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接地系統

TN、TT、IT:國際怎麼分接地系統,台灣站在哪裡

兩個字母的意思

IEC 60364 用一組代號描述整套系統的接地方式。第一個字母講電源側, 第二個字母講用電設備的外露導電部分。

位置字母意思
第一個字母:電源T電源的一點直接接地(通常是變壓器中性點)
I電源不接地,或經由高阻抗接地
第二個字母:設備N外殼經由保護導線接回電源的接地點
T外殼接到用戶自己的接地極,與電源接地各自獨立

TN 系統再依中性線與保護導線分不分開,細分成三種:

代號中性線(N)與保護導線(PE)
TN-S全程分開
TN-C全程合併成一條 PEN
TN-C-S前段合併,某一點之後分開,之後不再合併

TN-S:從頭到尾兩條線

TN-S 接地系統的單線圖:中性線與保護導線從電源起就分開。
TN-S:中性線(N)與保護導線(PE)從變壓器開始就是兩條獨立的線,全程不合併。 圖片來源:Wikimedia Commons:TN-S-earthing.svg DiscreetParrot 授權:CC0

電源中性點接地,中性線與保護導線從變壓器開始就是獨立的兩條。 外殼漏電時,電流經由保護導線走金屬回到電源,迴路阻抗只有 0.35 Ω 這個量級,故障電流 317 A,過電流保護在 0.1 秒內動作。

這是保護最完整的一種。缺點是全程要多拉一條線。

TN-C:一條線兼兩個角色

TN-C 接地系統的單線圖:中性線與保護導線合併成一條 PEN。
TN-C:中性線與保護導線合併成一條 PEN,一路到用電端。這條線一斷,掛在它上面的所有金屬外殼會一起浮起來。 圖片來源:Wikimedia Commons:TN-C-earthing.svg DiscreetParrot 授權:CC0

中性線與保護導線合併成一條 PEN 導線,同時載回流電流與擔任保護導線。 省一條線,但這條線一斷,掛在它上面的所有金屬外殼會一起浮到不確定的電位—— 而且沒有任何裝置會察覺。

IEC 對 PEN 的限制因此非常嚴:只能用在固定裝置, 而且上面不得裝設任何開關或隔離裝置 IEC 60364-4-41:2005 §411.4.1、§411.4.3 。 使用條件另外集中在一條專門的規定裡 IEC 60364-5-54:2011 §543.4

台灣的規則也有對應的要求,只是從另一個方向寫:被接地導線的電氣連續性 不得依靠金屬封閉箱體、管槽、電纜架或電纜的鎧裝 用戶用電設備裝置規則 第 26 條 ; 多線式回路被接地的中性線不得裝設過電流保護裝置 用戶用電設備裝置規則 第 82 條第一款

TN-C-S:前段合併,進屋後分開

TN-C-S 接地系統的單線圖:前段是 PEN,進屋後分成 N 與 PE。
TN-C-S:前段合併成 PEN,在進屋點分成中性線與保護導線,之後不再合併。台灣住宅的實際樣子最接近這一種。 圖片來源:Wikimedia Commons:TN-C-S-earthing.svg DiscreetParrot 授權:CC0

前段是 PEN,在進屋點分成中性線與保護導線,分開之後不再合併。 這是歐洲住宅最常見的做法,也最接近台灣住宅的實際樣子

對照台灣的規則:內線系統接地的位置應在受電箱、集中表箱或用戶總開關箱的 電源側 用戶用電設備裝置規則 第 94 條第一款 ——那個位置就是 PEN 分成 N 與 PE 的點。 之後每一個箱子都必須把兩條線分開。

分開之後不再合併是這套架構的前提。台灣的規則沒有明文寫這一句 用戶用電設備裝置規則 第 94 條第一款、第 31 條 非明文 ,但接地位置被指定在特定一處、 以及插座端接地極與中性極必須分別接到兩條不同的導線 用戶用電設備裝置規則 第 31 條 ,推出來的結果是一樣的。

TT:各接各的地

TT 接地系統的單線圖:用戶端有自己的接地極,與電源接地分開。
TT:用戶自己打接地極,與電源側的接地各自入地,兩者之間沒有金屬連接。故障迴路要經過土壤,所以這種系統幾乎一定要靠漏電斷路器。 圖片來源:Wikimedia Commons:TT-earthing.svg DiscreetParrot 授權:CC0

