從接地系統的一個(gè)小問(wèn)題入手，掌握最全的接地知識！值得多看幾遍

　　提到接地系統 ，可以說(shuō)一直是大部分弱電從業(yè)者的難點(diǎn)。一方面是接地系統更多用于強電中，另一方面在弱電實(shí)際工程中很多人接觸接地系統也不多。但是對于接地的原理我們應該是要掌握的。

　　有人問(wèn)：為什么回路電流走零線(xiàn)不走地線(xiàn)，而漏電流走地線(xiàn)不走零線(xiàn)，零線(xiàn)地線(xiàn)原理是什么?

　　如圖所示， 一直搞不清楚地線(xiàn)和零線(xiàn)的原理， 地線(xiàn)的兩端分別是什么，保護中性線(xiàn)的兩端是什么。漏電流為什么走的地線(xiàn)而回線(xiàn)的電流不走地線(xiàn)?

　　這個(gè)問(wèn)題很有典型，對保護中性線(xiàn)錯誤的認識表述很到位，的確是許多人的認知盲區。零線(xiàn)的準確名稱(chēng)是保護中性線(xiàn)。

　　先說(shuō)答案：這個(gè)主題本身就是錯的。要知道，保護中性線(xiàn)是中性線(xiàn)與地線(xiàn)的合并線(xiàn)，保護中性線(xiàn)包括了地線(xiàn)功能在內。

　　那應該怎么看?我們看圖1：

　　注意到圖1中還未出現保護中性線(xiàn)，只有三條相線(xiàn)L1/L2/L3，以及三條相線(xiàn)的中性線(xiàn)N。三條相線(xiàn)對N線(xiàn)的電壓均為220V，相線(xiàn)之間的電壓則為380V。

　　我們知道，交流電壓的表達式為：

　　， 而交流電流的表達式為：

　　。

　　注意到一個(gè)事實(shí)，當三相平衡時(shí)，中性線(xiàn)總線(xiàn)上的電壓和電流有如下特性：

　　在圖1中，具有此特性的只有標注了N字樣的中性線(xiàn)總線(xiàn)，而中性線(xiàn)支線(xiàn)是不具有此特性的。

　　對于中性線(xiàn)支線(xiàn)來(lái)說(shuō)，流過(guò)中性線(xiàn)的電流與相線(xiàn)電流大小相等方向相反。

　　我們再來(lái)看圖1。圖1中的中性線(xiàn)發(fā)生了斷裂，于是在斷裂點(diǎn)的前方，中性線(xiàn)的電壓依舊為零，但斷裂點(diǎn)的后方若三相平衡時(shí)，它的電壓為零;但若三相不平衡，則斷裂點(diǎn)后方的中性線(xiàn)電壓會(huì )上升，最高會(huì )升到相電壓。

　　事實(shí)上，我們發(fā)現，只要三相不平衡，盡管中性線(xiàn)并未斷裂，但中性線(xiàn)的電壓也會(huì )上升。

　　圖2中，在變壓器的中性點(diǎn)做了接地，此接地在國家標準和規范中，被稱(chēng)為系統接地。注意，這里的接地符號是接大地的意思。

　　系統接地的意義有兩個(gè)：

　　第一個(gè)意義：系統接地使得變壓器的中性線(xiàn)的電位被強制性地鉗制在大地的零點(diǎn)位;

　　第二個(gè)意義：給系統的接地電流提供了一條通道;

　　值得注意的是：圖2中的N線(xiàn)因為有了工作接地，所以它的符號也變了，變成PEN，也就是題主主題中的保護中性線(xiàn)。

　　保護中性線(xiàn)在這里，保護優(yōu)先于中性線(xiàn)功能。

　　通過(guò)前面的論述我們已經(jīng)知道，若保護中性線(xiàn)斷裂，由于保護性中性線(xiàn)具有中性線(xiàn)功能，所以斷裂點(diǎn)后部的保護性中性線(xiàn)電壓可能會(huì )上升。

