1.6 低压配电网的各类接地系统
1.6.1 低压配电网的系统接地和保护接地
低压配电网的接地有两种类型的基本连接点：
第一种基本连接点：低压配电网电气回路中的导体或电气设备外壳与大地连接；
第二种基本连接点：低压配电网的等电位体接地部分与代替大地的某一导体相连接，也即系统以此导体的电位为参考电位，而不以大地的电位为参考电位。
例如低压成套开关设备的外壳及骨架可作为接地体来保护其中的设备，且低压成套开关设备的外壳电位作为参考电位。
第一个基本连接点与大地连接，因此对接地电阻有要求。第二个基本连接点因为不取大地电位为参考电位，故与大地之间没有接地电阻的要求，只要求等电位联结系统具有较低的阻抗即可。
1.低压配电系统中的两类接地
（1）系统接地
系统接地是指低压配电网内电源端带电导体的接地，通常低压配电网的电源端是指变压器、发电机等中性点的接地。
（2）保护接地
保护接地是指负荷端电气装置外露导电部分的接地，其中负荷端电气外露导电部分是指电气装置内电气设备金属外壳、布线金属管槽等外露部分。
我们来看图1-42。
图1-42 接地系统中的系统接地和保护接地
图1-42中的负载发生了L1相碰壳事故，负载可导电的外壳对地电压Uf上升为相电压，Id为接地电流。可以看到接地电流Id从负载的外壳中经过负载侧接地电阻Ra流入地网，再经过系统接地电阻Rb返回到电源中。
系统接地的作用是：使系统取得大地电位为参考电位，降低系统对地绝缘水平的要求，保证系统的正常和安全运行。
例如当雷击时，雷电强大瞬变电磁场使得线路感应出幅值很大的瞬态过电压，虽然它持续的时间很短（以微秒计），但过电压幅值和电压变化率都很大，使得电气设备和线路都承受了极高的涌流电压冲击。当电源侧做了系统接地后，低压配电网的电源侧线路有了雷电电压对地泄放的通路，极大地降低了这一对地瞬态过电压，极大地降低了设备和线路绝缘被破坏的危险。
图1-42中若未做系统接地，则当系统中某相发生接地故障时，另两相对地电压将由原来的0.23kV相电压上升为0.4kV线电压。由于接地电流没有返回电源的导体通路，故障电流仅为极小的线地间的电容电流，因此线路中的保护电器不动作，此过电压将持续存在。人体若触及无故障的相线，发生人身伤害的可能性极大地增加，这对线路的安全运行是很不利的。
结合图1-43，我们会发现系统的接地电阻阻值越小，对系统的安全运行越有利。规范将低压配电系统接地电阻规定为不得大于4Ω，此值有些偏大。
图1-43 单相接地后另外两相的电压上升
虽然系统接地后对安全运行是有利的，但是某些低压配电网的接地系统却采取不接地的方式，这种方式是为了解决特殊的应用需要，它需要配套其他一系列安全措施。
2.低压配电网的接地范例
图1-44中我们看到，低压配电系统中有两台电力变压器，变压器的三条相线和PEN线通过母线槽引至低压成套开关设备的进线断路器。
在0.23/0.4kV低压系统中广泛采用变压器中性点直接接地的运行方式，从变压器的低压侧直接引出中性线和保护线。中性线的代号是N，保护线的代号是PE，保护中性线的代号是PEN。
中性线N取自于电力变压器低压侧按星形联结的三相绕组公共端。中性线N和相线一同为使用相电压的负荷提供电能，同时中性线上也流过三相系统中的不平衡电流和单相电流。
保护线PE则取自于接地点，其用途是保护人身安全，一般用于连接带电负荷的金属外壳、构架等，以及平时可能不带电但发生故障时可能带电的设备外露可导电部分。
保护中性线PEN为N和PE的综合，有时也被称呼为零线（TN-C系统）。
在低压成套开关设备中，我们看到PEN线在低压开关柜主母线的某处接到低压配电室的总等电位联结母线上，实现接地。注意到在整个系统中，只有在此处N（或PEN）和PE才相接，其他任何地方都N（或PEN）和PE相互之间都是绝缘的。
IEC标准规定自变压器（或发电机）中性点引出的PEN线（或N线）必须绝缘，并只能在低压配电盘内一点与接地的PE母排连接而实现系统接地，在这点以外任何之处不得再次接地，否则将有部分中性线电流通过非正规路径返回电源。
3.非正规路径的中性线电流
未通过正规途径返回电源中性点的中性线电流被称为非正规路径中性线电流。非正规路径中性线电流可能引起如下问题：
1）非正规路径中性线电流因流过不正规导电通路可能引起电气火灾。
2）非正规路径中性线电流如以大地为通路返回电源，可能腐蚀地下基础钢筋或金属管道等金属部分。
3）非正规路径中性线电流的通路与中性线正规通路两者可形成一封闭的大包绕环，环内的磁场可能干扰环内敏感信息技术设备的正常工作。
注意：从PEN线引出的PE线因不承载工作电流，它可多次接地而不产生非正规路径中性线电流。
图1-44 低压配电网的接地系统
4.保护接地的作用
保护接地是将电气装置内外露可导电部分接地，见图1-42。
若图1-42中低压电网的电压等级为0.23/0.4kV，当其L1相与电气设备外壳发生碰壳事故后，设备外壳的对地电压Uf=0.23kV，人体一旦接触后会发生人身伤害事故。如果电气设备的外壳实施了保护接地，Uf为Id在Ra上的电压降再加上地网电压降，此值远远小于电源相电压，由此实现了人身安全防护和杜绝电气火灾的作用。
保护导体的连续性对电气安全十分重要，必须保证接地通路的完整。IEC规定包含有PE线的PEN线上不允许装设开关和熔断器以杜绝PE线被切断。
IEC 60364-1：2005《低压电气设施 第1部分：基本原则、一般特性评价和定义》对接地连接的一些术语给出了明确的定义，定义见表1-32。
表1-32 IEC60364-1中定义的与接地连接相关的技术术语
将所有可能被触及的金属固定物体和电器设备的外露可导电部分做有效的保护导体连接对防止人身电击伤害是非常有效的。对于金属固定物体和电器设备外露可导电部分的分类见表1-33。
表1-33 金属固定物体和电器设备的外露可导电部分的分类
1.6.2 各类低压接地系统
1.低压配电网的接地形式
低压配电网的接地形式需要考虑三方面的内容：
1）电气系统的中性线及电器设备外露导电部分与接地极的连接方式；
2）采用专用的PE保护线还是采用与中性线合一的PEN保护线；
3）采用只能切断较大的故障电流的过电流保护电器还是采用能检测和切断较小的剩余电流的保护电器作为低压成套开关设备的接地故障防护。
接地系统分TN、TT和IT三种类型，这些接地系统的文字符号的含义见表1-34。