電源側接地,用戶端也接地,但兩者之間沒有金屬連接。 外殼漏電時,電流必須經由用戶接地極、土壤、再回到電源側接地—— 這條路是幾十歐姆的量級。

用同一組條件計算:假設用戶接地電阻 30 Ω,故障電流只有 3.64 A,外殼停在 109 V。 20.0 A 的斷路器連額定都不到,永遠不會動作。

所以 TT 系統幾乎一定要靠漏電斷路器。 這不是選配,是這套架構的必要條件。 法國、日本部分地區與許多農村配電採用 TT,而它們的漏電保護要求也相對嚴格。

台灣沒有接地線的老屋,實際的行為比較接近 TT——甚至比 TT 更糟, 因為連用戶側的接地極都沒有。

IT:電源不接地

IT 接地系統的單線圖:電源側不接地或經高阻抗接地。
IT:電源側不接地,或經由高阻抗接地。第一次故障不會造成大電流,系統可以繼續運轉,因此用在手術室、船舶與不能斷電的工業製程。 圖片來源:Wikimedia Commons:IT-earthing.svg DiscreetParrot 授權:CC0

電源側不接地,或經由高阻抗接地。第一次接地故障不會形成大電流, 系統可以繼續運轉,只發出警報。

用途很明確:手術室、船舶、不能斷電的工業製程。 台灣的規則也留了對應的空間——五十伏特以上、低於六百伏特的交流電源系統, 在工業電爐、獨立電源供電系統等特定情形得免接地 用戶用電設備裝置規則 第 90 條第一款、第二款 ; 非接地系統的電源處或第一個隔離設備處應有耐久且明顯的標識。

台灣的規則沒有用這套代號

翻遍現行規則,找不到 TN、TT、IT 這些字母。台灣的分類方式是另一套: 先分接地的種類(特種、第一種、第二種、第三種),再各自訂電阻值上限 用戶用電設備裝置規則 第 92 條

這造成一個實際的困擾:查國外資料時看到的所有討論都建立在系統代號上, 而台灣的文件不用這套詞彙。對照的方式是看兩件事——

  1. 中性線與接地線在哪裡分開? 分開的那一點就是 TN-C 轉 TN-S 的位置。
  2. 外殼的接地線接回電源,還是接到自己的接地極? 前者是 TN,後者是 TT。

台灣住宅的答案通常是:在電度表或用戶總開關箱的電源側分開, 外殼的接地線接回那一點——所以是 TN-C-S。

但這是「應該的樣子」。實際上有三種偏離很常見:

現場狀況實際比較接近後果
兩線式配線,完全沒有接地線連 TT 都不是外殼漏電時沒有任何過電流保護會動作
只在某幾個插座另打接地棒局部 TT 混在 TN 裡兩套接地之間有電位差,故障時可能更危險
分電箱裡把中性線與接地線再接一次退回 TN-C接地線長期載流,中性線斷掉時整戶金屬帶電

第三種最值得注意,因為它看起來完全正常——直到中性線斷掉那一天。

知道是哪一種,才知道能指望什麼

系統代號的實用價值在這裡:它一次回答了「故障電流走哪裡」與 「哪一個裝置會動作」。

系統故障電流的路徑主要靠什麼切斷漏電斷路器
TN-S/TN-C-S金屬保護導線過電流保護附加保護
TN-CPEN 導線過電流保護裝不上去,因為 N 與 PE 沒有分開
TT土壤漏電斷路器必要條件
IT第一次故障幾乎沒有電流絕緣監視裝置第二次故障才需要

TN-C 那一列值得多看一眼:中性線與保護導線合併的地方裝不了漏電斷路器, 因為它量的是火線與中性線的差額,而 PEN 同時是這兩者。 這也是為什麼分開之後不能再合併——一合併,下游就再也沒有漏電保護可裝。

這篇的範圍

故障電流的比較用具名的示範假設值:電源側阻抗 0.15 Ω、 分路 3.5 平方毫米、長度 20 米、對地電壓 110 V,TT 那一列的用戶接地電阻取 30 Ω。 系統代號的定義取自 IEC 60364-4-41 的架構;台灣規則的對照是依條文內容比對的結果, 規則本身沒有使用這套代號。

TNTTITIEC 60364接地系統

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