低壓配電網(wǎng)絡有3種接地方式，即IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)。其中，TN系統(tǒng)又可以細分為TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。低壓配電網(wǎng)絡采用何種接地方式，與低壓配電網(wǎng)絡的使用場所和負載配置有關。

隧道掘進機作為一個全自動化、智能化隧道掘進設備，集機械、液壓、流體、配電、監(jiān)控系統(tǒng)于一體，具有負荷種類多、容量大（2～5MW）、負荷相對集中等特點。如何選擇集成在隧道掘進機上低壓配電網(wǎng)絡的接地方式，是掘進機生產(chǎn)廠家需要分析和解決的問題。

本文根據(jù)隧道掘進機設備低壓配電網(wǎng)絡特點，綜合分析各類接地方式優(yōu)勢與缺點，選取最適用于掘進機設備的低壓配電網(wǎng)絡中性點接地方式。

1 低壓配電網(wǎng)絡接地方式分析

在低壓配電網(wǎng)絡的3種接地方式字母代號中，第一個字母表示低壓配電網(wǎng)絡電源端與地的關系：I指電源中性點經(jīng)高阻抗接地或不接地；T指電源中性點直接接地；第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系：T指電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點，N指電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。

圖1 IT接地方式

IT接地方式，電源中性點高阻接地或不接地，用電設備外露可導電部分直接接地；在IT接地系統(tǒng)中，發(fā)生第一次接地故障時，故障點接地電流僅為非故障相對地電容電流，非故障相對地電壓上升為相電壓的1.73倍，IT接地方式低壓配電網(wǎng)絡絕緣需要按線電壓設計，一般用于要求連續(xù)供電或不允許斷電的場所。

圖2 TT接地方式

TT接地方式，電源中性點直接接地，用電設備外露可導電部分也直接接地，但電源接地與設備外露可導電部分接地相互獨立。在TT接地系統(tǒng)中，如發(fā)生高電壓經(jīng)導體或破損絕緣串入低壓設備，此接地方式能有效抑制低壓設備的過電壓，對低壓設備的雷擊過電壓也有一定的泄漏能力。

在發(fā)生碰殼故障時，此接地方式亦能有效降低外殼對地電壓，減輕人體觸電危害，同時，保護裝置在較大的故障電流作用下可靠動作，及時切斷故障。TT系統(tǒng)需要多處接地，接地裝置復雜，耗用材料多，不易回收，僅適用于長期固定工程。

圖3 TN-S接地方式

TN接地方式，電源中性點直接接地，設備外露可導電部分與電源中性點直接電氣連接。在TN接地系統(tǒng)中，如發(fā)生碰殼故障，故障電流經(jīng)金屬導線構成閉合回路，形成金屬性單相短路，產(chǎn)生足夠大的故障電流，驅動過流保護裝置可靠動作，將故障切除。TN系統(tǒng)要求保護線PE（專用或與N線共用）連接可靠，中間絕對不允許斷線，也不允許接入開關設備。

TN-S系統(tǒng)為TN系統(tǒng)中適用性最好，最安全可靠的接地系統(tǒng)，其工作零線（N線）與保護零線（PE線）完全分離，保護零線（PE線）專用，沒有負荷電流或不平衡電流流過，對地電壓為0。正由于PE線為保護用專線，較其他接地方式需額外敷設一條金屬導線回路，需相應增加系統(tǒng)資金投入。

2 隧道掘進機低壓配電網(wǎng)絡概述

隧道掘進機是利用回轉刀具開挖，同時破碎洞內(nèi)圍巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機械。隧道掘進機主要用于地鐵隧道及公路、鐵路、引水工程長距離隧道的掘進施工作業(yè)，施工里程可達20km以上，整機裝機功率最大可到5000kW。