表1-34 接地系统文字符号的含义
我们来看低压配电网的接地形式，如图1-45所示。
从表中看出，低压配电网的接地系统包括TN系统、TT系统和IT系统。
2.TN系统
按表1-34中符号的意义可知TN系统的电源中性点是不经阻抗直接接地的，同时用电装置的外露导电部分则通过与接地的中性点连接而实现接地。TN系统按中性线和PE线的不同组合方式又分为三种类型：
类型1：TN-C接地系统：TN-C在全系统内N线和PE线是合一的，其总C是法文Combine“合一”一词的首字母，见图1-45。
图1-45 低压配电网的接地系统
类型2：TN-S接地系统：TN-S在全系统内N线和PE线是分开的，S是法文Separe“分开”一词的首字母，见图1-45。
类型3：TN-C-S接地系统：TN-C-S在全系统内仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，而电源进线点之后即分为N和PE两根线，见图1-45。
TN接地系统的特征是：
1）强制性地要求将用电设备外露导电部分和中性点接通并接地；
2）TN接地系统中的单相接地故障电流被放大为短路故障电流，所以TN系统属于大电流接地系统。因此在TN系统下可利用断路器或熔断器的短路保护作用来执行单相接地故障保护；
3）在TN接地系统中发生第一次接地故障时就能切断电源。
（1）TN-C接地系统及特征
TN-C系统中的中性线N和保护线PE在整个过程中作为PEN导线敷设，TN-C系统属于三相四线制带电导体系统，见图1-50，TN-C接地系统故障保护如图1-46所示。
TN-C系统要求在用电设备的内部范围内设置有效的等电位环境，且需要均匀地分布接地极，所以TN-C能同时承载三相不平衡电流和高次谐波电流。为此，TN-C的PEN线应当在用电设备内与若干接地极相连，即重复接地；其次，当TN-C系统的用电设备端PEN线断线后则外壳将带上与相电压近似相等的电压，其安全性较低。为了消除这种影响，也要求在PEN线上采取重复接地的措施。正是因为TN-C采取了PEN线重复接地的措施，使得系统不能使用剩余电流动作保护装置。
值得注意的是：TN-C系统的PEN线定义中，“保护线”的功能优于“中性线”的功能。所以PEN线首先接入用电设备的接地接线端子，然后再用连接片接到中性线端子。
图1-46 TN-C接地系统的接地故障保护
（2）TN-S接地系统及特征
TN-S系统中的中性线N和保护线PE在整个过程中各自独立分开敷设，但在电源端两者合并在一起接入电源设备的中性点，电源设备的中性点直接接地。TN-S系统为三相四线制带电导体系统，见图1-50，TN-S接地系统的接地故障保护如图1-47所示。
图1-47 TN-S接地系统下的接地故障保护和剩余电流保护
（3）TN-C-S系统
TN-C-S系统中的中性线和保护线前部分按PEN导线敷设，后部分各自分开敷设，且分开后不能再合并。见图1-45。
TN-C-S系统的TN-C部分适用于不平衡负载，而TN-C-S系统的TN-S部分适用于平衡负载。TN-C-S系统可以配套使用剩余电流动作保护装置，只是后部的TN-S系统其PE线不能穿过剩余电流动作保护装置的零序电流互感器铁心。
3.IT接地系统
按表1-34中符号的意义可知IT系统的电源中性点是不接地或者经过高阻抗（1000～2000Ω）接地的，其用电设备上的外露导电部分则直接接地，见图1-45。
IT系统的三条相线与地之间存在泄漏电阻和分布电容，这两种效应一起组成了IT系统对地泄漏阻抗。以1km的电缆为例，IT系统对地泄漏阻抗Zg为3000～4000Ω。
在IT系统中发生单相接地的故障时，电网的接地电流很小，产生的电弧能量也很小，电力系统仍然能维持正常工作状态，一般地，IT系统多用于对不停电要求较高的场所，例如矿山的提升机械、水泥砖窑生产机械装置以及医院手术室供电等。
IT系统为三相三线制带电导体系统，见图1-50。
由于IT系统的某相对地短路后另外两相对地电压会升高到接近线电压，若人体触及另外的任意两条相线后，触电电流将流经人体和大地再经接地相线返回电网，此电流很大足以致命。为此，IT系统的现场设备必须配备剩余电流动作保护装置RCD，如图1-48所示。
图1-48 IT接地系统的绝缘监测和RCD保护
IT接地系统的应用特性如下：
1）能提供最好的供电连续性；
2）IT接地系统可以省略中性线的敷设，减少了投资费用；
3）当出现第一次接地故障时发出报警信息，操作人员可对系统实施必要的故障定位和故障排除，从而有效地防止了供电中断；
4）当发生第二次异相接地故障时能起动过电流保护装置或RCD剩余电流保护装置切断用电设备的电源。
4.TT接地系统
按表1-34中符号的意义可知TT系统的电源的中性点是不经阻抗直接接地的，其用电设备上的外露导电部分也是直接接地的。TT系统中系统接地和保护接地是分开设置，在电气上不相关联。
TT接地系统的特征是应用于三相四线制且所有终端用电设备的外露可导电部分均各自由PE线单独接地，见图1-50。
从图1-45中可以看出，TT系统中电源变压器的中性点直接接地，而所有用电设备的外露导电部分与单独的接地极相连接。TT系统的用电设备端接地极和电源接地极之间可以不相连，但也可以相连。
在TT系统中使用中性线时要充分注意到中性线的连续性要求：TT系统的中性线不允许中断。若TT系统的用电设备必须要分断中性线，则中性线不允许在相线分断之前先分断，同时中性线也不允许在相线闭合之后再闭合。
TT系统发生单相接地故障时，因为电网中的接地电流比较小往往不能驱动断路器或熔断器产生接地故障保护分断操作。正是由于TT系统的单相接地电流较小，所以IEC对TT系统最先推荐使用剩余电流动作保护装置，如图1-49所示。
1）TT电源接地系统的设计和安装较为简单，适用于由公用电网直接供电的电气装置；
2）TT电源接地系统运行时不需要安装绝缘监测装置；
3）在TT电源接地系统中要使用剩余电流RCD保护装置，其中剩余电流在30～100mA可作为人身电击伤害防护，而剩余电流在500mA以下可作为消防测量和防护；
4）在TT系统中，每次发生接地故障都将出现供电中断，但供电中断仅限于故障回路。
图1-49 TT接地系统的接地故障RCD保护
5.低压配电网带电导体的分类形式
IEC标准中按配电系统带电导体的相数和根数进行分类。其中“相”指的是电源的相数，而“线”指的是在正常运行时有电流流过的导线。
