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摘要 低压线路故障是产生电气火灾的主要原因；本文简要介绍了在不同系统接地制式下，针对防电击保护Ⅰ类设备，几种常见的接地故障保护方式。
关键词 接地故障；TN；TT；IT
中图分类号 TU856 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0084-01
笔者曾查阅沈阳电气消防电气研究所的关于近几年电气火灾的消防统计，其中低压线路故障造成火灾的比例占60%之多，足见接地故障保护这项工作的重要性；最新低压配电设计规范GB50054-2011也将此作为一个章节进行规范，因此设计人员在设计时一定要注意；这里主要论述防电击保护分类为I类的电气设备的接地故障保护。
1 何为接地故障
低压配电设计规范GB50054-2011规定接地故障是指带电导体和大地之间意外出现导电通路。
发生接地故障时，若不能及时切断故障电路，与它有关联的电气设备和管道的外露导电部分对地和装置外的可导电部分之间存在故障电压，此电压可使人身遭受电击，也可因对地的故障或火花引起火灾或爆炸，造成严重生命财产损失。保护方式还因接地型式和故障回路阻抗不同而不同。
2 不同接地型式下的接地故障保护
我国低压变配电系统接地制式，等效采用国际电工委员会（IEC）标准，即TN、TT、IT三种接地方式，因N线和PE线的组合方式不同，TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种。
2.1 TN系统下的接地故障保护
TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性，应符合下式，
ZS·Ia≤U0 （1）
ZS—接地故障回路的电抗即相保回路的阻抗，包括故障电路流经的相线、保护线、变压器的阻抗（Ω）；
Ia—流经故障回路的电流，此电流的大小应能保证电器在规定时间内自动切断故障回路（A）；
U0—相导体对地标称电压（V）；
低压配电设计规范GB50054-2011对故障回路的规定时间做了如下规定：
5.2.9 TN系统中配电线路的简介接触防护电器的切断故障回路的时间，应符合下列规定：
1）配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末段线路，不宜小于5s；
2）供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路，TN系统的最长切断时间不应小于表5.2.9的规定
表5.2.9 TN系统的最长切断时间
相导体对地标称电压（V） 切断时间（s）
220 0.4
380 0.2
>380 0.1
当采用带瞬时或短延时脱扣器的断路器做接地故障保护时，如按断路器标准GB14048.2-2001《低压开关设备和控制设备 低压断路器》规定，应满足：
Ia≥1.3Iset （2）
Iset—瞬时或短延时脱扣器的整定电流
对同一断路器，由于短延时脱扣器的整定电流通常只有瞬时脱扣器整定电流的1/5～1/3左右，更容易满足上式；
2）当采用带零序电流保护的断路器时，零序电流保护整定值Iset0必须大于正常运行时PEN线中流过的最大三相不平衡电流、谐波电流、正常泄露电流之和，而在发生故障时必须动作。建议零序电流保护整定值Iset0按下列两式确定：
Iset0≥2.0IN （3）
IN（G）≥1.3Iset0 （4）
IN—配电线路正常运行时的零序电流值；
IN（G）—发生接地故障时检测的零序电流。
IN通常不超过计算电流Ic的20%～50%，零序电流保护整定值Iset0可整定在长延时脱扣器电流Iset1的50%～60%为宜，同时必须满足式（4）的要求；
零序电流保护适用于TN系统，但不适用于谐波较大的系统
3）当采用带有剩余电流保护的断路器时，剩余电流保护整定值Iset4应大于正常运行时线路和设备的泄漏电流的2.5～4倍，同时还应符合下式：
IPE（G）≥1.3Iset4 （5）
IPE（G）—发生接地故障时检测的剩余电流
2.2 TT系统下的接地故障保护
TT系统配电线路间接接触防护电器的动作特性，应符合下式要求：
RAIa≤50V （6）
RA—外露可导电部分的接地电阻和保护导体电阻之和（Ω）
故障回路阻抗大，故障电路小，且其故障点是难以估计的接触电阻。因此TT系统的故障回路阻抗和故障电流是难以估算的，它不能用TN系统的公式（1）来验算保护的有效性。在切断接地故障前，TT系统外露导电体呈现的对地电压仍然超过50V，因此仍需按规定时间切断故障，当采用反时限特性过电流保护电器时，应在不超过5s的时间内切断故障，但对于手握式和移动式设备应按接触电压来确定切断故障时间，这实际上是难以做到的。所以TT系统通常用漏电电流动作保护，并应满足式（5）。
