TT系统接地电阻设计与计算

【摘要】　本文对低压断路器和熔断器、剩余电流动作断路器、其它方式保护的TT系统接地电阻设计与计算作了详述，并指出TT系统存在的保护问题，并对其它存在的问题做了说明：是TT系统设计与技改及调研的总结。

【关键词】　TT系统　接地电阻　设计　计算

系统连线、线路保护、接地电阻设计是TT系统三大主要问题。本文所叙内容适用于防电击保护分类为I类的电气设备和人身电击安全电压限值(交流50V、直流120V)及切断故障回路时间小于或等于5(或0.4)s的TT系统。

由于TT系统电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极和电源的接地极无电气联系；当有多级保护时，各级有各自的接地极。当发生单相接地故障时，短路电流通过发生故障的那一级或用电设备保护接地装置、流经大地后再通过电源接地装置才能返回到电源。所以TT系统接地电阻设计与计算比较复杂和显得特别重要。

1　靠短路电流切断故障电源

(1)　当短路电流I_d≥150A时，靠短路电流切断故障回路电源的保护设备是低压断路器和熔断器。在系统各级按保护要求设置了不同规格的断路器和熔断器。其中找出最大一组断路器的脱扣器或熔断器的熔体电流/断路器动作或熔断器熔断电流来设计和计算接地电阻。此时，可用下式进行计算：

R_A=1/K·R_B

式中　K-计算系数，当低压配电电压为380/220V时，K=3.4；当低压配电电压为400/230V时，K=3.6

　　　R_A-电气设备外露可导电部分接地电阻，Ω

　　　R_B-电源系统接地电阻和连接导体电阻，Ω

相电压U₀=220V低压配电系统人身电击安全电压限值U_L=50V时，系统故障短路I_d：

I_d=U_L/R_A=50/R_A(A)

断路器脱扣/熔断器熔体额定电流I_n表示，取K=3.4时，R_A、R_B、I_d、I_n的计算列于表1。由于我国规定R_B≤4Ω，所以R_B从4Ω开始计算，由表1不难看出，随着R_A、R_B阻值的减小，故障短路电流I_d和断路器的脱扣器、熔断器的熔体电流I_n在增加。可是当I_d=150A时，对I_d=5I_n的断路器和在5s内熔断的熔断器最大脱扣器、熔体电流I_n才只有30A；而对I_d=10I_n时断路器的脱扣器和在0.4s内切断电源的熔断器的熔体电流更小，也只有15A和16A。就一个低压配电系统而言，在其上、中、下级保护中最大的额定电流只

表1　R_B≤4Ω、U₀=220V、U_L=50V、故障电流I_d和断路器、熔断器的脱扣器/熔体电流I_n

注：①断路器脱扣器额定电流I_n应取系统所选用的型号相对应的标准值，应留1.3的可靠系数，本表数据未考虑。

②5s和0.4s内动作的熔断器I_d/I_n最小比值按《低压配电设计规范》(GB50054－95)取用。选用熔断器熔体时应取系统所选用的型号相对应的标准值。

③系统故障短路电流I_d与断路器/熔短器的切断/熔断电流相同

有30A和15A及以下者甚少。而且电源和用电设备外露可导电部分接地电阻值只有1.13Ω和0.333Ω也较难以达到。曾为此提出希望断路器制造商把动作电流倍数设置为1.25、1.5、2倍等建议。既是如此，断路器最大脱扣器电流只能提高到120A左右，相当于只能供≤50kW设备。故仅适于低压配电系统中、下级配电线路保护。更为麻烦的是电源和负荷侧电气设备接地电阻值最终还要符合计算系数K的要求，它对系统设计产生较大影响。所以，选用断路器和熔断器切断短路故障回路，在低压配电TT系统中的应用受到很大限制。

(2)　当短路电流I_d＞150A时，根据目前接地技术，利用自然条件、建筑物等以常规或特种方法在工程上能够较容易达到的接地电阻值为0.35～1Ω。当R_A、R_B各为0.333Ω和1.13Ω时，I_d=150A而I_nmax=30A所以，I_d＞150A时，不能再设计用调整R_A、R_B方法加大短路电流，切断故障回路电源的TT系统。下面介绍三种解决方式：

①选用电击防护等级为Ⅱ级的设备：

Ⅱ级设备的防护能力不仅靠基本绝缘保证外，还应加强绝缘采用双重绝缘措施。这种设备不与保护导体或接地导体相连，其可靠性也不受安装条件限制。选用的Ⅱ级设备其基本绝缘破坏时，在其外露可导电部分不会产生危险接触电压。

②绝缘检测装置：

安装绝缘检测装置，利用其功能在电气设备发生接地故障时可切断故障回路电源，也可以发出接地故障声光信号便于维护和事故处理。

③接地电压检测装置：

由于TT系统中性线N在电源侧与地直接连接，与电气设备外露可导电部分是绝缘的。所以，三相不平衡电压、电源电压飘移等引起的N线所带的电压，与电气设备外露可导电部分无电气联接。我们利用这一特点，在末端保护安装接地电压检测装置，并用其瞬时或延时切断故障回路电源，也可发出声光报警信号。动作电压的选择要根据实测的接地电阻值和上、中、下级互相配合的原则整定。例如，电源和用电设备接地电阻R_A=R_B=4Ω时，单相接地电流为27.5A即R_A上的压降为110V，上、中、下级动作电压整定为100、75、50V，延时时间各整定为0.35、0.25、0.1s等。这种系统的最大缺点是只要发生故障就切断总电源开关，则扩大了停电范围。

2　剩余电流断路器保护

TT系统采用自动切断故障电源保护，当发生故障时过高或危险接触电压尚未形成和造成危险之前将自动切断故障回路电源。它的动作都要靠故障电流，故障电流大则它能切断的回路容量越大。可是，正如上述分析，由于TT系统受到其结构限制不可能产生大的故障电流。TT系统就只能靠剩余电流动作断路器切断电源，常用的剩余电流断路器动作电流I_Δn有500、100、50mA及以下，与其相对应的保护接地电阻值为100、500、1000Ω及以下。

综上所述，TT系统接地电阻应满足；

(1)　系统产生足够大的故障短路电流使断路器和熔断器切断故障回路电源；

(2)　系统产生足够大的故障剩余电流，使剩余电流断路器切断故障回路电源；

(3)　用绝缘和接地电压检测装置切断故障回路电源。

3　TT系统存在的其它问题

(1)　在TT系统中，电源系统与地直接联接之外，其余上、中、下级的所有电气设备外露可导电部分与N线是绝缘的。可是，制造厂在制造TT系统用配电设备时为N线是不绝缘的。而未被用户及时发现，仍然将把设备外壳进行保护接地，所以，就把N线所带电压产生的电流当作剩余电流流经接地电阻。因此，回路开关一合即跳闸。凡是存在这些问题的系统应认真核查该系统接线是否正确。

(2)　TT系统的电气设备外露可导电部分的PE线应分别与接地装置连接，不能采用串接后集中接地的方式，否则可能在一个设备发生绝缘损坏故障时，使其它设备的外露导电部分带有危险电压。

(3)　农业生产用移动设备和临时用电设备接线不规范，有的没有PE线，有的把N线和PE线混接等等，致使在农忙季节事故频繁发生。为使确保系统安全可靠运行，预防事故发生，应对农村电管人员和用户进行培训也是很有必要的。