注意：当低压配电系统正常时，接地线PE是没有电流流过的，所以在IEC的低压配电网带电导体系统形式中接地线PE不属于“线”的范畴。
图1-50所示为若干种低压配电网带电导体的形式。
图1-50 低压配电网带电导体系统的形式
图1-50中的a、b是三相四线制带电导体系统形式，这是应用最广的带电导体系统形式。
图1-50a中除了三根相线外，还有一根中性线或者兼具有中性线N和接地线功能的PEN线；图1-50b中除了三根相线外，还有一根中性线N和接地线PE。
图1-50c、d和e是三相三线制带电导体系统形式。它们的特点是电源输出的电压仅为线电压，没有相电压。其中变压器绕组有星形和三角形两种。
图1-50f是两相三线制带电导体系统形式，它的特点是可以引出120/240V两种电压。240V供较大负荷使用，而120V则供小负荷使用，对人身安全防护更为有利。
图1-50g和h是单相两线制带电导体系统形式，其中图7用三相变压器构成单相两线制的低压配电网带电导线系统形式，图1-50h则用单相变压器构成单相两线制的低压配电网带电导线系统形式。图1-50h因为没有中性线，因此对于用电设备来说更安全。
图1-50i是单相三线制带电导体系统形式，其中变压器的两个绕组间相位角为零，两绕组的连接处引出线为N线，因此它被称为单相三线制。
6.各类电源接地系统的选用准则和应用范例
从人身电击伤害的角度来看各类电源接地系统，则其效果都是一样的，因此各类电源接地形式与安全准则无关。
各类电源接地系统的选用准则见表1-35，选用电源接地系统的形式主要考虑到如下方面。
1）某些情况下必须强制采用某种电源接地系统。例如医院的手术室必须采用IT系统；
2）低压电网要求不间断供电的水平；
3）接地系统要满足低压配电网的运行要求和运行条件；
4）接地系统要满足低压配电网和负载的其他特性。
表1-35 各类电源接地系统的选用准则
注：1.由于大电流接地故障会增加TN-C系统的危险性，因此在易发生火灾的场所，例如煤矿、油田、化工等场所不能使用TN-C电源接地系统。
2.无论采用何种电源接地系统，消防系统使用的RCD其整定值TΔn≤500mA。
电源接地系统应用范例——某医院的低压配电网图1-51所示为某医院的低压电网示意图。
图1-51 某医院的低压电网示意图
图1-51中可见，低压总进线电源的接地系统采用TN-S，重要部门和科室采用市电进线互投供电；电梯、消防、MIS信息中心和手术中心等一级负荷由市电和自备发电机互投确保供电；手术室的电源通过独立的电力变压器从TN-S系统转换为IT系统。
图中的手术中心的电源是利用电力变压器从TN-S电源接地系统中独立出来的特殊供电区域，该区域采用IT电源接地系统。
此示例中说明：为了满足某种特殊需求，可采用利用电力变压器从低压电网中另行组建独立区域，在独立区域中可实现最佳的电源接地系统。
【例1-12】 电源接地系统应用范例——同一电源引出不同的接地系统。
图1-52所示为从TN-C的系统中引出不同的接地系统示意图。
图1-52电力变压器低压侧绕组的中性点并未接地，而是接到低压成套开关设备中，通过低压成套开关设备的PEN线与配电室内等电位联结工作接地。这种接法在变压器与低压开关柜间距离很短时很常见，例如中小容量的干式变压器与低压成套开关设备的连接。
我们看到图1-52的低压开关柜内安排了PE线，并与PEN线在一点相接。
值得注意的是：接地系统一定包括电源部分、线路部分和负载部分，三者缺一不可。不能把接地系统割裂开来按上级和下级系统来讨论。
【由TN-C系统引出TN-S系统】
在图1-52的最左侧第一个馈电回路引出了三条相线到用电设备，同时又从PEN母线中引出N线，从PE母线中引出PE线，构成了TN-S系统。
注意，我们不可能从TN-S系统中引出TN-C系统。原因很简单：在TN-S下电力变压器接地极附近PEN线分开为PE线和N线，在IEC60364《接地系统》、GB16895《低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》和规范GB50054《低压配电设计规范》都规定：一旦PEN线分开为PE线和N线，就不得再次合并，而TN-C是以PEN线为其特征的。故可以从TN-C中引出TN-S，但不可以从TN-S中引出TN-C。
【由TN-C系统引出TN-C系统】
图1-52左起第二个馈电回路是TN-C系统，我们看到用电设备引入了三条相线和一条PEN线。当PEN线引至用电设备时与用电设备的外露导电部分（外壳）相接，由此构成用电设备的保护接零。
图1-52中的PEN线的接法是，在终端开关箱、柜内安排PEN排，从PEN排引出带中性线功能的PEN线接到负载的中性线接线端子上，再从PEN排引出带保护功能的PEN线到负载的外露导电部分（金属外壳）接线端子上。
这是基于国内的通用做法，相对于TN-S系统，TN-C系统少了一根线，可以降低安装成本。
【由TN-C系统引出TT系统】
图1-52左起第三个馈电回路是TT系统，我们看到用电设备引入了三条相线和一条N线，用电设备的外壳直接接地，构成了保护接地。
【由TN-C系统引出TN-C-S系统】
图1-52最右边的馈电回路是TN-C-S系统，我们看到用电设备引入了三条相线，其中PEN线在接入用电设备前再次接地，然后分开为N线和PE线。
一般地，在TN-C和TN-C-S系统中，在电气装置外的低压配电线路上需要将PEN线做重复接地。这样做的好处是：一旦PEN线发生断裂，或者不同级别低压配电系统中PEN线上出现中性线电压降后，重复接地可降低此电位。
从图1-52中看出，TT系统和TN-S系统内中性线是不允许做重复接地的，否则将产生非正规路径中性线电流引起不良后果。
图1-52 从TN-C的系统中引出不同接地系统的示意图
7.总等电位联结
IEC标准中强调在配电所内建立总等电位联结。总等电位联结是指在建筑物内电源进线处将可导电部分互相连通，如图1-53所示。
建立等电位联结是为了减少人体同时接触不同电位引起的电击危险，以及防止雷电危害和抗干扰的要求。
在低压配电所内，有时用接地扁钢环绕内墙一周，以实现各处等电位。
建立变电所、配电所内的接地系统和等电位联结是一件很复杂的工作，而且与实际条件密切相关。
图1-53 低压配电所内的等电位联结
1.6.3 接地故障保护和人体电击防护
