浅论TT系统的安全性
同济大学建筑设计研究院王坚
摘要阐述低压接地故障保护系统采用TT系统时可能存在的安全隐患，并据此提出所采取的增加安全性的方法。
关键词TT系统接地电阻漏电断路器故障电压
美国国家电气法规（NationalElectricalCode，简称NEC）规定：不得将大地作为接地故障电流的返回电源的通路，也即不得采用TT系统，它认为TT系统中的接地电阻限止了接地故障电流，使系统中的过流保护器不能有效切除接地故障，从而引起电气危险。
我国的有关电气安全的教材中在论述TT系统的有关章节时，均谈到了已知接地装置的接地电阻的情况下,该系统下接地故障电流的计算方法。例如：若工作接地和保护接地的接地电阻都为4Ω的情况下，此时发生相线碰壳，接地故障电流则为220/（4+4）=27.5A。另外，也谈到了当发生低压接地故障保护时的低压电器的选择方法；即在接地装置符合要求的情况下，如果熔断器的熔断电流须大于接地故障电流，或者断路器的跳闸动作电流大于接地故障电流。但TT系统的自身结构导致了其产生的接地故障电流往往较类似条件下TN系统小，影响低压电器动作的灵敏度；若低压系统选择不当时，则会造成接地故障电流不能及时排除，甚至会长期存在，人触及碰壳设备，就会受到电击的危险；正因为有这种可能，因此有些设计人员反对采用TT系统，甚至认为低压公用电网也必须采用TN系统才是正确的。
NEC的这一规定是与我国标准和IEC标准的规定是相矛盾的，我国不少城市的低压公用电网采取TT接地系统，也有不少工厂采取TT接地系统。
本文不回避NEC指出的TT接地系统存在的不安全性，并针对这一情况提出提高TT系统安全的方法，同时指出采用TT系统的独有的好处。
1.降低接地电阻的方法
TT系统中,电源的工作接地电阻Ro假定为4欧,电气设备的保护接地电阻Rr也假定为4欧,当相线与设备的外壳相碰时,在不计导线电阻和接触电阻的情况下,电气设备外壳出现的电压为220V×4/(4+4)=110V,当人触及此漏电的电气设备外壳时,110V的电压就加到人身上,当然有触电死亡的可能。
通常保护接地的接地电阻值大于工作接地的接地电阻值。如果保护接地的接地电阻值小于工作接地的接地电阻值,能否达到安全用电的目的呢?要使故障电压小于50V(安全电压),保护接地的电阻值应为多大?可通过下式计算得到:
?
220V×Rr/(Ro+Rr)=50V
假定Ro仍为4欧,代入上式得:220Rr=50×4+50Rr,运算后得Rr为1.18欧。
如果工作接地(R0)为1欧,此时要达到50V的漏电电压,保护接地(Rr)的接地电阻值则要小于0.3欧[Rr=50/(220-50)=0.34],显然要化很大的代价,才能得到远小于工作接地的电阻值。
正因为上述原因，为了确保TT系统的安全性，采取降低接地电阻的方法须示地区和季节而定，如上海为低电阻率的地区，一般情况下的接地电阻能达到1欧以下；但高电阻率的地区，达到1欧以下则要化很大的代价；另外，各地区还要考虑不同季节土壤内的水分迁移的因素；由此可见，采取降低接地电阻的方法须投入很多财力。
既然TT系统在接地很可靠的情况下，接地故障电压也难以达到安全电压以下，还有可能发生触电死亡,那未为什么还要化很多财力去接地呢?其原因是在接地可靠的情况下,短路故障电流会很大而使熔丝熔断,或使断路器跳闸而切断电源.如果接地不可靠，或者接地发生断裂，则故障电压就会长期存在。
为了使熔断器熔断或者使断路器跳闸，接地电阻必须符合设计要求，并根据接地电阻可能出现的最大值，设定熔断器的熔断电流，或者设定断路器的跳闸动作电流。
采用TT接地系统由于接地故障电流比TN系统小得多，因此相对TN接地系统，它的安全性没有TN系统高。但是采用TN系统并不等于一定安全，它有一个致命的缺点：如果发生PEN断，其后果的严重的，甚至远大于TT系统故障回路电阻大可能造成的后果。
2.选择熔断器和断路器的方法
接地电阻达到设计要求后,如果熔断器设定的熔断电流大于接地故障电流，或者断路器设定的跳闸动作电流大于接地故障电流，则接地故障会长期存在，人触及碰壳设备，就会受到电击的危险，以工作接地电阻和保护接地电阻都为4欧的情况下,其故障电流为27.5A[220/(4+4)=27.5],若保护接地电阻为10欧,则故障电流为15.7A[220/(10+4)=15.7].熔断器的熔断时间与故障电流的大小有关,以快速熔断器为例,若故障电流是熔体额定电流的1.1倍时,可连续工作4小时而不断,若故障电流是熔体额定电流的4倍时,则在0.2秒内就熔断.断路器的跳闸时间也和故障电流的大小有关.