2.3 IT系统下的接地故障保护
2.3.1 第一次接地故障
IT系统有两种型式，即电源中性点对地绝缘或经接地阻抗（约1000 Ω）接地，正常工作的IT系统如一相发生接地故障（被称作第一次接地故障），中性点对地绝缘的IT系统的接地故障电流决定于另外两相对地的电容值；中性点经接地阻抗接地的IT系统的故障电流则受接地阻抗的限制；因此IT系统的接地故障电流很小，可以继续工作。这是此系统的最大优点。为保证人身安全，它要求发生接地故障时发出信号，装置内的接触电压不大于
50V，即如下式：
RA·Id≤50V
RA—外露可导电部分的接地极电阻（Ω）；
Id—相线和外露可导电部分间第一次短路故障的故障电流（A），它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。
2.3.2 第二次接地故障
外露可导电部分单独接地的IT系统，如两次接地故障都发生在同一相，对人身并不构成危险，如发生在异相，则故障电流经两个接地極电阻形成回路，其保护要求和TT系统相同。当外露可导电部分采用共同的接地极时，故障电流不经接地极，而经PE线构成回路，其保护要求和TN系统相同。这时应满足如下要求：
不配中性线时
配中性线时
ZS—包括相线和PE线在内的接地故障回路阻抗
ZSS—包括相线、中性线和PE线在内的接地故障回路阻抗
Id—保证保护电器在固定时间内自动断开故障电路的动作电流
3 结语
如上述各接地制式下的接地故障保护原理可以看出，TN系统下的接地故障电流最大，通常用短延时或瞬时过电流脱扣器就可满足要求，如不满足则增加零序电流保护或剩余电流保护；TT系统下的故障电流较小，用短延时或瞬时过电流脱扣器基本是不可能满足要求的，所以一般采用剩余电流保护装置（RCD）来保护；IT系统的接地故障电流更小，在此故障电流下系统仍可工作，一般不做保护，仅由绝缘监测器发出信号。
参考文献
[1]GB50054-2011中机中建设计研究院有限公司，主编.低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.
[2]中国航空工业规划设计研究院，组编.工业与民用配电设计手册[M].第3版. 北京：中国电力出版社，2005.
[3]JGJ16-2008.中国建筑东北设计研究院，主编.民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
关键词 接地故障；TN；TT；IT
中图分类号 TU856 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0084-01
笔者曾查阅沈阳电气消防电气研究所的关于近几年电气火灾的消防统计，其中低压线路故障造成火灾的比例占60%之多，足见接地故障保护这项工作的重要性；最新低压配电设计规范GB50054-2011也将此作为一个章节进行规范，因此设计人员在设计时一定要注意；这里主要论述防电击保护分类为I类的电气设备的接地故障保护。
1 何为接地故障
低压配电设计规范GB50054-2011规定接地故障是指带电导体和大地之间意外出现导电通路。
发生接地故障时，若不能及时切断故障电路，与它有关联的电气设备和管道的外露导电部分对地和装置外的可导电部分之间存在故障电压，此电压可使人身遭受电击，也可因对地的故障或火花引起火灾或爆炸，造成严重生命财产损失。保护方式还因接地型式和故障回路阻抗不同而不同。
2 不同接地型式下的接地故障保护
我国低压变配电系统接地制式，等效采用国际电工委员会（IEC）标准，即TN、TT、IT三种接地方式，因N线和PE线的组合方式不同，TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种。
2.1 TN系统下的接地故障保护
TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性，应符合下式，
ZS·Ia≤U0 （1）
ZS—接地故障回路的电抗即相保回路的阻抗，包括故障电路流经的相线、保护线、变压器的阻抗（Ω）；
Ia—流经故障回路的电流，此电流的大小应能保证电器在规定时间内自动切断故障回路（A）；
U0—相导体对地标称电压（V）；
低压配电设计规范GB50054-2011对故障回路的规定时间做了如下规定：
5.2.9 TN系统中配电线路的简介接触防护电器的切断故障回路的时间，应符合下列规定：
1）配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末段线路，不宜小于5s；