1.带电导体间的短路与接地故障的区别
短路是指相线之间、相线与中性线之间的直接触碰，产生的电流就是短路故障电流。因为短路点的电阻很小，线路阻抗也很小，所以短路电流很大。
在IEC标准里，把带电导体与地间的短路称为“接地故障”。接地故障包括电气装置绝缘破损出现的故障现象，还包括电气设备外露导电部分发生相线碰壳事故时出现的故障现象。电气设备外露导电部分带对地故障电压时，人体接触此故障电压而遭受的电击，被称作间接接触电击。
图1-54 短路故障与接地故障的区别
我们来看图1-54。
从图1-54中我们能看到短路与接地故障的区别。其中的“地”指的是电气装置的外露导电部分，或者建筑物内金属结构、管道，也包括大地。接地故障引起的间接接触电击事故是最常见多发的电击事故。
间接接触电击是由接地故障引起的，其防护措施就因接地系统类型的不同而不同。间接接触电击防护措施中的一部分系在电气设备的产品设计和制造中予以配置，另一部分则是在电气装置的设计安装中予以补充，即间接接触电击的防护措施系由电气设备设计和电气装置设计相互组合来实现。
低压系统接地故障不仅会危害低压成套开关设备的安全，还会危害人身和环境安全，造成电击伤害或引发电气火灾，因此接地故障的保护要从电击防护和电气火灾防护的角度来考虑的。
2.电击防护的一般性措施
（1）人体阻抗与安全电压
人体阻抗是阻容性的非线性阻抗，阻抗值随电压幅值、接触面积和压力大小不同而不同，且与人体皮肤的潮湿程度密切相关。标准规定：人体阻抗值按RM=1000Ω取值。
人体所能承受的最高电压称为安全电压UL。正常环境条件下，安全电压等于50V。
（2）直接接触和间接接触
直接接触是指人体与正常带电的导体接触，间接接触是指人体与电气设备正常时不带电但在故障时带电的外露部分进行接触。
（3）电气设备电击防护方式分类
电气设备电击防护方式分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ四类，各类设备特征见表1-36。
表1-36 电气设备电击防护方式分类
3.直接接触的防护措施
直接接触的防护措施包括：
1）将带电部分用绝缘材料完善地覆盖起来的防护措施；
2）用遮拦和隔离等防护措施。
例如ABB公司的MNS3.0低压成套开关设备中为了防止固体物进入采取了IP3X或IP4X以上的防护措施，并且带电的主母线和电气设备均采用隔板隔离，且所有金属外壳和可移动的各种金属板材均使用保护接地线与地直接连接。
3）局部防护措施：采用阻挡物阻挡人的手臂伸向带电体。
4）特殊防护措施：采用超低电压的防护措施。
4.间接接触的防护措施
间接接触的防护措施包括：
（1）自动切断电源
为了保证能迅速而又有效地切断电源，必须根据接地通道的电压来决定和调整切断电源的速度，具体数值见表1-37。
表1-37 切断电源的时间与接地通道电压的关系表
（2）特殊防护措施
采用超低电压的防护措施或者隔离变压器实施电气隔离。
5.在TT系统中实现间接防护的方法
TT系统的特征就是电源接地极和用电设备的接地极是分开的，当用电设备发生接地故障时，接地电流的流通路径是，接地相→用电设备的外露导电部分→用电设备的接地导线→用电设备的接地极及接地电阻RL→地线电流通道→电源接地极及接地电阻Rn→电源中性线N，如图1-55所示。
图1-55 TT系统接地故障电流的流通通道
从图1-55中可见，接地电流流经了用电设备接地极RL和变电所电源接地极Rn的接地电阻，使得TT系统的接地故障电流相对较小，不足以驱动电流继电器等设备，所以TT系统必须采用剩余电流保护装置RCD来自动切断电源。
在TT系统中采用RCD行使自动切断电源的接地故障防护措施时，其动作灵敏度为
式中 IΔn——RCD额定动作电流；
RL——用电设备接地极的接地电阻。
【例1-13】 设配电所接地系统是TT，电源接地极的电阻Rn=4Ω，设用电设备接地极的电阻RL=30Ω，接地环路电流IO为4.5A，求接地故障的参数。
解：接地故障的参数为
显然，用电设备外露导电部分135V的间接接触电压为远大于50V的安全电压，对操作者来说相当危险，需要配置动作电流为300mA的RCD来及时地切除此接地故障。
因为配电所电源接地极的电阻是4Ω，接地环路电流在电源接地极电阻上产生的压降为4.5A×4Ω=18V。若相电压Un=220V，于是发生接地故障的相线故障点上的电压是220V-135V-18V=67V。这么高的电压有可能会造成导线发热甚至引发电气火灾。
6.在TN系统中实现间接防护的方法
TN系统的特征就是系统内的用电设备其外露导电部分通过保护线直接与电源的接地极相连。
显然，对于TN-C、TN-S和TN-C-S系统来说保护线的连接方法是不一样的，但对于所有的TN系统来说，接地故障均成为相线对中性线的短路故障，所以原则上均可以采用过电流保护电器（断路器或熔断器）来切断电源。我们来看TN-C系统接地故障电流的流通通道，如图1-56所示。
图1-56 TN-C系统接地故障电流的流通通道
需要注意的是，当发生接地故障而电源尚未切除之前，故障点处的接触电压UO可能升高到超过50%的相电压。
在图1-56中，当TN-C系统中用电设备的中相对地发生了接地故障时，接地电流的流通路径是：接地相→用电设备的外露导电部分→用电设备的接地导线→PEN线→电源中发生接地故障的相线。
一般TN-C系统是多点接地的，因此TN-C系统能够尽量降低用电设备外露导电部分的接地故障接触电压。
因为TN系统的接地故障实质上是短路故障，为了能够准确地决定过电流保护装置的动作参数，所以需要给出计算主回路短路电流的方法。
方法一：环路阻抗法
式中 （ΣR）2——环路内所有电阻之和的二次方；
（ΣX）2——环路内所有感抗之和的二次方；
U——相电压。
运用环路阻抗法时，首先要计算出接地故障短路电流的环路中所有元器件的阻抗，而这项工作本身就是比较困难的工作，需要查阅相关的工程图表和元器件参数等。
方法二：回路阻抗法
式中 ISC——故障点上端的短路电流；
IEC——环路末端的短路电流；
U——相电压；
ZS——环路阻抗。
回路阻抗法可以用环路始端已知的短路电流来计算环路末端的短路电流，且环路阻抗为各元器件阻抗的代数和。
若认为ISC与IEC接近相等，则回路阻抗法可近似简化为
TN系统接地故障电流为
式中 Id——接地故障电流；
U——相电压；
