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TT/TN/IT接地系統有何分別?
機房及弱電工程圖則常見 TN-S、TN-C-S、TT 等代號,這些並非廠商自訂編號,而是 IEC 60364-1 定義的系統接地命名法。本頁說明字母的實際含義、五種結構的分別、各自對應的保護裝置策略,以及香港機電工程署守則的具體規定。
字母命名法:兩個位置各答一個問題
IEC 60364-1 Clause 312.2「Types of system earthing」為此命名法的標準出處。代號並非縮寫,而是逐個字母各自回答一項結構問題。
第一個字母:電源對地
T 表示電源一點直接接地(一般為變壓器繞組中性點);I 表示所有帶電部分與地絕緣,或經一阻抗接地。
第二個字母:裝置外露導電部分對地
T 表示直接接地,與電源接地無關;N 表示直接連接至電源的運作接地點。
後綴:中性與保護導體配置
S 表示中性導體與保護導體分開敷設;C 表示兩者合併為單一導體。故 TN 系統再細分為 TN-S、TN-C、TN-C-S。
IEC 60364-1 所附系統圖涵蓋 TN-S、TN-C-S、TN-C、TT、IT 各種配置,並另有直流系統的 TN-S、TN-C、TN-C-S 圖示。讀圖時只需按上述三個位置逐一對應,即可還原該系統的接地結構。
五種結構的正式定義
系統 定義 結構特徵
TN-S 電源一點或多點直接接地,裝置外露導電部分經保護導體連接至該點;全系統中性與保護導體分開 用戶側及配電側均為五線制概念,中性與保護各自獨立
TN-C 同為 TN 系統,但全系統的中性與保護功能合併於單一導體 全程使用 PEN 導體,用戶裝置內亦不分開
TN-C-S 同為 TN 系統,系統部分區段的中性與保護功能合併於單一導體 配電網側合併(PEN/CNE 導體),用戶裝置內分開
TT 電源一點直接接地,裝置外露導電部分連接至與電源接地極電氣上獨立的接地極 用戶自設接地極,不倚賴電源側接地路徑
IT 電源所有帶電部分與地絕緣或經一阻抗接地;裝置外露導電部分接地 對地無低阻抗回路,首次接地故障不構成短路
英國配電慣用的「PME」(保護性多重接地) 屬 TN-C-S 的一種接地安排,以供電中性導體將用戶裝置的接地導體接至大地:配電網側中性與保護合併為 PEN/CNE 導體,用戶裝置內則分開。這是同一結構在配電慣例層面的另一種稱法,並非第六種系統。
保護策略:三種系統靠不同機制
接地系統的類型直接決定可用的故障保護裝置。以下為各系統可採用的保護方式對應:
1
TN 系統:靠自動切斷 可採用過流保護裝置及剩餘電流保護裝置(RCD)。判準是接地故障迴路阻抗 Zs 是否足夠低,令保護裝置在規定時間內動作。插座電路及手持 Class I 移動設備電路的切斷時限為 0.4 秒,其他電路為 5 秒;接觸電壓限值一般為交流 50 V、直流 120 V。
2
TT 系統:多倚賴 RCD 可採用過流保護裝置、RCD,特殊情況下亦可用故障電壓動作式保護裝置。由於故障電流須經大地回流,迴路阻抗通常過高,難以單靠過流裝置達到切斷時限。
3
IT 系統:首次故障只報警 可採用過流保護裝置、RCD 及絕緣監測裝置(IMD)。IT 系統首次接地故障僅令系統對地產生一個連接,不會出現危險接觸電壓,系統運作狀態轉為 TN 或 TT,故可繼續運行至工序完成再處理,此為化工等連續生產場合採用 IT 的主因。
4
絕緣監測是 IT 專屬要求 IMD 是 IT 系統獨有的保護裝置。TN/TT 系統靠切斷條件確保故障保護,IT 系統則須靠持續監測絕緣狀態,在首次故障發生時發出警報,以免第二次故障造成真正的短路。
常見誤解:接地電阻是否越低越安全
此說法未區分不同系統的判準。TN 系統的保護判準是接地故障迴路阻抗 Zs,而非接地極電阻本身 。香港機電工程署《電力(線路)規例工作守則》以 Table 11(8) 至 11(14) 列出各種切斷時間(0.2 秒、0.4 秒、5 秒)對應的最大接地故障迴路阻抗值,RCD 保護的電路另有專表。
更能說明問題的是配電側數據:英國配電網營運商對 TN-C-S 供電規定的最大外部迴路阻抗 Ze 為 0.35 歐姆,TN-S 則為 0.8 歐姆。兩種系統的門檻值不同,證明並非單一「越低越好」的判準,而是各自對應不同的故障電流路徑。
TT 系統的判準才直接以接地極電阻入題 :香港守則對 TT 系統供電的高洩漏電流設備要求「總接地洩漏電流(安培)× 裝置接地極電阻(歐姆)不超過 25 伏」;RCD 保護一般則要求「額定動作電流 × 接地故障迴路阻抗 ≤ 50 伏」。因此判斷接地是否合格,第一步必須確認系統類型。
香港的實際做法與明文規定
兩者並存的接地安排
守則 Code 12A(a) 規定裝置的接地安排須為「以自身接地極保護」且 「總接地終端與供電商提供的接地設施搭接」兩者並存,即用戶自設接地極後再搭接至供電商接地。
搭接導體須可斷開
Code 11G(b) 規定總接地終端與供電商變壓器接地或服務電纜金屬護套之間的搭接導體,尺寸須符合供電商 Supply Rules,並須可斷開以供測試。
發電機供電指定 TN-S
守則明文指定由發電機組供電時應採用 TN-S 接地系統(Code 26K(3)(f) 建築及拆卸工地、Code 26Q(3)(f))。這是守則中少數直接以字母代號規定的場合。
高洩漏電流設備的 TT 條文
Code 26O(g):正常運作時接地洩漏電流超過 3.5 mA 的固定設備,若由屬 TT 系統的裝置供電,須核實洩漏電流乘以接地極電阻不超過 25 伏;否則須經雙繞組變壓器或等效裝置供電。
資訊科技設備參考標準
Code 11E(f) 明文指出,在裝有資訊科技設備的建築物內應用等電位聯結及接地,可參考 BS EN 50310。守則參考標準表另列 BS EN 50174(資訊科技佈線安裝)。
總接地終端的角色
Code 11G 規定每個裝置均須設總接地終端或母排,連接電路保護導體、主搭接導體及功能性接地導體,並經接地導體有效連接至接地極,另須設「安全接地終端——切勿移去」警告牌。
須留意 Code 26O 明確涵蓋「including information technology equipment」,即機房內高洩漏電流的 IT 設備同受此條文規管。至於防雷系統與接地系統的關係,按 Code 11E 註 2 及 Code 11H(f),防雷導體接至總接地終端的連接屬主等電位聯結範疇。