如果电气设备的接地不好,故障电压就有长期存在的可能,人一旦触及就有电击死亡的危险.
同样,如果熔断器或断路器选用不当,即使接地可靠,也会使故障电压长期存在而产生危险.
只要正确选定熔断器的熔断电流，或者正确选定断路器的跳闸电流，并采用质量可靠的产品，采用TT系统是安全的。
??3.选择漏电开关的方法
??如果电气设备的金属外壳和相线短路时,确保漏电电压不超过50V,是否安全呢?在正常环境中是安全的,但在潮湿环境下仍是不安全的，尤其是潮湿的身体触及50V电压是很危险的。我国的安全电压系列是:42,36,24,12,6V。此时，对保护接地电阻的要求就更高；系统可采用漏电开关。
国家标准规定,固定式设备的保护装置要求在5秒内切除故障,手握式设备的保护装置要求在0.4秒内切除故障。即使接地再可靠,采用熔丝切断或断路器跳闸都需要时间；在故障未切除前,人触及就有危险。
采用漏电开关可缩短切断故障的时间,只要达到漏电开关所需的动作电流,就可在0.1秒内切断故障.
是否会发生触电死亡事故,不是取决于故障电压的大小,而是取决于通过人体的漏电电流,一个健康的人,允许30mA的漏电电流通过人体,国际电工委员会的专家,让30mA的电流从右手经过心脏到左手流出,历时45分钟而安然无恙,因此家用漏电开关的技术指标是30mA,0.1秒；也可采用15mA,0.1秒的漏电开关。
采用漏电开关后,是否可以排除触电的可能呢?仍然不能,因为存在下面二种不安全因素:漏电开关发生不跳闸故障；三相漏电开关存在动作死区。
1)漏电开关发生不跳闸故障???
任何一个电气产品都存在出现故障的可能,因此漏电开关设置了一个试验按钮,其目的只是检查漏电开关的脱扣机构是否能正常工作,对漏电开关的动作电流和脱扣时间无法检查。而这二项指标是漏电保护的关键指标,这二项指标如果不符合要求就存在触电的危险。
不少电击死亡事故的发生，事后检查虽然装了漏电开关，但安装的是不合格的产品。
2)三相漏电开关存在动作死区?
??家用漏电开关是单相漏电开关,不存在动作死区,但功率较大的电动机采用三相电,就必须采用三相漏电开关,普通的三相漏电开关存在动作死区,所谓动作死区,以30mA的漏电开关为例,若L1相发生25mA的漏电电流,漏电开关可以不跳闸,此时若L2相也发生25mA的漏电电流,漏电开关也可不跳闸,在这种情况下,L3相即使发生30mA的漏电电流也不会跳闸,因为其中25mA的电流用于抵消L1和L2的漏电电流,只剩下5mA的电流,当然不会跳闸,只有达到55mA(30+25=55)时才跳闸,这就是动作死区.动作死区的存在,就有触电死亡的危险,因为55mA对人身是不安全的.
