低压电器设备的接地方式及其特点？

低压电器设备的接地方式主要依据国际电工委员会（IEC）标准（如IEC 60364）和各国国家标准（如中国的GB 16895系列），分为三大类：TT系统、TN系统、IT系统。字母含义如下：

第一个字母表示电源端（变压器或发电机）与地的关系：

 `T`：直接接地（法语Terre）。

 `I`：所有带电部分与地绝缘或通过高阻抗接地。

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分（设备外壳）与地的关系：

 `T`：直接独立接地（与电源端接地分开）。

 `N`：直接连接到电源端接地点（通过保护导体）。

下面详细说明每种接地方式及其特点：

一、TT系统

1. 结构特点:

电源端（变压器中性点）直接接地（T）。

电气装置的外露可导电部分（设备外壳）各自独立地直接接地（T），与电源端的接地在电气上无直接连接。

需要单独敷设保护接地线（PE线）连接到设备外壳的接地极。

中性线（N线）和PE线是分开的。

2. 主要特点:

优点:设备外壳电位低：当设备发生单相碰壳故障时，故障电流流经设备接地电阻和电源接地电阻形成的回路。只要设备接地良好（接地电阻足够小），设备外壳对地电压可以限制在较低的安全范围内（通常要求小于50V）。

故障电压不蔓延：一个设备的接地故障不会导致其他设备外壳出现危险电压（因为它们各自独立接地）。

电磁兼容性好：N线和PE线分开，正常工作时PE线无电流，干扰较小。

缺点:故障电流较小：故障回路阻抗较大（包含两个接地电阻），导致单相接地故障电流相对较小。

依赖剩余电流保护：较小的故障电流可能不足以使过电流保护装置（熔断器、断路器）快速可靠动作切断电源。因此必须配合使用剩余电流动作保护装置（RCD，俗称漏电保护器）来检测和切断故障回路。

需要良好的局部接地：每个设备或建筑需要建立自己有效的接地装置，并保证较低的接地电阻（通常要求≤4Ω），这在土壤电阻率高的地区可能比较困难或成本较高。

保护措施: 主要依靠剩余电流保护装置（RCD）。

应用场景: 广泛应用于农村、分散用户、户外用电设备、由公共电网（通常为TT系统）供电的独立建筑物。也常用于对电磁干扰敏感的场所。

二、TN系统

电源端直接接地，设备外露可导电部分通过保护导体（PE线或PEN线）连接到电源端的接地点。根据中性线（N线）和保护线（PE线）的组合方式，又分为三种子类型：

1. TN-C系统

1）结构特点:

整个系统中，保护线（PE）和中性线（N）合二为一，称为PEN线。

设备的外露可导电部分都连接到这根PEN线上。

2）主要特点:

优点:节省导线：只需四根线（三相：L1, L2, L3, PEN；单相：L, PEN），比TN-S少一根线。

经济性：初期建设成本较低。

缺点:PEN线断线风险高：如果PEN线断线，断点后所有接PEN线的设备外壳将带上危险的相电压（接近220V），极易造成触电事故，危害极大。

设备外壳可能带电位：正常工作时，PEN线中有不平衡电流流过，会导致设备外壳对地有一定的电压（几伏到几十伏），可能引起电击或对敏感设备造成干扰。

电磁干扰：PEN线中的电流会产生电磁场干扰。

无法安装RCD：因为PEN线同时承担N线和PE线功能，无法区分正常的工作电流和故障漏电流，所以通常不能直接安装RCD（除非采用特殊的三极四线RCD，应用受限）。

保护措施: 主要依靠过电流保护装置（熔断器、断路器）。要求故障电流足够大以使保护装置快速动作。

应用场景: 由于安全性较低，在现代民用建筑和新建工程中已逐渐被淘汰，主要存在于一些老旧建筑或特定工业场合（需严格保证PEN线连续可靠）。

2. TN-S系统

1）结构特点:整个系统中，保护线（PE）和中性线（N）严格分开。

电源端中性点接地后，引出N线和PE线（通常由同一接地点引出）。

设备的外露可导电部分只连接到PE线上。

2）主要特点:

