电部分与PEN线连接，存在风险。

　　- 不可采用RCD保护。一般来说TN-C系统通过过电流保护装置来切断电源。如果采用RCD保护，相线和PEN线同时穿过RCD，当发生故障时相线和PEN线的电流大小相等方向相反，产生的磁场相互抵消，RCD拒动无法保护。

　　（4） TN-S系统

　　TN-S系统不同于TN-C系统，TN-S从电源中性点（中性点接地）单独引出N线和PE线。该系统弥补了TN-C系统的不足之处，不足之处增加了1根导线。

　　- 安全接地。N线和PE线相互独立，N线是否产生电压降不影响外露导体的电压。电器外露导电部分始终与PE线连接，并通过多点接地保证接触电位满足要求。

　　- 检修安全。可采用4极开关将回路断开进行检修，电器外壳通过PE线安全接地。

　　- 可安装RCD保护装置。当电器内部发生碰壳时，如下图8中E点，电流通过PE线分流，导致三相和N线的电流不平衡，RCD迅速响应并跳闸，从而切断电源。

　　TN-C-S的前半段是TN-C接地系统，后半段是TN-S接地系统，如下图9。TN-C-S系统兼顾了TN-C和TN-S系统的优点，被广泛使用。

　　实际上TN-C-S系统前半段由PEN线构成，也会产生一个电压降?UPEN，抬高了电气装置的电位。当建筑做了总等电位联结（MEB）后，从建筑局部上来看，不再有电势差。这里需要指出的是，PEN线进入建筑后，需要先连接PE母排，后连接N母排。因为如果先连接N母排，PE线因故障断开，电器还能正常工作，存在安全隐患。

　　上面介绍的TN-S或者TN-C-S系统，其实并没有完全消除安全用电隐患，因为PE线、N线 和PEN线都是相互联结，外壳总会有电位的窜升。或者一个外来的因素导致电位的升高，由于电流由外因导致，这时候RCD不会响应，如果做了总等电位联结，将建筑内部所有外露导电部分联结并与地网联结形成等电位，会大大降低触电的风险

　　需要特别指出的是，由于住宅浴室很潮湿，往往需要做局部等电位联结。因为人体浸水后，人体电阻急剧降低，即使很低的电压也能造成很大的电流通过人体发生心室纤维性颤动。现今的建筑，卫生间一般都配有局部等电位联结箱，不可随意拆除，可见其重要性（参考GB50096-2011住宅设计规范）。

　　前面介绍了采用RCD的重要性，其漏电保护动作电流值设置为30mA，该响应值可避免触电身亡，因此选择性能的稳定性优异的漏电保护是非常重要的，装修时，在经济允许的情况下，尽量选择质量可靠的一线品牌，如西门子。需要强调的是，漏电保护开关有一个试验按钮，为了安全，需要每个月按一次，测试是否正常工作，如不跳闸请立即更换。

　　为保证检修人员安全，在中高压电力系统中，检修前需要通过接地开关ES将主回路进行安全可靠接地。接地开关是一种将主回路接地的机械式开关装置，如下图。在异常条件（如短路）下，可在规定时间内承载规定的异常电流。接地开关广泛用于中、高压电力系统。它必须具备承受规定时间的额定短路电流的能力（STC），另外，根据需求还可具备关合短路电流（SCM）、切合静电和电磁感应电流和弧光保护的能力。

　　（1） 检修线路时工作接地。当断路器所在线路需检修时，断路器处于分闸位置，两侧隔离开关均打开，处于分闸状态。接地开关合闸，用于正常工作接地。以保证设备和检修人员的安全。

　　（2） 短路关合。由于某些因素导致电源没有被切断而处于正常带电状态，操作人员误将接地开关合到主回路，形成人为的接地短路故障，此时要求开关需具备短路关合能力。

　　（3） 切合静电、电磁感应电流。在高压领域，两条或多条共塔或邻行布置的架空输电线路中，当某一回或几回线路停电后，由于它与相邻带电线路之间产生电磁感应和静电感应，在停电的回路上将产生感应电压及感应电流。因此该接地开关具备一定的关合开断能力。

　　（4） 弧光保护。当系统内部发生弧光引发内部燃弧故障时，该超快速接地开关UFES会迅速响应，在4ms内消除系统故障电弧。因成本较高，仅在特殊情况下使用。

　　选择接地系统主要出于用电安全的考虑，电气工程师需要本着以人为本的设计理念，因地制宜，设计出合适安全配电系统和接地方式，因为它关系着生命财产安全。其中，低压系统需注意以下几点：

　　（1）住宅建筑采用TT、TN-S或TN-C-S系统，并做总等电位联结。

　　（2）住宅楼卫生间应设置局部等电位联结。

　　（3）除了过电流保护装置，回路需设置RCD保护装置。

　　（4）楼内有变电站的宜采用TN-S系统。

　　（5）接地电阻尽量小，考虑到氧化、防锈，尽量选择足够截面的铜线或铜排作为接地线，采用多点联结。

　　（6）对不间断供电和防电击高要求的场合宜采用IT系统。