兩個問題
在科普系列之四中，我們具象化了“電網”，給出了最后一公里典型的幾張實物照片，包括從10kV降壓到380V的戶外柜和干式電力變壓器，小區配電房和入戶配電箱。
有兩個問題可能困擾我們：
問題1：從干式電力變壓器到入戶的”最后一公里”，地線是怎么走線的？地線是線嗎？
問題2：對于I類設備，我們強調，通過機殼保護接地，當外殼絕緣破壞時，設備內部的高壓電和大地構成了回路，實現對人體的安全保護，如圖二所示。電流流向大地后，最終流向了哪里？絕緣破壞后，外殼上的電壓和大地之間怎么構成了回路？
▲圖二 I類電氣設備和II類電氣設備
這兩個問題又回到了對低壓配電系統的接地型式的理解。此前我也寫過多篇相關文章。
1. N線是什么線？關于電網接地系統，需要科普一下。︱“新能源汽車與電力電子技術”系列之十
2. “大地地”是什么“地”? 尋找干凈的“地”, 就像尋找完美的女人一樣。
知乎專家Patrick也寫了一系列此類文章。
3大類、5小類、共計11種接地型式
電網接地系統包括3大類、5小類、共計11種型式。王老師的《低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗》、知乎專家Patrick的各種文章、《GB 50052-2009，供配電系統設計規范》、《GB/T 50065-2011，交流電氣裝置的接地設計規范》都有介紹。在《GB/T 50065-2011，交流電氣裝置的接地設計規范》中提到“全系統”和“受電點”的說法，區分了單電源系統和多電源系統，理解起來更加費勁。但是這個規范給出了11種具體各種可能性的接地型式示意圖。
1. TN系統
1.1 TN-S系統
整個系統應全部采用單獨的PE，裝置的PE也可另外增設接地。具體如下：
TN-S系統成本高，要從變壓器到用電終端一直多拉一根PE線，“在回路的全長多敷用一根導線”。在內設有變電站的建筑物內通常采用TN-S系統，因為如果使用TT系統，在同一個建筑物里面有兩個獨立的接地網，系統接地和保護接地做在同一個建筑物里面，不易實現。如果采用TN-C-S系統，則因PEN線上的電壓降而在電氣裝置外露導電部分上產生不希望出現的不同幅值對地電壓。
1.2 TN-C-S系統
系統中的一部分，N的功能和PE的功能合并在一根導體中。裝置的PEN或PE導體可另外增設接地。配電系統的PEN和裝置的PE導體也可另外增設接地。
低壓供電的建筑物，如民用住宅，一般都采用TN-C-S系統。在變壓器副邊的電纜拉到小區配電房時（書上的說法是，在電源進線處），在建筑物地面下做接地網，構成建筑物里各種用電設備保護接地的接地網，家里的PE線就接到這個接地網上。PEN線分成了N線和PE線，不再連通。
在王老師的書中談到了共模干擾的問題，很是有趣：
由于TN-C-S系統的中性線和PE線在進入建筑物之后才分開的，與TN-S系統相比較，它們之間的電位差較小，對信息技術設備引起共模干擾的可能性較小，這正是一些發達國家對低壓供電的建筑物更多采用TN-C-S系統的一個重要原因。如下圖所示，在都作有總等電聯結（MEB）條件下，發生相同接地故障時，兩者的接觸電壓都是Ut=IdZpe。而TN-C-S系統分開的中性線較短，共模干擾自然較小。
1.3 TN-C系統
在全系統中，N的功能和PE的功能合并在一根導體中。裝置的PEN也可另外增設接地。
2. TT系統
只有一點直接接地，裝置的外露導電部分應連接在電氣上獨立于電源系統接地的接地極上。對裝置的PE可另外增設接地。
3. IT系統
所有帶電部分應與地隔離，或某一點通過阻抗接地。電氣設置的外露可導電部分，應被單獨地或集中地接地，也可接到系統的接地上。對裝置的PE可另外增設接地，并應符合下列要求：
（1）該系統可經足夠高的阻抗接地。
（2）可配出N，也可不配出N。
這些不同接地型式的本質差異在于，在出現故障時，故障電流如何形成回路。
流向大地的電流
電力變壓器內部接線實物圖如圖三左圖。黃色、綠色、紅色和藍色四組鍍錫銅排，分別是L1、L2、L3三相繞組和中性線N。右圖的接線圖是低壓配電網的線制。線制中的三相就是變壓器的三相繞組，線制中的“線”指的是正常運行時有電流流過的線路。三相繞組在正常運行時有電流流過，因此三相繞組所在線路符合“線”的規定；中性線在正常運行時也有三相不平衡電流流過，因此中性線N也符合“線”的規定；地線PE在正常運行時是沒有電流流過的，因此它不屬于“線”，所以，圖示這種線制叫做三相四線制，不叫三相五線制。
▲圖三 變壓器內部圖和線制圖
變壓器繞組中性點接地，稱為系統接地（工作接地）。電氣設備外殼接地，稱為保護接地。相線磕碰外殼接地故障時，故障電流Id從PE線到保護接地到系統接地的流向，如圖四所示。
▲圖四 系統接地和保護接地及故障電流回路
這種流向大地的電流的大小取決于兩個地之間是否有導體直接連接。
TN-C-S系統和TT系統的共性是，變壓器中性點都直接系統接地。IT系統的變壓器中性點則沒有系統接地。差異是：
TN-C-S系統的PE線是從PEN中分離出來的。系統接地，因此在TN系統里，一旦發生單相接地故障，故障電流經過PEN線或者PE線返回變壓器繞組中性點，其電流近似等于相對N的短路電流。TN系統被稱為大電流接地系統。電流的大小取決于N線的阻抗。
TT系統的設備端接保護接地，連接的保護地和N線之間沒有任何關系，故障電流只能從設備的保護接地沿著接地網返回到系統接地，不能沿著N線返回變壓器中性點構成回路。沿總接地網返回變壓器繞組中性點，回路電阻很大，接地電流就很小。
IT系統的變壓器繞組中性點經過高阻Z0接地，或者懸空不接地。設備端的故障電流流向漫漫大地，由于變壓器繞組中性點沒有接地，無法構成回路，電流比TT系統更小。
