1 引言

人身觸電事故的發(fā)生，一種情況是人體直接觸及或過分靠近設(shè)備的帶電部分，即直接接觸觸電；另一種情況是人體接觸平時不帶電，因絕緣損壞而帶電的電氣設(shè)備的外露金屬部分（如金屬外殼、金屬護(hù)罩、金屬構(gòu)架等），即間接接觸觸電。接地與接零是進(jìn)行間接接觸觸電的防護(hù)而采取的兩項保護(hù)性接地措施，是電氣安全技術(shù)中兩個重要的基本概念。

　　2 TN系統(tǒng)

我國380/220V低壓配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。根據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)，低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)工作制度有3種：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。其中根據(jù)各國不同的做法，TN系統(tǒng)又分為TN-S、TN-C、TN-C-S三種型式。TN-S系統(tǒng)的特征是中性線（N線）和保護(hù)線（PE線）嚴(yán)格分開，又稱三相五線制系統(tǒng)，見圖1。

　　

　　圖1TN-S系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)的特征是將N線和PE線的功能合在一根保護(hù)中性線（PEN線）上，故又稱為三相四線制系統(tǒng)，或稱為接零保護(hù)系統(tǒng)，這根PEN線在我國通稱為“零線”，俗稱“地線”，見圖2。

　　

　　圖TN-C系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)中有一部分其N線和PE線結(jié)合成PEN線，有一部分N線和PE線全部或部分分開。N線的功能是：供單相設(shè)備使用，傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流，減上三相負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。而PE線的功能則是保障人身安全，防止發(fā)生觸電事故。TN-C系統(tǒng)在我國的工廠企業(yè)和居民住宅中是一種常用的中性點(diǎn)工作制度。

　　3 接地保護(hù)型式在TN系統(tǒng)中運(yùn)用的局限性

接地保護(hù)是為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人體有遭受觸電的危險，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露金屬部分（如金屬外殼）與接地體作直接的電氣連接。其基本原理是限制漏電設(shè)備外殼對地電壓，使之不超過安全范圍。有人認(rèn)為在TN系統(tǒng)中采用接地保護(hù)型式可以保證人身安全，這種看法是不對的。

在TN系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的金屬外殼采用接地保護(hù)，一般僅能減輕觸電的危險程度，并不能絕對保證安全。分析如下：見圖3（a）所示中性點(diǎn)直接接地低壓電網(wǎng)，當(dāng)一相碰殼使設(shè)備外殼帶電時，若人體觸及設(shè)備外殼，則有接地短路電流流經(jīng)人體電阻和接地電阻，并通過中性點(diǎn)形成回路，其等值電路見圖3（b）。假設(shè)中性點(diǎn)接地電阻Ro和保護(hù)接地電阻Rd均為4Ω，人體電阻Rr約1000Ω，在計算流經(jīng)接地體的電流Id時可忽略不計Rr的影響，則流經(jīng)人體的電流Ir約為：

Ir=Ur/Rr=IdRd/Rr=UxRd/（Rd+Ro）Rr=100mA

　　

　　圖3 中性點(diǎn)直接接地配電網(wǎng)保護(hù)接地分析

式中Ur是作用于人體的電壓，Ux是電網(wǎng)相電壓（假設(shè)為220V）。我們知道，通過人體的工頻電流超過50mA時心臟就會停止跳動，發(fā)生昏迷并出現(xiàn)致命的電灼傷；工頻100mA的電流則會迅速致人死命。即使將人體電阻按照2000Ω計算，Ir也達(dá)55mA，對人體仍是非常危險的。另一方面Id≈Ux/（Rd＝Ro）=27.5A，不足以引起中等容量以上線路的保護(hù)裝置動作（或保險絲不能熔斷），造成漏電設(shè)備上的危險電壓（Ud=IdRd≈100V）將長期存在。而采用降低保護(hù)接地電阻Rd的辦法以降低漏電設(shè)備外殼對地電壓Ud，或在降低Rd的同時降低中性點(diǎn)接地電阻Ro以增大接地短路電流Id，從而使保護(hù)裝置迅速動作來切斷電源的想法在具體實施上都是不現(xiàn)實的。因此接地保護(hù)形式并不適用于TN系統(tǒng)。如果要想在中性點(diǎn)直接接地低壓配電網(wǎng)中采用接地保護(hù)型式，電網(wǎng)應(yīng)引出N線且采用漏電保護(hù)器，并使N線和設(shè)備PE線無一點(diǎn)電氣聯(lián)系，構(gòu)成TT系統(tǒng)（接地保護(hù)系統(tǒng)）。