　　事實(shí)上，保護性中性線(xiàn)斷裂點(diǎn)后部的由電壓完全由下式?jīng)Q定：

　　可以看出，如果

　　、

　　和

　　各不相同，則三相電壓就不平衡，保護性中性線(xiàn)電壓

　　當然也不等于零。

　　同理，我們可以看到保護性中性線(xiàn)斷裂點(diǎn)后部的電流也與三相不平衡有關(guān)。

　　再看圖3，我們發(fā)現保護性中性線(xiàn)PEN中采取多點(diǎn)接地的方法，以避免出現保護性中性線(xiàn)斷裂點(diǎn)后部電壓上升的情況。

　　注意哦，圖2對應的接地系統叫做TN-C，而圖3對應的接地系統叫做TN-C-S。

　　看到現在，我們可以回答問(wèn)題了。

　　我們來(lái)看圖4：

　　零線(xiàn)的準確名稱(chēng)是保護中性線(xiàn)

　　圖4中，變壓器中性點(diǎn)接地，而用電設備的外殼直接接地。

　　正常運行時(shí)，我們看到，用電設備的外殼根本就不會(huì )有任何電流流過(guò)。

　　現在，我們來(lái)分析L3相對用電設備的外殼發(fā)生碰殼事故的情況。

　　我們首先遇見(jiàn)的是外殼接地電阻有多大這個(gè)基礎參數。在國家標準GB50054《低壓配電設計規范》中，把外殼接地后的電阻以及地網(wǎng)電阻合并叫做接地極電阻，并規定它的值不得大于4歐。但在工程上，一般認為接地極電阻為0.8歐。

　　其次，我們需要知道保護性中性線(xiàn)電纜的電阻是多少。這個(gè)值可以根據具體線(xiàn)路參數來(lái)考慮。方便起見(jiàn)，不妨先規定這條保護性中性線(xiàn)電纜的長(cháng)度是100米，電纜芯線(xiàn)截面是16平方毫米，它的工作溫度是30攝氏度，則它的電阻為：

　　有了這兩個(gè)數據，我們就可以來(lái)進(jìn)行實(shí)際計算了。

　　我們看圖4的下圖，我們發(fā)現當L3相對用電設備的外殼短路時(shí)，保護性中性線(xiàn)中有電流流過(guò)，地網(wǎng)中也有電流流過(guò)。

　　注意到保護性中性線(xiàn)電阻和地網(wǎng)電阻其實(shí)是并聯(lián)的，按照中學(xué)的電學(xué)物理知識，我們知道并聯(lián)電路的電流與電阻的阻值成反比，也即：

　　。

　　由此推得：

　　----------------式1

　　由式1我們看到，地網(wǎng)電流與保護性中性線(xiàn)電阻和地網(wǎng)電阻的比值有關(guān)。我們把接地極電阻按4歐取值，把具體參數代入，得到地網(wǎng)電流為：

　　。

　　即便我們按工程慣例接地極電阻取為0.8歐，得到地網(wǎng)電流為：

　　。

　　也就是說(shuō)，地網(wǎng)電流只相當于保護性中性線(xiàn)電流的3%~15%而已!我們取為中間值，則地網(wǎng)電流只有保護性中性線(xiàn)電流的6%。

　　現在，我來(lái)提個(gè)問(wèn)題：

　　用電設備的外殼發(fā)生碰殼故障后，地網(wǎng)電流如此之小，與保護性中性線(xiàn)電流相比，幾乎可以忽略不計，那么用電設備的外殼帶電將長(cháng)期存在。 如此一來(lái)，必然會(huì )出現人身傷害事故。

　　那么，在實(shí)際接線(xiàn)中，我們是如何來(lái)保護人身安全的？

　　提示：這個(gè)問(wèn)題的涉及面有點(diǎn)廣，與低壓配電網(wǎng)的接地形式有關(guān)，與用電設備的保護接零及保護接地有關(guān)，與TN-C系統下到底采用斷路器保護還是采用漏電開(kāi)關(guān)保護也有關(guān)。

　　解答：從以上描述中我們看到，當發(fā)生單相接地故障時(shí)，地網(wǎng)電流很小，根本不足以推動(dòng)斷路器或者熔斷器執行保護。怎么辦呢?