ZS——接地故障电流环路阻抗，由故障点前的相线线路阻抗和故障点后保护线的线路
阻抗总和；
ZC——故障回路的环路阻抗；
Ia——使保护电器在规定的时间内动作的电流。
说明：
1）从故障点接地极至电源接地极的阻抗远大于ZS或ZC，故在计算中予以忽略。
2）因为馈出回路的导线截面积远远小于电源和母线系统的导线截面积，因此可以用从母线到用电设备电缆或导线阻抗作为ZS的近似值。
【例1-14】 若TN-C接地系统中某32A的馈电回路出口处发生了接地故障，且从母线至故障点再至PEN母线的阻抗为86mΩ，求故障电流。
解：
则故障电流为
采用ABB公司的Tmax T2N160TMD32A断路器就足以分断此接地故障电流了。查阅样本得知T2N160TMD是热磁式断路器，其瞬时短路磁脱扣电流是32×10=320A，接地故障电流是断路器壳体电流的2674A/320A≈8.4倍，断路器足以在不到30ms的时间内脱扣跳闸保护。
当低压电网采用TN-S系统时，在下列情况下必须使用RCD剩余电流保护电器：
1）不能确定环路阻抗；
2）故障电流特别小以至于过电流保护电器（例如断路器的过电流脱扣器）的动作时间不能满足系统要求。当馈电电缆截面较小；而长度又较长时会出现这种状况。
RCD剩余电流保护电器一般均为毫安至数安之间，比接地故障电流低得多，故RCD剩余电流保护电器非常适合上述两种状况。
7.在IT系统中实现间接防护的方法
IT系统的特征是：电源的中性点与地绝缘，或者经过高阻接地；所有用电设备的外露导电部分经过接地极接地。
当IT系统发生第一次接地故障的电流很小，能满足Id≤50/Ra的要求而不出现危险的故障电压，既不会对人身产生电击伤害，也不会出现危害电气设备的现象，如图1-57所示。
由于系统存在潜在的危害，所以IT系统必须配备绝缘监测装置对第一次接地故障进行报警，同时要迅速地查清故障点及时予以排除。
图1-57 IT系统第一次发生接地故障时的接地故障电流流向
当系统中发生第二次不同相的接地故障时，IT系统的接地电流故障电流流向如图1-57所示。
在图1-58中，IT系统中左边的第一个用电设备L3相的接地故障尚未解除，而右边的第二个用电设备L1相又发生了接地故障。与第一次接地故障电流的流向不同的是第一个用电设备的接地故障电流不再流经地线电流通道进入电力变压器，而是流经地线通道进入第二个用电设备的故障相再流入电力变压器。显然，此时的接地故障电流已经变为相间的短路故障电流。
图1-58 IT系统第二次发生接地故障时的接地故障电流流向
IT系统第二次发生接地故障时的接地故障电流计算方法见式（1-72）
式中 Id——接地故障电流；
UO——相电压；
ZC——故障回路的环路阻抗。
对于IT系统第二次发生的接地故障，利用断路器或熔断器的短路保护就足以切断电源了。
若IT系统中的用电设备单独接地，则当发生第二次接地故障时，接地电流要流经接地极的接触电阻，接地电流的强度将因此而受到限制。此时使用断路器或熔断器来行使保护就变得非常不可靠，需要采用更灵敏的RCD剩余电流保护电器来实现保护操作。
为了对IT系统的绝缘进行监测及线路保护，在IT系统的进线回路配套绝缘监测装置。绝缘监测装置的原理图如图1-59所示。
图1-59中，绝缘监测装置接在L1相和L2相之间。绝缘监测装置中经过降压变压器和整流器输出一个直流电压。绝缘监测装置中的R与PE的绝缘电阻Ra和L1相的绝缘电阻R1相串联，同时R也与PE的绝缘电阻Ra和L2相的绝缘电阻R2相串联。当线路绝缘正常时，Ra、R1和R2阻值很大，故测量电流Id很小，R上的压降也很小；当L1相或者L2相的绝缘被破坏后，R1或者R2的阻值变小，测量电流Id急剧变大，R上的压降也随之增大，绝缘监视装置由此产生对应的输出信息。
图1-59 IT系统的绝缘监测装置工作原理
绝缘监视装置能实现的功能包括：
1）监测IT系统的第一次接地故障，当IT系统的绝缘水平降至某一规定值以下时即发出告警信息；
2）可作为过电流侦测装置，当IT系统发生第二次接地故障时通过断路器按TN系统切断电源；
3）可作为剩余电流侦测装置，当IT系统发生第二次接地故障时通过断路器按TT或TN系统切断电源。
绝缘监测装置只能用来监测IT系统的对地绝缘，当不能用来监测TN系统和TT系统的对地绝缘。道理很简单：因为TN系统和TT系统的电源中性点是直接接地的，于是Ra和R就被仅仅数欧的系统接地电阻所短接，当然也就无法侦测出系统的绝缘水平了。
正因为如此，IEC标准中不提倡IT系统带中性线，避免破坏绝缘监视装置对IT系统绝缘状况的侦测能力。
值得注意的是：
如果用在一级配电且符合IT接地系统的低压成套开关设备（直接连接在电力变压器低压侧执行一级配电任务）与用电设备不在同一建筑物内，当发生第一次接地故障时，见图1-57，IT系统事实上成为TT系统；
如果用在一级配电且符合IT接地系统的低压成套开关设备（直接连接在电力变压器低压侧执行一级配电任务）与用电设备在同一建筑物内，当发生第一次接地故障时，见图1-58，IT系统事实上成为TN系统。
如果再次发生异相的接地故障，则系统将按TT系统或TN系统的方式切断电源。
1.6.4 接地故障电流的测量方法
接地故障电流测量的依据如下：
式中 IG——接地故障电流；
IL1、IL2、IL3——三相电流互感器二次电流；
I″N——中性线电流互感器二次电流；
KC1——相电流互感器的电流比；
KC2——中性线电流互感器的电流比；
IT——三相不平衡电流；
IN——中性线电流。
从式（1-73）中可以看出，IG实质上就是三相不平衡电流与中性线电流的矢量和，并且中性线IN的电流方向与三相不平衡电流的方向相反。
一般相线电流互感器与中性线电流互感器的电流比不可能一致，因此在计算参数时需要将电流互感器的电流比输入到测算单元中。
接地故障电流的测量方法有三种，即RS系统测量方法、SGR系统测量方法和ZS系统测量方法。三种测量方法罗列如下：
1.测量剩余电流实现测量接地故障电流的方法：RS系统
RS系统的剩余电流检测方式利用电流互感器二次电流的矢量和计算出接地故障电流，适用于三相平衡低压电网或三相不平衡低压电网。
RS测量方法的原理是：
在RS系统中，4只电流互感器既可安装在断路器之外，也可一体化地安装在断路器之内成为断路器专用的电流测量部件。