　　4 接零保護(hù)型式

　　4.1 接零保護(hù)原理

接零保護(hù)型式過去通常稱為“保護(hù)接零”，是由前蘇聯(lián)提出來的概念。但根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ/16-92）的規(guī)定：用電設(shè)備的接地，一般可區(qū)分為保護(hù)性接地和功能性接地；保護(hù)性接地又可分為接地和接零兩種型式?？梢妵?yán)格意義上講不應(yīng)再采用“保護(hù)接零”一詞。

接零保護(hù)是為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人體有遭受觸電的危險，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露金屬部分（如金屬外殼）與電網(wǎng)的保護(hù)線（PE線或PEN線）相連接。當(dāng)一相碰殼而使接零設(shè)備金屬外殼帶電時，單相接地短路電流通過該相線和PE（PEN）線形成回路，而不經(jīng)過電源中性點(diǎn)接地裝置，見圖4。由于故障回路相線、PE（PEN）線阻抗很小，所以單相短路電流很大，它可使線路上的保護(hù)裝置（如熔斷器、開關(guān)等）迅速動作，從而切除漏電設(shè)備電源，以起到保護(hù)作用。接零保護(hù)適用于TN系統(tǒng)，一般和熔斷器、脫扣器等配合。需要注意的是，“接零”的概念是指將設(shè)備金屬外殼接到PE線和PEN線上，而不是接到N線上。

　　

　　圖4 保護(hù)接零原理

　　4.2在TN—C系統(tǒng)中采用接零保護(hù)應(yīng)注意的問題

　　4.2.1重復(fù)接地

經(jīng)驗表明，在TN—C系統(tǒng)中，除電源中性點(diǎn)必須采用工作接地外，零線應(yīng)在規(guī)程規(guī)定的地點(diǎn)采用重復(fù)接地，見圖5。重復(fù)接地電阻與工作接地電阻構(gòu)成零線的并聯(lián)分支，降低了相線一零線回路電阻，當(dāng)發(fā)生一相碰殼時，使短路電流增大，加速保護(hù)裝置的動作，可縮短故障的持續(xù)時間；另重復(fù)接地還可限制漏電設(shè)備的對地電壓和零線上的電壓降。

　　

　　圖5 TN—C系統(tǒng)重復(fù)接地

　　4.2.2零線（PEN線）斷線問題

若零線斷線，如不采用重復(fù)接地，那么在斷線點(diǎn)后有一臺設(shè)備發(fā)生碰殼時，則斷線點(diǎn)后所有接零設(shè)備金屬外殼對地電壓均接近于相電壓，這是很危險的，見圖4。采用重復(fù)接地，斷線點(diǎn)后的接零設(shè)備就成為接地設(shè)備，重復(fù)接地此時起到后備保護(hù)的作用。另零線斷線時，若三相負(fù)荷不平衡，則會使負(fù)荷中性點(diǎn)電位嚴(yán)重漂移，造成三相電壓不對稱從而燒壞單相設(shè)備。零線不應(yīng)在短路電流的作用下發(fā)生斷線，并為防止零線斷線，零線上不得單獨(dú)安裝熔斷器、開關(guān)裝置。若采用自動開關(guān)，只有當(dāng)過流脫扣器動作后能同時切除相線時，才允許在零線上裝設(shè)過流脫扣器。當(dāng)相線（鋁絞線或鋼芯鋁絞線）截面為70mm＜sup＞2＜/sup＞以下時，零線截面與相線截面相同；相線截面在70 mm＜sup＞2＜/sup＞及以上時，零線截面不宜小于相線截面的50%。

　　4.2.3三相負(fù)荷不平衡和高次諧波的影響

當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時，不平衡電流在零線上產(chǎn)生電壓降，另一方面由于大量非線性電氣設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波電流也疊加到零線上，即使零線沒有斷線，同時也沒有設(shè)備漏電，如人體接觸零線或設(shè)備金屬外殼，也會產(chǎn)生麻電的感覺。重復(fù)接地可減輕這種麻電現(xiàn)象。

