王黛岚 厉守生 胡登峰
(中国建筑科学研究院，北京市 100013)
摘 要：通过比较不同规范中TN系统定义的不同，分析系统接地和保护接地的差异，阐述整个系统的概念，提出对TN系统定义的认识和理解，并对TN系统定义的文字描述提出建议。
关键词：接地型式；系统接地；保护接地：功能接地；整个系统；电源端；外露可导电部分：保护导体
中图分类号：TU852 doi: 10. 3969 /j. issn. 1003 - 8493. 2016. 06. 006
TN系统，即T N接地型式的电力系统，或称TN接地型式的配电系统。
上世纪80年代，我国低压配电系统设计开始引用IEC标准关于电力系统接地型式的定义，90年代逐步将IEC标准引入我国有关的标准与规范。由于TN接地型式与我国原有的配电系统接地做法比较类似，成为我国建筑物内低压配电系统最常见的接地型式，也是设计工程师最熟悉的型式。然而，因为熟悉和习惯，TN系统定义中一些细节常常不被人们注意，一些微小差异往往被人们忽视，一些概念和含义不被重视。加之，TN系统较TT、IT系统更复杂，有TN -S、TN -C和TN -C-S三类，在某些设计文件和实际工程应用中，或者在不同的标准、规范的定义条文里，出现一些值得业内商榷和探讨的问题。这些问题的出现反映了业内对一些概念存在差异。这些差异的存在，若反映到工程实际应用中，不仅仅会引起接地型式做法的不一致，某些做法还可能会引起接地型式功能的丧失，导致接地故障保护无法实施，甚至危及人身和财产的安全。
1 TN系统定义的差异
目前，不同规范对TN系统的定义有一些差异，在此作比较。
定义一：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点。
定义二：系统有一点直接接地，装置的外露导电部分用保护线与该点连接。
“电源端”还是“系统”，这两个词表示不同的概念。前者表示电源设备的一个点，如低压配电变压器的低压绕组端、发电机的出线端等等；后者则是包括从电源设备、导体，到用电设备的整个组成部分，是一个很大的范围，实际应用中应是前者。
“外露可导电部分”还是“外露导电部分”？后者容易被误认为是带电导体， “外露可导电部分”是非带电导体，只有当发生接地故障时，这些部分才可能带电。因此，应用“外露可导电部分”或“外露可导电体”更为合理。
“保护中性导体或保护导体”还是“保护线”？定义中这句话是说明外露可导电部分通过什么导体与系统接地点连接。按功能该线是保护线或保护导体，不包括中性线的功能。显然“保护导体”既表示独立的“保护导体”也包括具有保护功能的“保护中性导体”。
“保护线”还是“保护导体”？“保护线”局限于导体的一种类型，具有局限性， “保护导体”更具有广泛的含义。
“连接到此接地点”还是“与该点连接”？这两种说法作为实施结果应是一致的，但从文字结构上看，前者强调“连接”动作，后者强调“连接”的结果状态。标准中是给TN系统作定义，是要明确“外露可导电部分”接地的结果形式与状态，因此用后者较合适，在文字上也更精炼。
以上所涉及的文字差异，一些可能是由于翻译IEC标准引起的，一些可能是认识差异引起的。我们希望规范在上述定义上尽量一致，以避免在应用中产生不必要的争辩。
2 TN系统中两个接地概念不能混淆
在理解、研讨配电系统接地型式时，两个接地概念应分清，不能混淆，在TN系统定义里也不例外。
两个接地，一个是“系统接地”，另一个是“保护接地”。这是两个完全不同的概念．不同性质，不同内容，不同功能的接地，应分清楚。
“系统接地”是电力系统内电源端带电导体的接地，就低压系统而言是变压器、发电机等中性点接地。
“保护接地”或“设备接地”是非带电导体的接地，是带电导体以外接近带电导体的非带电外露导体的接地。这些导体，系统正常运行时不带电，没有传输电能的功能。如变压器、发电机、配电柜、动力箱、电动机等的金属外壳，电力电缆的金属护套、金属铠装、金属套管、金属桥架、金属线槽等等。这些非带电导体的接地是一种与上述系统接地完全不同的接地，应分清。电力系统的接地型式是这两种接地的相互连接的关系，不要将这两种接地概念混淆起来。
表1列出了两种接地在性质上，接地目的上的差异。
两种接地除在形式、性质上不同外，在接地功能、接地目的上也不相同，系统接地目的是：
a． 为电力系统建立可靠的电位参考点，减小中性点电位偏移，限制带电导体间的电位差在一个适当的范围之内。
b．在系统发生接地故障时，产生较大的故障电流，便于通过故障电流启动过电流保护装置，自动切断故障设备或线路，隔离故障点。
c．由于系统接地，可避免产生由于不接地系统存在的电容电流产生的过电压，在一般情况下，不接地系统产生的过电压为接地系统过电压的1. 73倍，系统接地可限制更大的过电压。
保护接地的目的与系统接地不同，它是基于下列目的：
a．减小外露可导电部分的接触电压，防止产生危及人身或动物的间接电击。设备外露金属接地，将设备外露金属与地间的电位差保持在相对低的水平，避免人身处于一个危及人身安全的电击电位之中。
b．为接地故障电流提供安全的电气通路，避免由于故障电流经过产生过热或火花而引起火灾或爆炸危险。
c．与系统接地型式协调、配合，设置满足系统防电击、过电压保护要求的保护装置，改善系统保护功能，提高运行性能。