　　國際電工委員會(huì )IEC提出了解決方案，這就是接地系統。

　　在具體描述之前，我們先明確幾個(gè)概念：

　　第一個(gè)概念，什么叫做系統接地或者工作接地？

　　系統接地(工作接地))指的是電力變壓器中性點(diǎn)接地，用T來(lái)表示，沒(méi)有就用I來(lái)表示。

　　第二個(gè)概念，什么叫做保護接地？

　　保護接地指的是用電設備的外殼直接接地，用T表示。若外殼接到來(lái)自電源的保護性中性線(xiàn)或者地線(xiàn)，則用N表示。

　　第三個(gè)概念，什么叫做接地形式？

　　接地形式有三種，分別是TN、TT和IT。TN下又分為T(mén)N-C、TN-S和TN-C-S。

　　知曉這幾個(gè)概念后，我們來(lái)看看IEC給出的有關(guān)TN-C和TT系統的原圖。注意，這兩幅圖是不容置疑的，是有關(guān)接地系統的權威解釋。

　　第一幅圖：TN-C接地系統和TN-S系統

　　由于電路中有系統接地，但負載外殼沒(méi)有直接接地，而是通過(guò)保護性中性線(xiàn)PEN間接接地，所以該接地系統叫做TN-C。

　　圖中左上角就是變壓器低壓側繞組，我們看到它引出了三條相線(xiàn)L1/L2/L3和一條PEN保護性中性線(xiàn)。注意到保護性中性線(xiàn)的左側有兩次接地，第一次在變壓器的中性點(diǎn)，這叫做系統接地，第二次在中間某處，叫做重復接地。重復接地的意義就是防止保護性中性線(xiàn)斷裂后其后部保護性中性線(xiàn)的電壓上升。

　　值得注意的是負載。我們看到中間的負載PEN首先引到外殼，然后再引到保護性中性線(xiàn)接線(xiàn)端子。這說(shuō)明，保護性中性線(xiàn)PEN是保護優(yōu)先的。

　　值得注意的是：我們在前面已經(jīng)描述過(guò)了，當發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)地網(wǎng)的電流實(shí)際上只有N線(xiàn)電流的6%左右。因此，TT系統下發(fā)生的單相接地故障電流相對TN要小得多。

　　有了接地系統的解釋?zhuān)覀兙涂梢曰卮饐?wèn)題了。

　　1.需要適當地放大接地電流

　　適當地放大接地電流，使得用電設備的前接斷路器可以執行過(guò)電流保護操作，這就是具有大接地電流的TN系統。

　　2.加裝漏電保護裝置RCD。

　　我們來(lái)看圖5：

　　圖5中，我們看到變壓器的中性點(diǎn)直接接地，然后分開(kāi)為N和PE，并且PE一直延伸到負載側并接到用電設備的外殼上。所以，此接地方式屬于TN-S接地系統。

　　當用電設備發(fā)生碰殼事故后，PE線(xiàn)的電阻當然小于地網(wǎng)電阻，并且PE的最前端還與N線(xiàn)相連，接地電流被放大到接近相對N的短路電流，則距離用電設備最近的上游斷路器會(huì )執行過(guò)電流跳閘保護。

　　圖5中，我們還看到從二級配電用四芯電纜引了三條相線(xiàn)和N線(xiàn)到負載側，PE線(xiàn)被切斷了，而用電設備的外殼直接接地。于是當用電設備發(fā)生碰殼事故后，接地電流只能通過(guò)地網(wǎng)返回電源。此接地方式屬于TN-S下的TT接地系統。

　　由于TT下通過(guò)地網(wǎng)的接地電流很小，所以IEC和國家標準都規定了必須安裝漏電保護裝置RCD。

　　RCD的原理如下：

　　未發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電流合并N線(xiàn)電流后的相量和為零。當發(fā)生漏電后，某相電流會(huì )增加，并且漏電流經(jīng)過(guò)地網(wǎng)返回電源，則N線(xiàn)電流依然與先前一致。于是，零序電流互感器的磁路中會(huì )出現磁通，其測量繞組中當然會(huì )出現電流，并驅動(dòng)檢測和控制部件使得前接斷路器執行漏電保護動(dòng)作。

　　RCD的動(dòng)作電流可以在30毫安以下，有效地保護了人身安全。

　　這篇文章信息量比較大，但都是接地系統經(jīng)典理論的實(shí)際應用，值得收藏多讀幾遍!