　　4.2.4零線的接法

電氣設(shè)備的金屬外殼，必須采用單獨(dú)的引線同零干線作可靠的連接。三相380V四孔插座和單相220V三孔插座的保護(hù)接零極（PE線極）也應(yīng)單獨(dú)引線接到零干線上（并聯(lián)的形式）。不能將三孔插座的保護(hù)接零極（PE線極）直接與工作零線極（N線極）相連，這樣連接若工作零線松扣脫落時，就會使設(shè)備的金屬外殼帶相電壓；并且此時如將工作零線（N線）和相線（L線）接反，也會使設(shè)備的金屬外殼帶相電壓，從面造成人身觸電事故。如圖6所示，即為插座的錯誤接法。此時若三孔插座的工作零線發(fā)生斷線，則接在三孔插座上的單相設(shè)備不但不能正常工作且其金屬外殼存在相電壓，而接在四孔插座上的三相設(shè)備雖能工作但其金屬外殼也帶有相電壓。

　　4.2.5接地與接零混合使用問題

在同一臺變壓器或發(fā)電機(jī)供電的低壓電網(wǎng)中，不允許將接零保護(hù)與接地保護(hù)混合使用。這樣做的后果是如果接地設(shè)備發(fā)生漏電而熔斷器未及時熔斷時，會使整條零線上出現(xiàn)危險的電壓，從而使所有接零設(shè)備的金屬外殼也同時出現(xiàn)危險電壓，（如采用第3段中的數(shù)據(jù)，則該電壓達(dá)110V。）

　　

　　圖6 三孔插座和四孔插座的錯誤接法

　　5 TN—C系統(tǒng)存在的缺陷

過去我國對民用建筑特別是居民住宅一直采用以TN—C型式單相兩線入戶的居多。隨著人民生產(chǎn)水平的提高，家用電器的增多，原先符合住宅設(shè)計規(guī)范的TN—C系統(tǒng)已不能保證電氣安全的要求。TN—C系統(tǒng)的缺陷主要表現(xiàn)在：

　　（1）現(xiàn)在的家用電器大多采用單相三孔插頭，而很多地方單相三孔插座的PE線極卻是虛設(shè)的，并未單獨(dú)引接PEN線，結(jié)果用戶在處理時有的干脆就不接線，有的將插座的PE線極與N線極直接相連，也有的用一根導(dǎo)線將PE線極引接到電網(wǎng)PEN線上或附近的自然接地體上，等等。這些處理方法都存在安全隱患。

　?。?）按《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ46-88）要求：短路電流應(yīng)大于熔斷器額定電流的4倍，但此時熔斷時間卻為10~15S。顯然保險絲在規(guī)定時間內(nèi)熔斷，仍然不能滿足保證人身安全的要求。

　?。?）由于三相負(fù)荷不平衡和高次諧波的影響而使PEN線和接零設(shè)備金屬外殼呈現(xiàn)較高的電位，產(chǎn)生麻電現(xiàn)象。雖采用重復(fù)接地可減輕此現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般也有能造成人身傷亡，但可能會對地引起火花，故不適宜在居民住宅、醫(yī)院、計算機(jī)中心等場所使用。

　　（4）對零線（PEN線）斷線所帶來的危害，即使采用了重復(fù)接地的措施，也不能完全消除。

　?。?）若碰殼設(shè)備容量較大、距離電源較遠(yuǎn)，相線一零線回路電阻較大，短路電流較小，保護(hù)裝置不能迅速動作，故障設(shè)備電源不能及時切除，PEN線和設(shè)備金屬外殼就會長期帶電。雖采用重復(fù)接地，但仍不能完全消除危險。

　?。?）由于零線（PEN線）不允許切斷，不能作電氣隔離，故在電氣檢修時可能因零線對地帶電壓而引起人身傷亡事故。

　?。?）容易將相線和零線接錯，或者因互換而引起設(shè)備外殼帶電。在同一系統(tǒng)中，容易出現(xiàn)保護(hù)接地與接零同時存在的情況等等。

由于上述原因，《住宅設(shè)計規(guī)范》（GB50096-1999）規(guī)定了居民住宅應(yīng)采用TT系統(tǒng)（三相四線制、接地保護(hù)系統(tǒng)）、TN-C-S系統(tǒng)（部分接零、部分為三相五線制）或TN-S系統(tǒng)（三相五線制系統(tǒng)），并進(jìn)行總等電位連接。

　　6 結(jié)論

盡管在TN系統(tǒng)中采用了接零的保護(hù)措施，但仍需注意它是針對間接接觸觸電的防護(hù)措施，對于直接接觸