TN系统与TT系统的应用分析.docx

    TN系统与TT系统的应用分析    Summary：通过对TN接地系统（以下简称TN系统）和TT接地系统（以下简称TT系统）的介绍，结合规范，阐明TN、TT系统的适用场所，及其间接接触防护的约束条件，并举例说明特定条件下的接地系统的选择；指出电气设计中接地系统的选择应“因地制宜”Keys：TN系统；TT系统；RCD；过流保护；间接接触防护引言笔者在多年的工作和学习中，发现很多人在做无等电位连接的室外配电的设计时，如小区路灯、电动门等，喜欢采用TN系统，极少采用TT系统，笔者认为这种做法欠妥，为此做了一些分析、总结1、TN系统简介TN系统包括TN-S、TN-C、TN-C-S系统，共同特点：有与电源中性点直接连接的PE导体，接地电流大，可采用过流保护电器为线路、设备等提供保护1.1TN-S系统N线与PE线自变压器中性点开始，严格分开，PE线除系统对地自然泄漏电流（极其微小）外，不承载电流，对地电位为“0”，仅在系统接地短路时，承载接地短路电流Id，此电流在PE线上产生Uf=Id*ZPE的压降，即用电设备可导电外壳（以下简称设备外壳）对地电压由于PE线至等电位联结距离很短（需确保Uf≤50V），而且过流保护电器动作时间很短，所以在有等电位联结的场所，很安全。

1.2TN-C系统N线与PE线自变压器中性点开始，合二为一，线路全长节省一根PE线，但PEN线在工作中会承载三相不平衡电流，因此，PEN线上会有一个对地电压UPEN，用电设备外壳，在正常工作时也会有一个对地电压，此电压在干燥环境中超过50V、潮湿环境中超过25V，在人触及时，将会对人体造成电击伤害随着IEC标准的引入，TN-C系统的使用范围逐步减小，目前TN-C系统较多应用于“低压输电线路”中，作为TN-C-S系统的一部分使用1.3TN-C-S系统N线与PE线自变压器中性点开始，先合二为一，在进入建筑后在总配电箱处将PEN线重复接地，并分为N线和PE线，且一经分开，不得再有电气连接正如上述，PEN线在进入建筑前带有一个对地电压UPEN，因建筑采用等电位联结，整栋建筑包括PE线均对地带电压UPEN，在建筑内无电位差，自然不会因对地电压UPEN而发生电击事故当在建筑内发生接地短路时，情形与TN-S系统相同1.4TN系统的间接接触防护采用TN系统时应满足GB50054-2011式5.2.8、5.2.10、5.2.11的要求式5.2.8Zs*Ia≤Uo，此式是对过流保护兼间接接触防护电器提出的要求，GB50054-20116.2.4条“当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定值的1.3倍。

因末端单相接地电流最小，设计校验时，应取线路末端接地短路电流，即Ia≥1.3Iset3或1.3Iset2式5.2.10ZL≤(50/Uo)Zs，此式是在有手持或移动用电设备时，对接地短路点至总等电位联结点这段PE线的阻抗提出的要求，即要求其阻抗足够小，使其产生的对地电压小于50V，这是对于只有总等电位联结，无局部等电位联结的情况提出的，是TN-S、TN-C-S系统中的最不利情况通常一栋建筑除总等电位联结外，还要做局部等电位联结，如电气竖井内各配电箱PE排与接地干线的连接，这将使得这些配电箱各个回路在末端接地短路时，接地点至等电位联结的距离足够短，压降足够小，对手持或移动用电设备的间接接触防护裕度更高式5.2.11Rb/Re≤50/Uo-50，此式是对在无总等电位联结的场所，相线接大地，PE线对地电压不超过50V提出的要求GB50054-20115.2.12条条文说明中解说式5.2.11“…….事实上，由于相导体与大地之间的接地电阻的阻值难以确定，很难保证保护导体和与之连接的外露导电部分的对地电压不超过50V所以在室外无法做总等电位联结的场所往往采用TT系统或局部TT系统，以避免保护导体传导故障电压造成电机事故”，此解释可为TN系统不适用于无总等电位连接场所的明证。

值得注意的是上述三式中的50V是针对干燥环境而言的，如果是潮湿场所应为25V，水湿润环境应为12V上述可知，TN系统适用于有总等电位联结的场所2、TT系统简介TT系统一般不用过电流保护电器作为接地短路的保护电器，原因是其电源中性点接地Rb与用电设备接地Ra之间没有金属连接，一般要求Rb≤4Ω，而Ra则不确定，有的十几Ω，有的则可能达到几十Ω；例如Ra=4Ω，Rb=18Ω，即便忽略其他阻抗，末端接地短路电流也才区区10A，如此小的短路电流，无法满足过电流保护电气的灵敏性要求所以TT系统常用RCD作为间接接触防护电器2.1TT系统的间接接触防护其对间接接触防护电器的约束条件按GB50054-2011式5.2.15Ra*Ia≤50V执行；Ra为用电设备外壳的接地电阻和保护导体电阻之和；用RCD作为间接接触防护电器时，Ia为RCD的额定动作剩余电流2.2TT系统适用场所由于TT系统无与电源中性点金属连接的PE线，所以TT系统不会将他处故障电压传导至用电设备处，这一点对于无等电位连接场所至关重要，是杜绝电击事故的关键一环；又由于TT系统可用RCD做间接接触防护电器，Ia为毫安级，通常Ra可为几十到几百欧姆，所以对于室外无法降低接地电阻的场所非常适用。

