低压配电网的系统接地和保护接地优化方法

低压配电网的接地有两种类型的基本连接点：

第一种基本连接点：低压配电网电气回路中的导体或电气设备外壳与大地连接；

第二种基本连接点：低压配电网的等电位体接地部分与代替大地的某一导体相连接，也即系统以此导体的电位为参考电位，而不以大地的电位为参考电位。

例如低压成套开关设备的外壳及骨架可作为接地体来保护其中的设备，且低压成套开关设备的外壳电位作为参考电位。

第一个基本连接点与大地连接，因此对接地电阻有要求。第二个基本连接点因为不取大地电位为参考电位，故与大地之间没有接地电阻的要求，只要求等电位联结系统具有较低的阻抗即可。

1.低压配电系统中的两类接地

（1）系统接地

系统接地是指低压配电网内电源端带电导体的接地，通常低压配电网的电源端是指变压器、发电机等中性点的接地。

（2）保护接地

保护接地是指负荷端电气装置外露导电部分的接地，其中负荷端电气外露导电部分是指电气装置内电气设备金属外壳、布线金属管槽等外露部分。

我们来看图1-42。

图1-42 接地系统中的系统接地和保护接地

图1-42中的负载发生了L1相碰壳事故，负载可导电的外壳对地电压U_f上升为相电压，I_d为接地电流。可以看到接地电流I_d从负载的外壳中经过负载侧接地电阻R_a流入地网，再经过系统接地电阻R_b返回到电源中。

系统接地的作用是：使系统取得大地电位为参考电位，降低系统对地绝缘水平的要求，保证系统的正常和安全运行。

例如当雷击时，雷电强大瞬变电磁场使得线路感应出幅值很大的瞬态过电压，虽然它持续的时间很短（以微秒计），但过电压幅值和电压变化率都很大，使得电气设备和线路都承受了极高的涌流电压冲击。当电源侧做了系统接地后，低压配电网的电源侧线路有了雷电电压对地泄放的通路，极大地降低了这一对地瞬态过电压，极大地降低了设备和线路绝缘被破坏的危险。

图1-42中若未做系统接地，则当系统中某相发生接地故障时，另两相对地电压将由原来的0.23kV相电压上升为0.4kV线电压。由于接地电流没有返回电源的导体通路，故障电流仅为极小的线地间的电容电流，因此线路中的保护电器不动作，此过电压将持续存在。人体若触及无故障的相线，发生人身伤害的可能性极大地增加，这对线路的安全运行是很不利的。

结合图1-43，我们会发现系统的接地电阻阻值越小，对系统的安全运行越有利。规范将低压配电系统接地电阻规定为不得大于4Ω，此值有些偏大。

图1-43 单相接地后另外两相的电压上升

虽然系统接地后对安全运行是有利的，但是某些低压配电网的接地系统却采取不接地的方式，这种方式是为了解决特殊的应用需要，它需要配套其他一系列安全措施。

2.低压配电网的接地范例

图1-44中我们看到，低压配电系统中有两台电力变压器，变压器的三条相线和PEN线通过母线槽引至低压成套开关设备的进线断路器。

在0.23/0.4kV低压系统中广泛采用变压器中性点直接接地的运行方式，从变压器的低压侧直接引出中性线和保护线。中性线的代号是N，保护线的代号是PE，保护中性线的代号是PEN。(www.xing528.com)

中性线N取自于电力变压器低压侧按星形联结的三相绕组公共端。中性线N和相线一同为使用相电压的负荷提供电能，同时中性线上也流过三相系统中的不平衡电流和单相电流。

保护线PE则取自于接地点，其用途是保护人身安全，一般用于连接带电负荷的金属外壳、构架等，以及平时可能不带电但发生故障时可能带电的设备外露可导电部分。

保护中性线PEN为N和PE的综合，有时也被称呼为零线（TN-C系统）。

在低压成套开关设备中，我们看到PEN线在低压开关柜主母线的某处接到低压配电室的总等电位联结母线上，实现接地。注意到在整个系统中，只有在此处N（或PEN）和PE才相接，其他任何地方都N（或PEN）和PE相互之间都是绝缘的。

IEC标准规定自变压器（或发电机）中性点引出的PEN线（或N线）必须绝缘，并只能在低压配电盘内一点与接地的PE母排连接而实现系统接地，在这点以外任何之处不得再次接地，否则将有部分中性线电流通过非正规路径返回电源。

3.非正规路径的中性线电流

未通过正规途径返回电源中性点的中性线电流被称为非正规路径中性线电流。非正规路径中性线电流可能引起如下问题：

1）非正规路径中性线电流因流过不正规导电通路可能引起电气火灾。

2）非正规路径中性线电流如以大地为通路返回电源，可能腐蚀地下基础钢筋或金属管道等金属部分。

3）非正规路径中性线电流的通路与中性线正规通路两者可形成一封闭的大包绕环，环内的磁场可能干扰环内敏感信息技术设备的正常工作。

注意：从PEN线引出的PE线因不承载工作电流，它可多次接地而不产生非正规路径中性线电流。

图1-44 低压配电网的接地系统

4.保护接地的作用

保护接地是将电气装置内外露可导电部分接地，见图1-42。

若图1-42中低压电网的电压等级为0.23/0.4kV，当其L1相与电气设备外壳发生碰壳事故后，设备外壳的对地电压U_f=0.23kV，人体一旦接触后会发生人身伤害事故。如果电气设备的外壳实施了保护接地，U_f为I_d在R_a上的电压降再加上地网电压降，此值远远小于电源相电压，由此实现了人身安全防护和杜绝电气火灾的作用。

保护导体的连续性对电气安全十分重要，必须保证接地通路的完整。IEC规定包含有PE线的PEN线上不允许装设开关和熔断器以杜绝PE线被切断。

IEC 60364-1：2005《低压电气设施 第1部分：基本原则、一般特性评价和定义》对接地连接的一些术语给出了明确的定义，定义见表1-32。

表1-32 IEC60364-1中定义的与接地连接相关的技术术语

将所有可能被触及的金属固定物体和电器设备的外露可导电部分做有效的保护导体连接对防止人身电击伤害是非常有效的。对于金属固定物体和电器设备外露可导电部分的分类见表1-33。

表1-33 金属固定物体和电器设备的外露可导电部分的分类