优点:安全性高：PE线在正常工作时无电流通过（N线承载不平衡电流），设备外壳电位接近地电位，安全性好。

故障电压不蔓延：PE线专用于故障电流，可靠性高。一个设备的故障不会通过PE线将危险电压传导给其他设备。

电磁兼容性好：N线和PE线分开，干扰小。

便于安装RCD：可以方便地在相线和N线上安装RCD（监测两者电流矢量和），提供灵敏的附加保护。

PEN断线风险消除：不存在TN-C系统的PEN断线导致大面积设备外壳带电的危险。

缺点:导线用量多：比TN-C多一根导线（三相：L1, L2, L3, N, PE；单相：L, N, PE），成本较高。

保护措施: 主要依靠过电流保护装置切断金属性短路故障。强烈推荐配合使用RCD作为附加保护，尤其在终端插座回路。

应用场景: 现代民用建筑、公共建筑、医院、数据中心、工业厂房等对安全性和电磁兼容性要求高的场所的首选系统。是当前最广泛推荐使用的系统。

3. TN-C-S系统 (又称局部TN-S系统)

1）结构特点:前端（电源到建筑物进线处）采用TN-C方式（PEN线）。

进入建筑物后，在总配电箱处将PEN线重复接地，然后严格分开为独立的PE线和N线。

建筑物内部配电系统完全按照TN-S系统运行（有独立的PE线和N线）。

2） 主要特点:

优点:兼具经济性和安全性：前端共用PEN线节省成本，建筑物内部具有TN-S系统的所有安全优点（PE线专用、可装RCD、外壳电位低、干扰小）。

重复接地提高安全性：建筑物入口处的重复接地降低了PEN线在前端故障（如断线）时带来的风险（虽然不能完全消除，但显著降低了建筑物内设备外壳的对地电压）。

缺点:PEN线前端风险仍存在：建筑物进线点之前的PEN线如果发生断线，建筑物内重复接地点的电位会被抬升，建筑物内设备外壳对地电压可能超过安全限值（但比TN-C系统断线时低很多）。需要确保前端PEN线的可靠性。

需严格分开PEN：在总配电箱处必须正确、可靠地将PEN线重复接地并分为PE和N，且从此之后PE和N线绝对不能再有任何连接。

保护措施: 建筑物内部同TN-S系统（过流保护 + RCD）。

应用场景: 非常广泛，是目前城镇供电系统中最常见的接地形式。由公共电网（通常是TT或TN-C）供电的独立建筑物（如住宅、小型商业楼）普遍采用此方式。它平衡了安全性和经济性。

三、IT系统

1. 结构特点:电源端（变压器或发电机中性点）不接地或通过高阻抗（如消弧线圈、电阻）接地（I）。

电气装置的外露可导电部分独立地直接接地（T）（或通过公共的接地母线集中接地）。

2. 主要特点:

优点:第一次故障时供电连续性极高：发生第一次单相接地故障时，由于故障回路阻抗很大（主要是线路对地电容），故障电流非常小（mA级）。不会产生危险的接触电压，也无需切断电源，系统可以带故障继续运行，保证重要负荷的不间断供电。系统会发出绝缘故障报警（通过绝缘监测装置IMD），提示需要及时排查故障。

缺点:需要绝缘监测：必须配备绝缘监测装置（IMD）来持续监测系统的对地绝缘状况，并在绝缘下降到危险水平时发出警报（第一次故障时）。

第二次故障风险：如果发生第一次故障后未及时排除，又发生第二次异相接地故障，则形成相间短路，故障电流很大，必须由过电流保护装置切断电源。此时供电连续性丧失。

过电压风险：需采取措施（如安装浪涌保护器SPD）限制可能出现的过电压（如操作过电压、谐振过电压）。

成本较高：需要绝缘监测装置，对线路绝缘水平要求高，维护要求高。

故障定位复杂：第一次故障定位相对困难。

保护措施: 绝缘监测装置（IMD）（用于第一次故障报警）。对于第二次异相故障，依靠过电流保护装置。对于手持设备或移动设备，仍需考虑使用RCD（特殊设计）或采用局部TT方式。

应用场景: 对供电连续性要求极高的场所，例如：医院手术室、重症监护室（生命支持设备）。矿井井下（易燃易爆环境，防止接地火花）。化工厂、炼油厂（防火防爆要求高）。玻璃熔炉、某些重要生产线（避免突然停电造成巨大损失）。船舶电力系统。

总结比较

选择接地方式的考虑因素

电源类型：来自电网还是自备发电机？电网的接地方式是什么？

安全要求：对防触电的要求等级。

供电连续性要求：负荷是否允许停电？允许停电时间多长？

电磁兼容性要求：是否有敏感电子设备？

建筑结构与分布：是集中建筑还是分散建筑群？

土壤条件：接地电阻是否容易达到要求？

经济性：初期投资和运行维护成本。

国家标准与规范：必须遵守当地的电气安装规范（如中国的GB 50054, GB 16895系列）。

在实际工程中，TN-S和TN-C-S是目前低压配电系统，特别是建筑电气领域应用最广泛的系统。TT系统适用于特定场景（如独立建筑由公共电网供电）。IT系统则专用于对不间断供电和防火防爆有极端要求的特殊场所。选择时需要综合考虑上述因素并严格遵守相关规范。

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