例如ABB公司的Emax断路器，其内部就安装了4只电流互感器，由此实现测量三相电流和中性线电流，同时在保护脱扣器PR120中对4项电流参数进行计算和判断，由此实现接地故障的G保护功能和双G保护功能，如图1-60所示。
图1-60 RS系统
2.通过测量PE线电流实现接地电流的检测方式：SGR系统
由图1-61中可以看出接地故障电流的测量是通过安装在PE线返回电源端上的电流互感器TA0实现的，TA0的二次电流输入到Relay中实现计算和输出控制。
图1-61 SGR系统
电流互感器的中心孔可穿入保护线PE，其二次电流输出端则连接到脱扣器对应的电流输入端口上。
显然，SGR系统的测量结果与RS系统测量结果等效。
以ABB的Emax断路器为例，其电流互感器TA0（外接线圈和传感器）安装在断路器的外部，位于低压成套开关设备的PE线上，且靠近PE线与中性线N的结合点。电流互感器TA0的二次电流输送到Emax断路器的电子脱扣器PR122/PR123中实现计算和控制。
3.零序电流检测方式：ZS系统
ZS系统的测量方式如图1-62所示。
ZS的方法需要配备零序电流互感器，并且将三相四线制的四根电缆（三根相线，一根中性线）都穿入其中，此时零序电流互感器二次电流的数值乘以电流比后直接反映了接地故障电流的大小。显然，ZS系统的测量结果与RS系统的测量结果等效。
图1-62 ZS系统
虽然ZS系统能直接测量出接地故障电流，但ZS方法只能用在测量小电流的系统上。由于低压电网的电流大，电缆或母线的截面也大，一般的零序电流互感器无法满足低压电网的测量尺寸要求。因此在低压电网中很少使用ZS系统。
1.6.5 低压成套开关设备的人身安全防护措施
带电部件的间接接触防护的意义是：防止在终端电器或终端用电设备的机壳上出现过高的接触电压而伤及人身，同时也提出若干种有效的方法避免出现过高的接触电压。
一般地，终端电器或终端用电设备的机壳在正常情况下是不带电的，但如果带电导体的绝缘受损则将使机壳带上电，人触及带电的机壳将受电击。
IEC 60364-4-41和GB/T 16895.9—2000目前都将过高的接触电压规定为
1）大于50V的交流电压（有效值）；
2）大于120V的直流电压。
IEC 60364-4-41和GB/T 16895.9—2000中将上述电压定义为对地电压。对于三相三线制的不接地供电系统，则上述电压定义为当某相接地后而出现在其他导线上的电压。
对于成套低压开关设备，为了防止间接接触，首先要对电力系统配套相应的保护措施与保护绝缘，且保护措施与保护绝缘必须与系统接地方式相适应；同时，还要求所有的电气设备应具备在发生漏电时能自动切断电源，防止事故的存在和扩大。
在各种漏电保护装置中，剩余电流动作保护器RCD是最好的一种，它不仅适用于TT和TN接地系统，也适应某些IT系统。
低压成套开关设备必须具有设置良好的保护电路，所有的柜体结构、柜门及机构、抽屉、抽出式部件等非载流回路金属结构部件都必须接地，并且接地的通路必须是连续的。
在IEC 61439-1和GB7251.1—2013中把保护导体的连续通道称为接地保护导体的连续性。
低压配电网中的人身安全防护和设备防护包括两方面的内容，其一是隔离防护，其二是接触防护。
隔离防护涉及的国际电工标准是IEC 61140，对应的国家标准是GB/T 17045—2008；接触防护涉及的国际电工标准是IEC 60364，对应的国家标准是GB16895；漏电电击防护的国际电工标准是IEC 61008-1，国家标准是GB/Z 26829—2008《剩余电流动作断路器的一般要求》和GB16916《家用或类似用途不带过电流保护的剩余电流动作断路器的一般要求》。
（1）直接接触防护与隔离防护型式
在IEC 61140：2001中描述的直接接触防护与电压等级的高低无关，也就是说该标准是在任何情况下都必须遵守的强制性标准。
当直接接触发生在干燥的气候条件下且被接触的电压在交流25V以下或直流60V以下时，或者当低压电器或低压成套开关设备安装在封闭的电气工作场所时，允许放弃直接接触防护。
根据IEC 61140：2009的规定，最低防护型式必须达到IP2X。
对于直接接触的防护包括完全防护和局部防护两类。完全防护采用绝缘材料、挡板、外壳或外罩等物体对带电部件进行隔离，此时的最低防护型式为IP2X；对于局部防护，由于局部防护只是防止偶然的接触而不可能防护故意的直接接触，虽然局部防护也用防护罩、阻挡物、栅栏和挡板等物体进行阻隔，但局部防护的防护等级低于IP2X。
需要进行电击防护和人身安全防护的电气操作包括：
1）微型断路器MCB和塑壳断路器MCCB的操作；
2）断路器ACB的操作，包括面板手柄操作和按钮操作；
3）电动机控制操作，包括按钮操作和控制开关操作；
4）仪表键盘和编程键盘操作；
5）热继电器、断路器、剩余电流保护装置、电压继电器等装置的脱扣复位操作；
6）更换熔断器熔芯、更换信号灯的灯泡等操作；
7）松开或插上连接片、插接元件等操作；
8）调节选择开关和程序控制器的操作；
9）整定仪器仪表、时间继电器、温度控制器、压力控制器的调节和控制量等操作。
以上这些操作一般均由专职人员来执行，若该操作由非专职人员来实施则必须具有完全的直接接触防护。
我们来看看有关防护型式IP等级的意义，见表1-38。
表1-38 防护型式IP等级的意义
（续）
对于MNS3.0开关柜来说，默认的IP防护等级为IP40或IP41。
IP防护等级中的第1标识数字表示防止直接接触到开关设备中危险部件和防止固体异物进入开关设备的防护程度，这是IP中体现人身安全防护的部分。
IP防护等级中的第2标识数字表示防止水进入开关设备的防护程度，这是IP中体现设备安全防护的部分。
从低压开关柜的使用来看，低压配电所的工作人员都希望低压开关柜能有较高的IP防护等级，但较高IP防护等级却直接影响了低压开关柜的散热效率，造成低压开关柜全面降容，甚至会因为发热严重而造成系统停止运作或发生故障，所以低压成套开关设备的设计者和使用者在确定低压开关柜的方案和结构时务必注意到这一点。
（2）间接接触防护与低压成套开关设备中的保护导体连续性
带电部件的间接接触防护的意义是：防止在终端电器或终端用电设备的机壳上出现过高的接触电压而伤及人身，同时也提出若干种有效的方法避免出现过高的接触电压。
一般地，终端电器或终端用电设备的机壳在正常情况下是不带电的，但如果带电导体的绝缘受损则将使机壳带上电，人触及带电的机壳将受电击。IEC 60364-4-41或GB/T16895.9—2000目前都将过高的接触电压规定为：大于50V的交流电压（有效值），大于120V的直流电压。