配电系统的接地型式实际上是解决两种接地的相互关系，是相互连接还是不连接。TN系统里，两种接地应连接在一起．TN -S、TN -C、TN -C-S只是两种接地之间的三种不同的连接方法，采用的连接导体存在差别。TT系统，系统接地与保护接地不连接或不直接连接。
3 “整个系统”的范围应清晰
无论是IEC标准，还是国家标准、规范，行业标准、规范，在定义TN -S和TN -C系统时，都明确“整个系统”的中性导体和保护体是分开的或合一的。实际上，对TN-C-S系统也应是“整个系统”，只不过规范定义中只规定系统中的一部分中性导体和保护导体是合一的， “整个系统”的另一部分未写出来，隐含系统的另一部分中性导体和保护导体是分开的。因此，学习、理解接地型式的定义，充分理解“整个系统”的含义，分清各个系统中， “整个系统”的范围和界限是十分必需的。
“整个系统”，简言之是一个完整的电力系统，一整个完整的电路。是从电源开始，经传输导体直到用电设备的所有导体相互连接起来的电路的总和。在这里，任何一个瞬间，其物理量均满足相同参数的电路定律。当然电路参数在不同时间是不一样的，它将随电路结构的改变而变化。
一台配电变压器供电的低压配电系统是一个系统。该“整个系统”应包括变压器低压绕组、低压配电设备、连接导体以及所有的用电设备组成的主电路。而不应包括经控制变压器、隔离变压器、电流互感器、整流变压器等变换后的二次电路。这些二次电路组成各自独立的新系统。
二台或多台变压器并联运行，则并联运行的低压配电系统组成一个系统。
当二台变压器采用单母线分段接线的低压配电系统时，分段运行，每台变压器、各自母线、导体、配电设备及其用电负荷各自组成一个系统，共组成二个“整个系统”。当一台变压器发生故障，脱离在线，由另一台正常变压器通过母联断路器向故障母线段负荷供电时，低压配电系统只组成一个“整个系统”，这时， “整个系统”是由一台变压器及所有由该配电变压器供电的配电线路和负荷组成，两个系统成了一个系统。
“整个系统”是随着电路间的导体连接状况而变化的。
总之， “整个系统”应是一个完整的电力电路概念。它是随电路结构和导体连接实际状况而变化的；其电路参数、运行物理量、保护功能也随着电路的改变而改变。TN -S、TN -C、TN -C-S的“整个系统”的范围界限也随着改变，是动态的，因为电路的保护功能是动态的，随着导体组成的实际电路改变而变化，其性能随导体组成的实际电路参数而改变。电气工程师在设计配电系统选择接地型式时，采取的保护措施不应忘记“整个系统”的范围与界限，使系统设计、保护功能、接地型式适应电路结构可能存在的变化。
4 TN-S、TN -C、TN-C-S的比较
TN -S、TN -C、TN -C-S是IEC标准和国家、行业标准认可的TN系统的三类接地型式，在这些标准里同时也提出了保证各系统安全的措施。应该讲，按规范要求设计，都能形成保证人身安全的电力系统，避免发生危及人身安全的危险。不应简单地认为哪个系统比哪个系统更安全。如果不能按照规范要求，特别是安全性要求建立TN系统，三类TN系统都有可能产生危及人身安全的危险。
系统的安全不是简单地由接地型式确定，而是由接地型式和与之相配合的保护装置功能的完善性共同确定的。
表2列出了TN系统三类接地型式的比较，可以看出，三类接地型式性能差异不大。在发生接地故障情况时，性能是基本相同的。由于故障电流是通过保护线返回电源，在TN -S系统，故障电流返回导体为PE线；在TN -C系统则为PEN线：在TN -C-S系统，部分是PE线，部分是PEN线，或者只是PEN线，由电路结构和故障点位置而定。在一般情况下，大多数PE线截面小于N线截面或为N线的一半，所以有表中的结果。但都满足保护功能的需求，只不过TN -C故障电流偏大，较容易满足保护装置动作电流值的要求，或提高了保护装置动作的可靠性，从这个观点上看，TN -C系统优于TN -S系统。
在正常运行情况下，在TN -C和TN -C-S系统中，系统的中性线电流流过PEN线，由于PEN线存在阻抗，中性线电流在PEN线上产生电压降，产生对中性点的电位差，虽然这个电位差不大，但也会反映在与PEN线连接的外露可导电部分上。这个电位大小正比于中性线电流和PEN线路阻抗的乘积。在一般场所，该电位差不会产生危险。但在对电位差、电火花敏感的场所，应绝对避免，在爆炸危险的场所应禁止，因为这个电位差可能产生火花而危及安全。另外，当PEN线上的中性线电流影响到电子信息系统或设备运行特性时，也应禁止采用。
TN -C和TN -C -S系统使用的目的在于可以节省PE线，节省金属资源，也节省投资。当使用TN系统时，将任一个相互连接的外露可导电部分与保护导体连接时，应采用一点连接，特别是TN -C和TN -C-S系统里，同一个外露可导电部分应避免二点以上与PEN导体连接，防止外露可导电部分在正常运行情况下流过中性线电流，产生发热而引起其它间接故障或危害。
5建议
导体型式、接地型式是电力系统的基本特性，对于这些基本内容除了有明确定义外，
国内的各种标准、规范应保持一致。
笔者建议TN系统定义的文字部分是否可以为：
TN系统：电源处有一点直接接地，装置的外露可导电体通过保护导体与接地点连接。根据中性导体和保护导体的配置可分为如下三类：
a．TN -S系统：整个系统的中性导体和保护导体是分开的：
b．TN -C-S系统：系统中一部分中性导体和保护导体是共用的：
c．TN -C系统：整个系统的中性导体和保护导体是共用的。