上述可知，TT系统适用于室外无等电位联结或接地电阻较大的场所3、案例对比多年前笔者曾经设计过一个社区的路灯工程,现拿部分设计计算来做TN-S系统与TT系统的设计比选，工程部分概况如下：路灯电源取自500KVA室外箱变，路灯控制箱与箱变距离忽略不计，由于条件限制,路灯每回路长度约1000米，共两回路，路灯间距20米，采用3.5米灯杆,60W/杆，功率因数0.9，51杆/回路，路灯基础接地电阻约30Ω，箱变中性点接地电阻约4Ω现分析路灯回路的接地系统选择、间接接触防护、末端短路动作灵敏性校验采用TN-S系统首先面临的问题便是：如果PE线传导来别处故障电压，由于路灯无等电位联结，将对社区人身安全造成潜在威胁，结合前述1-4，故TN系统不能采用路灯用电场所为室外无等电位联结场所，接地电阻又较大，初步分析，按TT系统设计，路灯每回路电缆初选YJV22-1/0.6KV-4*16，直埋敷设计算电流：Pe=Pj=51*0.06=3.06KW，Ij=5.2A；电压损失计算：查《工业与民用配电设计手册》（第三版）表9-78，R=1.359Ω，X=0.082Ω；因路灯为均匀分布负荷，故可按总负荷集中于回路中点计算电压损失，R=0.6795Ω，X=0.041Ω，P=3.06KW，Q=1.48KVar，Un=0.38KV；u%=(PR+QX)/(10Un*Un)=1.48%，满足电压损失的要求。

末端单相接地短路脱扣器选择(忽略系统其它阻抗)：Ik1=220/（30+4）=6.47A，采用过流保护脱口器无法整定，故采用剩余电流脱扣器，整定电流100mA，动作时间：0.1S；间接接触防护校验：路灯处室外环境，应考虑阴雨潮湿季节，故应Ra*Ia≤25V，30*0.1=3V<25V，满足要求；末端两相短路灵敏性校验：查《工业与民用配电设计手册》（第三版）表4-21、4-23；系统短路容量按50MVA，Rs=0.32mΩ，Xs=3.18mΩ；RT=2.75mΩ，XT=12.5mΩ；RL=1359mΩ，XL=82mΩ；Ik2=(230/√1362¬¬¬2+97.7¬¬¬2)*0.866=145.9A，Iset3=145.9/1.3=112A，采用C曲线断路器，Iset3=10Iset1=>Iset1≤112/10=11.2A，结合Ij=5.2A，则Iset1取10A，可满足回路计算电流和线路末端短路动作灵敏性要求断路器整定值：Iset1=10A，Iset4=0.1A、动作时间0.1S；导线采用YJV22-1/0.6KV-4*16，直埋敷设此工程路灯间距20米，笔者认为属于“距离较远”，结合GB50054-2011第5.2.14条及其条文说明，笔者认为无必要将各路灯灯杆用保护导体互相连接，使本回路所有路灯公用一个接地装置；但当时笔者基于尽量减小接地电阻的考虑，还是将电缆铠装钢带，与各灯杆互相做可靠电气连接，以降低路灯接地电阻；但应当注意：切不可将此电缆铠装钢带和与箱变接地有电气连接的任何导体连接，不然将造成他处故障电压引入路灯回路的隐患；正确的做法应将电缆铠装钢带在配电箱或箱变内做绝缘包封。

4、结语TN系统由于有一根与电源中性点直接连接的PE导体，接地电流大，可用过电流装置作为间接接触防护电器，但因PE导体有传到故障电压的风险，所以TN系统适用于有等电位连接的场所TT系统接地短路电流较小，常用RCD作为间接接触防护电器，无等电位连接的场所应采用TT系统低压配电设计时，应根据不同场所选用合适的接地系统，切不可一个接地系统部分场所使用到底笔者水平有限，献此丑文，望能起到抛砖引玉的效果Reference[1]王厚余.建筑电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.[2]中国机械工业联合会GB50054-2011低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.[3]中国航空工业规划设计研究院工业与民用配电设计手册[M].第三版.北京：中国电力出版社，2005.祁兴强（1978.4-），男，北京市昌平区人，沈阳建筑工程学院，电气技术本科，研究方向：建筑低压配电系统设计  -全文完-。