設備上集成有機械、液壓、流體等各類裝置與機構，配電網(wǎng)絡具有負荷功率大，負載集中（300m范圍內(nèi)），種類復雜多樣，安全保護要求高等特點。掘進機采用10kV或20kV高壓電纜引入電源，利用設備上自帶的箱式變電站轉變?yōu)榈蛪弘姾蠊└骷壺撦d使用。箱式變電站內(nèi)常規(guī)配置為兩臺變壓器，一臺用于掘進機回轉刀具機構（刀盤）旋轉驅動，一臺用于除刀盤外其他輔機負載供電。

掘進機刀盤旋轉驅動用變壓器根據(jù)驅動方式的不同而有區(qū)別。如刀盤驅動采用液壓馬達驅動方式，刀盤變壓器的負載為三四臺給液壓馬達供油的液壓泵定速電動機，功率區(qū)間在250～315kW，采用軟起動器控制運行。

如刀盤驅動采用電動機直接帶減速機驅動方式，刀盤變壓器的負載為4～12臺變頻電動機，功率區(qū)間在132～400kW，采用變頻器控制運行。刀盤驅動低壓配電網(wǎng)絡的主要特點是單電動機功率大，電動機數(shù)量相對穩(wěn)定，電網(wǎng)結構簡單，配電級數(shù)只有1級。

掘進機輔機供電用變壓器，其負載主要為各類變頻或非變頻異步電動機、監(jiān)控設備與照明設備，負載數(shù)量多，驅動方式多樣，一般將不同類別的負載分離，按3級配電網(wǎng)絡對其進行配電。

由于隧道掘進機為地下施工設備，施工場所環(huán)境惡劣，溫濕度高，粉塵大，人員集中，所以對于掘進機低壓配電網(wǎng)絡的接地方式與保護裝置的配置首先要滿足人身保護與設備財產(chǎn)安全的要求，其次要顧及施工設備穩(wěn)定持續(xù)運行的要求，最后還要考慮作為設備生產(chǎn)廠家的成本控制需要。

3 隧道掘進機低壓配網(wǎng)中性點接地方式選擇及系統(tǒng)保護配置

低壓配電網(wǎng)絡中，采用“另起的系統(tǒng)”措施，可以滿足在同一供電范圍，同一建筑物內(nèi)不同接地方式兼容共存。隧道掘進機的低壓配電網(wǎng)絡可類比于一個建筑物或變電所，不拘泥于全部采用一種接地方式，通過比較3種接地方式的優(yōu)缺點進行擇優(yōu)選擇。

1）采用IT系統(tǒng)，電源中性點不接地，低壓配電網(wǎng)絡上其他設備外露可導電部位通過金屬結構件連為一體后連接至接地極接地。低壓配電網(wǎng)絡上裝設過流保護設備及一個絕緣監(jiān)測儀，即能滿足整個低壓配電系統(tǒng)的保護要求。絕緣監(jiān)測儀實時監(jiān)測整個配電系統(tǒng)對地絕緣電阻值，在系統(tǒng)任一位置發(fā)生絕緣破損或老化均能通過絕緣電阻值實時反饋，在發(fā)生單相接地故障或系統(tǒng)對地絕緣故障時還能動作于跳閘，跳開全部回路低壓開關，保護人身與設備安全。

2）采用TT系統(tǒng)，電源中性點需要連接至一個接地極進行接地，低壓配電網(wǎng)絡上其他設備外露可導電部位通過金屬結構件連為一體后統(tǒng)一連接至另一個接地極接地，此兩接地極分開設置（如不分開則變?yōu)門N系統(tǒng)），且每個接地極的接地電阻均滿足接地電阻要求。低壓配電網(wǎng)絡各回路裝設過流與漏電保護設備，在某一回路發(fā)生漏電事故或絕緣破損，動作于跳開本回路低壓開關。其漏電保護動作靈敏性與接地裝置接地電阻有極大關系。

3）采用TN系統(tǒng)，電源中性點需要連接至一個接地極進行接地，低壓配電網(wǎng)絡上其他設備外露可導電部位通過銅導線或金屬構件做局部等電位連接后，再通過銅導線連接在一起，并通過銅導線直接連接到電源中性點。配電網(wǎng)絡各回路裝設過流與漏電保護設備，在某一回路發(fā)生漏電事故或絕緣破損，動作于跳開本回路低壓開關。其漏電保護動作靈敏性與保護零線（PE線）的阻值有極大關系。