2）供给手持式电气设备和移动式电气设备用电的末端线路或插座回路，TN系统的最长切断时间不应小于表5.2.9的规定
表5.2.9 TN系统的最长切断时间
相导体对地标称电压（V） 切断时间（s）
220 0.4
380 0.2
>380 0.1
当采用带瞬时或短延时脱扣器的断路器做接地故障保护时，如按断路器标准GB14048.2-2001《低压开关设备和控制设备 低压断路器》规定，应满足：
Ia≥1.3Iset （2）
Iset—瞬时或短延时脱扣器的整定电流
对同一断路器，由于短延时脱扣器的整定电流通常只有瞬时脱扣器整定电流的1/5～1/3左右，更容易满足上式；
2）当采用带零序电流保护的断路器时，零序电流保护整定值Iset0必须大于正常运行时PEN线中流过的最大三相不平衡电流、谐波电流、正常泄露电流之和，而在发生故障时必须动作。建议零序电流保护整定值Iset0按下列两式确定：
Iset0≥2.0IN （3）
IN（G）≥1.3Iset0 （4）
IN—配电线路正常运行时的零序电流值；
IN（G）—发生接地故障时检测的零序电流。
IN通常不超过计算电流Ic的20%～50%，零序电流保护整定值Iset0可整定在长延时脱扣器电流Iset1的50%～60%为宜，同时必须满足式（4）的要求；
零序电流保护适用于TN系统，但不适用于谐波较大的系统
3）当采用带有剩余电流保护的断路器时，剩余电流保护整定值Iset4应大于正常运行时线路和设备的泄漏电流的2.5～4倍，同时还应符合下式：
IPE（G）≥1.3Iset4 （5）
IPE（G）—发生接地故障时检测的剩余电流
2.2 TT系统下的接地故障保护
TT系统配电线路间接接触防护电器的动作特性，应符合下式要求：
RAIa≤50V （6）
RA—外露可导电部分的接地电阻和保护导体电阻之和（Ω）
故障回路阻抗大，故障电路小，且其故障点是难以估计的接触电阻。因此TT系统的故障回路阻抗和故障电流是难以估算的，它不能用TN系统的公式（1）来验算保护的有效性。在切断接地故障前，TT系统外露导电体呈现的对地电压仍然超过50V，因此仍需按规定时间切断故障，当采用反时限特性过电流保护电器时，应在不超过5s的时间内切断故障，但对于手握式和移动式设备应按接触电压来确定切断故障时间，这实际上是难以做到的。所以TT系统通常用漏电电流动作保护，并应满足式（5）。
2.3 IT系统下的接地故障保护
2.3.1 第一次接地故障
IT系统有两种型式，即电源中性点对地绝缘或经接地阻抗（约1000 Ω）接地，正常工作的IT系统如一相发生接地故障（被称作第一次接地故障），中性点对地绝缘的IT系统的接地故障电流决定于另外两相对地的电容值；中性点经接地阻抗接地的IT系统的故障电流则受接地阻抗的限制；因此IT系统的接地故障电流很小，可以继续工作。这是此系统的最大优点。为保证人身安全，它要求发生接地故障时发出信号，装置内的接触电压不大于
50V，即如下式：
RA·Id≤50V
RA—外露可导电部分的接地极电阻（Ω）；
Id—相线和外露可导电部分间第一次短路故障的故障电流（A），它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。
2.3.2 第二次接地故障
外露可导电部分单独接地的IT系统，如两次接地故障都发生在同一相，对人身并不构成危险，如发生在异相，则故障电流经两个接地極电阻形成回路，其保护要求和TT系统相同。当外露可导电部分采用共同的接地极时，故障电流不经接地极，而经PE线构成回路，其保护要求和TN系统相同。这时应满足如下要求：
不配中性线时
配中性线时
ZS—包括相线和PE线在内的接地故障回路阻抗
ZSS—包括相线、中性线和PE线在内的接地故障回路阻抗
Id—保证保护电器在固定时间内自动断开故障电路的动作电流
3 结语
如上述各接地制式下的接地故障保护原理可以看出，TN系统下的接地故障电流最大，通常用短延时或瞬时过电流脱扣器就可满足要求，如不满足则增加零序电流保护或剩余电流保护；TT系统下的故障电流较小，用短延时或瞬时过电流脱扣器基本是不可能满足要求的，所以一般采用剩余电流保护装置（RCD）来保护；IT系统的接地故障电流更小，在此故障电流下系统仍可工作，一般不做保护，仅由绝缘监测器发出信号。
参考文献
[1]GB50054-2011中机中建设计研究院有限公司，主编.低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.
[2]中国航空工业规划设计研究院，组编.工业与民用配电设计手册[M].第3版. 北京：中国电力出版社，2005.
[3]JGJ16-2008.中国建筑东北设计研究院，主编.民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.