为了克服动作死区，可采用国产的全自动触电保护器，它能排除动作死区.
4.限制故障电压的方法?
这往往是容易忽视的问题,举个例来说明此问题,某水泵的电动机用漏电开关加以保护,其出水管通到水池。当电动机出现漏电故障时,漏电开关会动作而切断电源,但水泵的出水管如果碰到外来的故障电压,使水管的电位升高,即使出现危险的电位,保护水泵电动机的漏电开关是不会动作的,因为漏电电流不对保护电动机的漏电开关发生作用。这就是外来的故障电压如果蔓延而来,漏电开关无法动作的原因。
故障电压蔓延不仅仅存在于TT接地系统，也存在于TN接地系统，由于TN系统中所有的PE线是全部连成一体的，因此一旦出现故障电压蔓延，就会遍及个系统。TT系统的同一电源中，可以有几个独立保护接地系统，各个独立保护接地系统的PE线是不连通的，因此一个接地系统出现故障电压蔓延，不会蔓延到另一个独立的保护接地系统，以这点而言，TT系统比TN系统安全，下面作较详细的说明。
??TT系统电源系统有一点直接接地,接地点通常是电源的中性点。电气设备的外露导体部分也接地,两个接地的接地极各自独立的系统称为TT系统。这种配电系统通常用于低压公用电网和对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电.
TT系统的组成如图a)所示。电源系统的接地称为工作接地。电气设备的接地称为保护接地。电气设备的接地通过PE线和保护接地极相连。
TT系统中的PE线也可各自独立,即同一TT配电系统中,相互独立的电气设备或建筑物可独立设置接地极,如图b)所示,这种接法可避免发生故障时对地故障电压的蔓延。例如，建筑物甲中的一台电气设备碰壳时，与之相连的接地极R1的电位升高，如果R1=R0，那未R1的电位就会升高到110V，此时与R1相连的PE线对地电位亦为110V，其它电气设备如果与此PE线相连，其外壳同样会出现110V电位，人若触及这些电气设备就会有电击的危险。图b）的建筑物乙由于单独设置接地极R2，因此故障电压不会蔓延过来。
由同一保护电器图c）中的总断路器）保护的电气设备的所有外露导体部分应用保护线连成一体,接到共同的接地极上,如图c)所示.如果设备甲和乙各有一个独立的接地极，此两个接地极的电位往往是不同的，尤其是一个接地极有漏电电流流过时，其电位就会升高，人若同时触及这两个具有不同地电位的电气设备时，就有电击的危险，因此由同一保护电器保护的电气设备的外壳应接到同一接地极上。
同样原因，同一建筑物内的电气设备的外壳应接到同一接地极上。
对各自独立的建筑物可以采用各自独立的接地极，因为人不可能同时触及两个建筑物内的电气设备。
这里所讨论的接地极，是指一组接地极，一般每组接地极由两根接地极组成，并在地下用接地线连成一体。
为了避免故障电压的蔓延而造成危险,通常采取等电位联结来减少触电的可能。
浴室必须采取等电位联结,即浴室内所有的金属体要连成一体,且与接地干线相连。使人触及任何二个金属体时,不会因电位差而造成触电事故。
5.保障可靠接地的方法
在用电安全检查中,接地装置的接地电阻测量人们是重视的，但对电气设备的接地是否可靠,通常只检查接地线是否漏接,接触是否可靠,仅用目测检查这是不够的；电气设备的接地电否可靠,应该用测量接地回路的电阻来衡量。
?总之，电给人带来文明,也带来触电的危险,必须慎之又慎,才能达到安全用电的目的。?
参考文献
1王厚余.低压电气装置的设计和检验.第一版.北京：中国电力出版社，2003：35～54
2中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册.第三版.北京：中国电力出版社，2005：879～899
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