以上3種低壓配電網(wǎng)絡接地方式的特點見表1。

表1 三種低壓配電網(wǎng)絡接地方式特點

對于刀盤旋轉驅動配電網(wǎng)絡，采用獨立的變壓器作為其電源供電，由于其系統(tǒng)簡單，配電級數(shù)只有1級，且負載要求同時起動與停止，比較上述3種接地方式，保護可靠、無選擇性且價格較低的IT接地系統(tǒng)能滿足其全部要求，因此選取IT系統(tǒng)作為掘進機刀盤旋轉驅動低壓配電網(wǎng)絡的接地方式。

對于輔機供電用變壓器，也有獨立的變壓器作為其電源供電。此系統(tǒng)相對復雜，配電級數(shù)多，各系統(tǒng)獨立運行，互不關聯(lián)，因此，要求低壓配電網(wǎng)絡保護系統(tǒng)除具有可靠性外，還需具有選擇性。對比具有選擇性的TT與TN接地系統(tǒng)，由于地下環(huán)境復雜，接地裝置具有極大不確定性，所以成本中等、接地裝置少的TN接地系統(tǒng)是掘進機輔機負載低壓配電網(wǎng)絡接地方式的最佳選擇。

根據(jù)隧道掘進機的可移動性特性，我司最初采用接地裝置少且應用最普遍的TN接地方式作為隧道掘進機整機低壓配電網(wǎng)絡的接地方式。但對于刀盤旋轉驅動配電網(wǎng)絡，由于其驅動裝置為變頻器，諧波含量大，電磁干擾強，常常導致剩余電流保護裝置誤動作。而若將剩余電流保護裝置的整定值調大后（至少1A以上），又起不到應有的保護設備安全的效果，具有極大的隱患。

自2014年起，我司開始在掘進機設備刀盤旋轉驅動配電網(wǎng)絡使用IT接地方式，取消原有剩余電流保護裝置，在變壓器低壓側裝設絕緣監(jiān)測儀，利用絕緣監(jiān)測儀實時監(jiān)測系統(tǒng)絕緣，在絕緣電阻低于低限時及時報警，并動作于跳開全部低壓配電開關。

對于絕緣監(jiān)測儀采用等幅對稱方波充電測量法，通過在電網(wǎng)上疊加兩個等幅周期可調的正負脈沖，利用電網(wǎng)和大地之間的絕緣電阻閉合測量回路，不僅使刀盤旋轉驅動配電網(wǎng)絡的漏電保護性能不受變頻器諧波的干擾，同時還將其保護范圍拓展到電動機處。此外，刀盤旋轉驅動配電網(wǎng)絡漏電保護設備的成本也降低至原有成本的1/2。

通過在我公司生產(chǎn)的掘進機設備上測試試驗并推廣使用，IT系統(tǒng)作為刀盤旋轉驅動低壓配電網(wǎng)絡接地方式、TN系統(tǒng)作為其他負載低壓配電網(wǎng)絡接地方式，已成為我司掘進機設備低壓配電網(wǎng)絡的一個標準配置，在各施工項目和工地上廣泛使用。

我司的掘進機設備，目前為止從未出現(xiàn)過一起由于設備電氣事故造成人身傷亡或財產(chǎn)重特大損失的事故，整套系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效，可操作性強，受到客戶的一致好評。

結論

低壓配電網(wǎng)絡中性點接地方式，對掘進機的穩(wěn)定、安全、可靠運行起到了關鍵性的作用。本文中的低壓配電網(wǎng)絡中性點接地方式經(jīng)過實踐，適用于各種類型的山嶺、公路、鐵路及地鐵隧道掘進機產(chǎn)品，并可優(yōu)化后推廣應用于其他領域的掘進機產(chǎn)品。通過選擇合適的掘進機低壓配電網(wǎng)絡接地方式，提高了掘進機設備的安全性，保證了施工單位的可操作性，也獲得了可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。