中建二局第一建筑工程有限公司北京市100176
摘要：城市建筑电气低压配电系统使用是否合理是衡量城市现代化标准的重要参数之一，根据不同城市地貌以及建筑电气低压配电系统的不同类型选用不同的接地系统是电力规划建设中不可忽视的一个环节。研究分析不同接地系统的特点、探寻新的接地方式，是未来城市建筑电力发展的重要课题。本文对建筑电气低压配电设计中各种接地系统进行了探讨。
关键词：建筑电气；低压配电设计；各种接地系统
一、建筑电气低压配电设计过程中各个接地系统的概述
建筑电气低压配电中的接地也就是将目标电气与大地相连的过程，在配电领域因为大地的电阻相对较低，而电容相对较大，所以在建筑电气低压配电中将电气的带电端与大地相连能够保证用电主体的用电安全。在低压配电活动中因为接地原理的不同，接地系统分为很多种不同的类型，其中较为典型的有TN系统、TT系统、IT系统，其中TN系统又可以分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统，在这些接地系统中，T代表的是电源的直接接地线，I代表的是经过一定的抗阻或者一定绝缘测试的接地，N是指接地系统中的中性线，C指的是在具体应用中将中性线与保护线合并为一体的特殊形式，S则代表中性线与保护线分开使用单独承担接地任务的接地形式。在建筑电气低压配电设计中各种接地系统中，工作人员主要会面临来自两个方面的问题，一方面是供配电系统中电源端带有电导体的接地问题；另一方面是供配电系统中负荷端电气装置外露点部分的接地问题。
二、我国各类接地系统现状
在我国普及配电设备的前期，大部分使用的是TN-C接地系统，由前文可知该系统的接地保护范围仅适用于稳定负载，在相当长的一段时间里阻碍了国家高精度装置及波载技术设备的发展。直到改革开放后国家电力部门引进了国际IEC标准，才针对供电设备及电路负载的不同采用了不同的接地方式，如今我国民用建筑通常使用的是TN-S系统，该系统是当下所有系统中耗能最少、成本最低与居民用电适用范围最广的，但在大面积低压电力网络供电方面就会存在N线过长与三相线路不均衡的缺陷，容易造成电器设备漏电，引发安全事故。为保证在大面积低压配电区域用电人员的安全，应当减少N线长度从而减少电路阻抗损耗，对此，应选择TN-C系统或者TN-C-S系统替换TN-S系统，城市低压配电所采用TN-C系统针对提高安全性就是替换TN-S接地系统的特例。
三、低压配电系统接地制式的分类和表示法
低压配电系统的接地制式按配电系统和电气设备的接地组合来分类。按照国际电工委员会IEC规定，低压配电系统接地制式的表示法一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。低压配电系统的接地制式分为TT、IT、TN三种。TN系统按中性线（N线）与保护线（PE线）的组合方式，又分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种形式。第一个字母表示电源接地点对地的关系，其中T表示直接接地；I表示不接地或通过阻抗与大地接地。第二个字母表示电气设备的外露导电部分与地的关系，其中T表示外露导电部分直接接地，与电源的接地无关；N表示外露导电部分与电源系统接地点或与该点引出的导线相连接。后续字母表示中性线与保护线之间的关系，其中C表示中性线与保护线合并为PEN线；S表示中性线与保护线分开；C-S表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N线和PE线。
四、建筑电气低压配电设计过程中接地系统
由上文分析可知，在电气低压配电中，常用的接地系统有三种，即TT、TN和IT，鉴于此，下面重点对这三种接地系统的故障保护措施进行分析。
4.1TN-C系统
接地系统的TN-C系统就是在接地线路设计活动中将中性线N与保护线PE结合在一起，以一条线承载中性线和保护线两种保护功能接入大地，在具体的接地活动中主要就是将电气设备的金属外壳与PE线、N线连接在PEN线上，这样结合在一起的主线既可以作为中性线使用又可以作为保护线使用，降低了接地系统的施工负担，提高了接地系统设计的效率。在具体的TN-C系统运行过程中，PNE线既能够承载复杂的电流运行，还能够承载谐波电流。同时其在运行过程中因为大地的自身的电阻较低、电容较大会在高电流经过时保持较低的电位水平，能够起到一定的降低电气设备过高电压的作用，结合TN-C电气接地系统的这些特点，可以综合分析出TN-C接地系统，更加适合在三相负荷较为均衡的供电系统中应用，能够有效的提升电气系统的安全性。但是其自身的缺点也是相对明显的，因为中性线与保护线的结合使用，导致保护线中电流对中性线的稳定性影响很大，在较为精密的系统中使用中性线的不稳定会影响系统整体的稳定性。所以在对供电系统进行接地设计的过程中，接地线应该尽量避免与中性线混用，以保证建筑电气低压配电设计中各种接地系统的安全。
4.2TN-S系统
TN-S接地系统是指在接地系统中中性线N与保护线PE之间并没有直接的联系，而是分别从电气系统中接出并按照固定的要求接入大地，所以安全线PE在正常状态下都是不带电的，与之相连接的建筑电气外壳也是不带电的。同时中性线因为没有了保护线中电流的干扰，在电气系统运行过程中的稳定性也有了明显的提升，这种对建筑电气安全性有较高维护水平的接地系统，其自身对建筑电气的安全维护性水平较高，在民用住宅中有较大的应用市场，在一些对设备供电稳定性要求较高的精密电子设备中这种接地系统也较为实用。