IEC 60364-4-41或GB/T 16895.9—2000中将上述电压定义为对地电压。对于三相三线制的不接地供电系统，则上述电压定义为当某相接地后而出现在其他导线上的电压。在IEC 60364-4-41或GB/T 16895.9—2000中介绍了以下保护措施：
1）采用双重绝缘或加强绝缘进行保护；
2）设置不接地的等电位连接实现局部电位平衡进行保护；
3）将电气设备安装在非导电场所内进行保护；
4）采取电气隔离措施进行保护。
标准摘录：GB 14048.1—2012 《低压开关设备和控制设备 总则》等同于IEC60947.1：2011，MOD
7.1.10 保护性接地要求
7.1.10.1 结构要求
对外露的导体部件（如底板、框架和金属外壳的固定部件），除非它们不构成危险，都应在电气上相互连接并连接到保护接地端子上，以便连接到接地极或外部保护导体。
电气上连续的正规结构部件能符合此要求，并且此要求对单独使用的电器和组装在成套装置中的电器都适用。
7.1.10.2 保护接地端子
保护接地端子应设置在容易接近便于接线之处，并且当罩壳或任何其它可拆卸的部件移去时其位置仍应保证电器与接地极或保护导体之间的连接。
在电器具有导体构架、外壳等的情况下，如有必要应提供相应的措施，以保证电器的外露导体部件和连接电缆的金属护套之间有电气上的连续性。
7.1.10.3 保护接地端子的标志和识别
根据GB/T 4026—1992中5.3的规定，保护接地端子应采用颜色标志（绿—黄的标志）或适用的PE、PEN符号来识别，或在PEN情况下应用图形符号标志在电器上。
在GB 7251.1—2013（等同于IEC 61439-1：2011）中把保护导体的连续通道称为接地保护导体的连续性。
对于成套低压开关设备，为了防止间接接触，首先要对电力系统配套相应的保护措施与保护绝缘，且保护措施与保护绝缘必须与系统接地方式相适应；同时，还要求所有的电气设备应具备在发生漏电时能自动切断电源，防止事故的存在和扩大。
低压成套开关设备必须具有设置良好的保护电路，所有的柜体结构、柜门及机构、抽屉、抽出式部件等非载流回路金属结构部件都必须接地，并且接地的通路必须是连续的。
（3）低压成套开关设备中保护导体的截面要求
在国家标准GB 16895.3—2004《建筑物电气装置第5-54部分：电气设备的选择和安装——接地配置、保护导体和保护联结导体》（等同于IEC 60364-5-54：2002）第543条“保护导体”中提出如下计算保护导体截面积的方法：
式中 Sp——保护导体截面积
I——在阻抗可以忽略的情况下，流过保护电器的接地故障电流值（方均根值）
（A）；
t——保护电器的分断时间（s）；
k——系数，它取决于保护导体、绝缘和其他部分的材质以及起始和最终温度。
式1-74中的k取值见GB 7251.1—2013附录B的表B.1。
标准摘录：GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》，等同于IEC 61439-1：2011。
附录B.1 不包括在电缆内的绝缘保护导体的k值，或与电缆护套接触的裸保护导体的k值
【例1-15】 由例1-14知低压配电网的接地系统是TN-C。低压成套开关设备某32A馈电回路出口处发生了接地故障，接地故障电流为2674A。若断路器瞬时短路保护动作时间是30ms，试求电气设备接地电缆的截面。
解：设接地电缆采用EPR，最终温度为160℃，查表知k=176。将数据代入式（1-74），得
所以，电气设备的接地电缆截面采用4mm2即可。
在GB 7251.1—2013中对相线、N线和PE线的截面有相关的规定和要求。GB 7251.1—2013的表5中有如下说明：
标准摘录：GB 7251.1—2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》
表5 保护导体的截面积（PE、PEN）
在低压成套开关设备中，保护导体也即PE线的截面按表1-39选配。
表1-39 低压成套开关设备中与外壳相连的PE线截面积
1.6.6 在低压成套开关设备中对中性线的保护及四极断路器的应用
1.各种电源接地系统中有关中性线的保护方案
中性线的截面积与低压电网的接地形式密切相关。如果中性线的截面积规格选择正确时，一般无需为中性线配备特殊的保护措施，因为相线的保护措施足以兼顾到中性线的保护；如果中性线因为三次谐波电流的原因或中性线的截面积不够大，则中性线需要配备过载保护和短路保护。
在TN-C系统中，中性线在任何情况下不得断开，因为在TN-C系统中中性线同时也是用于保护的PE线；在TT、TN-S和IT系统中，当低压电网的线路发生故障时则要求断路器同时断开所有线路，其中包括中性线。
表1-40是在TT、TN-C和TN-S系统中断路器对中性线保护配置方案。
表1-40 在TT、TN-C和TN-S系统中断路器对中性线保护配置方案
2.在低压成套开关设备中使用四极隔离开关和四极断路器的问题
若某低压配电网是单电源供电的，将三条相线切断后，中性线有可能会带危险电压。其原因是：
1）低压配电网内发生单相接地故障，故障电流在低压配电所内接地极电阻Rb上产生电压降，使中性点和中性线对地带危险电压。
2）若中压侧保护接地和低压侧系统接地共用接地装置，当中压侧发生接地故障时，其故障电流在低压配电所内接地极电阻Rb上产生电压降，使中性点和中性线对地带危险电压。
3）低压线路上感应的雷电过电压沿中性线进入电气装置内。
这些中性线上的危险电压可能持续时间长，或者电压幅值非常高，都可能在电气维修时引发电气事故。为此，在低压成套开关设备或者在线路的适当位置中装设四极隔离开关，用以实现中性线电气隔离。
装设四极隔离开关需要注意以下若干问题：
（1）TN-C接地系统中不允许装设四极隔离开关
虽然采用四极开关切断中性线可保证电气维修安全，但TN-C系统的PEN线内包含PE线，而PE线是严禁切断的，因此TN-C系统内不允许装用四极开关。
（2）TN-C-S接地系统和TN-S接地系统中可不必装设四极隔离开关