4.3TN-C-S系统
TN-C-S接地系统是一种将中性线与保护线整体结合又部分分开的接地系统，TN-C-S是民用建筑配电活动中常用的一种接地系统，通常集中应用在较为分散的民用建筑配电活动中。其在民间应用广泛的原因是其自身的接地原理比较明确，而且具体的接线方式也比较简单，在建筑电气安全防护上也有较高的安全性，在具体的应用实践中因为中性线N与保护线PE本身还是有部分相连的，所以PEN线还是具备一定的降压能力，同时这种将电压也作用在建筑电气的外壳上，会对建筑电气自身的电气性能产生一定的影响。所以严格意义上来讲PEN线必须重复接地，而且PE线与中性线之间必须要有严格的绝缘，中性线与大地之间的绝缘效果也必须提高到一定程度才能保证整个接地系统的安全性能。
4.4TT系统
TT接地系统是一种建筑电气单独接地的接地系统，其在运行过程中每一个用电设备的外壳都单独使用一条接地线进行接地，并且保证与电源的接地线没有电气上的关联，在TT系统中每一个用电设备都单独与大地相连各个电气设备的保护线都单独接地互不所属。从根本上杜绝了用电设备保护线电流的相互影响。也杜绝了用电设备自身的保护线与中性线结合在一起导致的设备自身保护线对中性线的影响。防止电压沿着用电设备的保护线进入用电设备的内部影响用电设备的安全和运行质量。但是这种接地系统因为要将每一个用电设备都单独接地，而且接地线之间还不能存在电气意义上的接触，这就为具体的接地工作提出了较高的要求，接地系统的施工难度会加大，同时接地系统建设的成本也会提高。一般只有对电力系统稳定性要求极高的科研院所才会采用这种基地系统。
TT系统中的所有中性线都是直接引至大地的，而大地的电位是零所以在用电设备集中工作的时候，容易发生对地绝缘击穿事故，在TT接地系统的设计和建设活动中应该注意对这一风险的防范。
4.5IT系统
在通常情况下，建筑电气低压配电系统的IT接地系统电源端口都是不接地的，一般采用设置高电阻和高电抗的方式来进行接地保护，而建筑电气设备的外壳是直接接地的，这种特殊设置导致该系统中出现第一次故障时，电源端口的高电阻和高电抗设置会让故障电流变得极小，电气设备金属外壳不会产生导致工作人员触电的电压，所以并不需要切断电源。系统会根据故障信息向维护人员发出警示，依靠维护人员的检查维修排除故障。这样的设置让IT接地系统在运行过程中能够维持整个电气设备的供电稳定性。在一些对电力供应稳定性要求较高的企业中IT接地系统得到了广泛的应用，根据自身的特点可以对线路中的故障信息进行早期预警，遭遇故障不停电以防止供电电压不稳对机械设备造成的损害。可以实现对电力系统中故障的不停电或者局部停电维护，从本质上来说可以认为是简直电气低压配电系统中的一种智能接地系统，因为其自身在电力系统中安全维护的职能化作用，其在工业领域的应用已经渐渐成为一种主流。
五、建筑低压配电系统中的接地保护设计
建筑电气低压配电系统运行的安全性对确保电气设备使用者的用电安全至关重要，因此在建筑低压配电系统设计时，应该采取必要的接地保护措施。接地保护措施是在建筑低压配电系统运行过程中出现漏电的情况下，自动切断漏电线路以保证整个线路的安全性，保证整个供电系统中机械设备和操作人员安全的设备。在建筑电气低压配电系统的设计过程中，如何合理的设置接地保护装置提高整个建筑供电系统的安全是其设计过程中的关键问题，所以在建筑电气低压配电系统的设计活动中，应该根据建筑电气设备的具体情况以及回路线路的横截面积大小合理的设置接地保护装置。在建筑电气低压配电系统的设计过程中无论选择什么样的接地系统，采取什么样的接地形式，都要注意整个低电压供电系统应该处在同一个电位上，供电系统中的接地系统与电气设备应该进行等电位连接，以保证整个低电压供电系统内部的稳定性，以防止供电系统因为外部电压的影响而无法正常运行。供电外网的电压变化也是建筑低压配电系统中接地保护系统要面对的主要问题，只有在设计过程中就考虑到外部电压的不稳定性，才能保证配电系统内部的相对稳定。
如前文所述在建筑电气低压配电系统中，接地保护主要有三种模式，即IT、TN、TT。其中TT系统是针对接地建筑电气低压供电系统中的电气设备保护问题的，通过电气设备的单独接地来实现电路中电气设备的保护，主要功能作用是将故障回路内的电流自动切断，保护电气设备不受破坏；IT系统作为一种功能性较强的建筑电气低压配电系统中的接地安全系统，一般设置在电网的外漏导电部分，如果电网外漏导电部分出现故障，IT系统的接地保护不会切断整个系统的电源，而是通过自身的高电阻和高电抗阻塞故障电流的自主流动并向线路的维护人员告警，由电力系统的维护人员根据故障的实际信息对故障采取分段线路断电处理，这种保护机制不仅保护了线路中机械设备和操作人员的安全，同时也最大限度的降低了电力故障对电力系统运行的影响。TN系统接地主要是通过电流保护器对电路负荷与电流短路的保护装置，也可以对建筑电气低压配电系统因接地故障起到保护作用。
结束语
在建筑领域电气低压配电设计活动中，安全是主要的影响因素所以建筑电气低压配电设计中的接地系统选择和应用成为一个关键性的内容，对建筑电气低压配电设计中各种接地系统的探讨具有鲜明的现实意义，本文从建筑电气低压配电设计过程中各个接地系统的概述、建筑电气低压配电设计过程中接地系统的特点、建筑低压配电系统中的接地保护设计三个角度对这一问题进行了深入的研究，以期为建筑电气低压配电设计中各种接地系统应用水平的提升提供支持和借鉴。
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