IEC标准和我国电气规范都规定了在建筑物内设置总等电位联结的要求，一些未做总等电位联结的老建筑物因金属结构、管道等互相之间的自然接触，也具有一定的等电位联结作用。由于这一作用，TN-C-S系统和TN-S系统可不必为电气维修安全装用四极开关。
（3）TT接地系统需要在低压成套开关设备进线处装设四极隔离开关
在TT系统内，即使建筑物内设置有总等电位联结，也需为电气维修安全装用四极开关。
因为TT系统内的中性线和总等电位联结系统是不相连通的，所以TT系统中的电源中性线带有一定的电压，设此电压为Ub。见图1-63a。
当TT系统电源接入低压成套开关设备后，低压成套开关设备的外壳接入总等电位联结系统，并且总等电位联结的电压为地电位即0V。可见，低压成套开关设备的外壳被良好接地。
我们看图1-63b。当TT系统发生单相接地故障后，接地电流Id流过变压器中性点接地极电阻Rb，于是在Rb上产生了较高的电压Ub并使得N线电压上升，有可能对人身产生伤害作用。
为此TT系统应在低压成套开关设备的电源进线处装设四极开关，即图1-63中的QF采用四极抽出式断路器，或者在断路器前加装四极隔离开关。
（4）IT接地系统
IT接地系统一般采用三相三线制，不引出N线。如果IT接地引出了中性线，当发生单相接地故障时，中性线对地电压将上升为相电压，此现象与图1-63有些类似。考虑到电气维修安全，低压成套开关设备的进线处需要选配四极进线开关。
（5）双电源切换对开关极数的要求
变压器电源和自备发电机电源之间的切换是否需要断开中性线与许多条件或因素有关，包括两电源回路的接地系统类别、两电源回路是否接入同一套低压成套开关设备、系统接地的设置方式、电源回路有无装设RCD或者单相接地故障保护等，情况较为复杂。为此，IEC标准并未做出明确的规定。
图1-63 TT系统N线上的电压Ub
我们来看如下不同的双电源配置方案：
1）两电源安装在同一场所内，且共用相同的低压成套开关设备，则进线回路或者双电源切换回路应当采用四极开关，如图1-64所示。
图1-64 安装在同一场所内的双电源互投方案之故障电流
从图1-64中，我们看到用电设备的前端安装了两只带RCD保护的三极断路器QF11和QF21作双电源互投，我们假定QF11合闸而QF21分断。我们看到无论是用电设备发生了单相接地故障还是三相不平衡，单相接地故障电流或者三相不平衡造成的中性线电流均有可能流过QF21回路的N线和PE线。因为QF21的RCD保护作用，QF21处于保护动作状态，无法进行有效的合闸。反之亦然。
图中从QF21回路的中性线或者PE线流过的电流就是非正规路径的中性线电流。非正规路径的中性线电流会引起一些不良后果。例如非正规路径中性线电流所流经的通路有可能形成包绕环，包绕环内产生的磁场将可能对敏感信息设备产生干扰，同时还有可能产生断路器误动作。
解决的办法就是将QF11和QF21采用四极开关，切断故障电流流过的通路。
2）双路配电变压器互为备用电源，或者变压器与柴油发电机互为备用电源，且变压器和发电机的中性点均就近直接接地。若两套电源共用低压成套开关设备，则进线回路应当采用四极开关。
标准摘录：IEC 60364-1：2005《Low-voltage electrical installations Part 1：Fun-damental principles，assessment of general characteristics，definitions》（低压电气装置，第1部分：基本原则、一般特性评估和定义）。
IEC 60364中的TN-S接地系统
图中，
Source——电源；
Installation——装置；
Earthing at the source——在电源处接地；
Earthing in the distribution——在配电系统中的接地；
Earthing of system through one or more earth electrodes——系统的接地可通过一个或者多个接地极来实现；
Exposed-conductive-part——外露可导电部分；
Distribution（if any）——配电系统（如果有）。
我们从中看到，TN-S的PE线是可以有多点接地的。我们看到变压器的中性点可以就地直接接地，而低压成套开关设备的进线回路中可以再次接地。
如图1-65所示，我们看到低压配电网为TN-S接地型式，且变压器的中性点就近接地，从变压器引三相、N线和PE线到低压成套开关设备进线回路中。低压进线断路器和母联断路器均为三极开关，进线断路器配套了单相接地故障保护。正常使用时两进线断路器闭合而母联打开。
当I母线上的用电设备发生单相接地故障时，我们看到正确的路径是，用电设备外壳→PE线→PE线和N线的结合点→Ⅰ段N线→Ⅰ段接地故障电流检测→Ⅰ段变压器。这条路径是正确的。
由于N线和PE线结合点的不确定性，例如此点可安装在两进线回路的进线处，于是单相接地故障电流的非正规路径可能是，用电设备外壳→PE线→Ⅱ段进线PE线和N线结合点→Ⅱ段N线→Ⅱ段接地故障电流检测→Ⅰ段N线→Ⅰ段接地故障电流检测→Ⅰ段变压器。沿着这条路径流过的电流就是非正规路径的中性线电流，它可能引起Ⅱ段进线断路器跳闸，使得事故扩大化。
解决的办法就是将低压进线回路和母联回路均采用四极开关，切断故障电流流过的非正规路径，消除事故隐患。
同理，若将其中一台变压器更换为发电机，则发电机的进线断路器也必须采用四极开关。
图1-65 在TN-S下进线回路和母联回路应当采用四极开关
结论：
当两套电源同处一室（共地），且共用同一套低压成套开关设备，则低压成套开关设备的进线和母联回路需要使用四极开关。
3）两套电源同处一室（共地），但不共用低压成套开关设备，则二级配电设备中的电源转换开关可采用三极开关。
如图1-66所示，我们看到变压器与发电机在同一座低压配电所内，但两者不共用低压成套开关设备。
我们看到二级配电设备的断路器QF11的负载发生了三相不平衡，于是用电设备的中性线中出现了三相不平衡电流。三相不平衡电流的路径是，用电设备中性线N极→二级配电设备N线→变压器配电中性线→变压器进线回路的接地故障电流检测→变压器中性点N。这条路径是常规的路径。
由于ATSE在转换上是单方向的，它只能在变压器进线和发电机进线中单选一，因此中性线电流不会出现在非常规的路径中。
在此情况下，ATSE开关可以使用三极的产品。
图1-66 同处一室且不共用低压成套开关设备的两套电源系统互投切换