两个问题
在科普系列之四中，我们具象化了“电网”，给出了最后一公里典型的几张实物照片，包括从10kV降压到380V的户外柜和干式电力变压器，小区配电房和入户配电箱。
有两个问题可能困扰我们：
问题1：从干式电力变压器到入户的”最后一公里”，地线是怎么走线的？地线是线吗？
问题2：对于I类设备，我们强调，通过机壳保护接地，当外壳绝缘破坏时，设备内部的高压电和大地构成了回路，实现对人体的安全保护，如图二所示。电流流向大地后，最终流向了哪里？绝缘破坏后，外壳上的电压和大地之间怎么构成了回路？
▲图二 I类电气设备和II类电气设备
这两个问题又回到了对低压配电系统的接地型式的理解。此前我也写过多篇相关文章。
1. N线是什么线？关于电网接地系统，需要科普一下。︱“新能源汽车与电力电子技术”系列之十
2. “大地地”是什么“地”? 寻找干净的“地”, 就像寻找完美的女人一样。
知乎专家Patrick也写了一系列此类文章。
3大类、5小类、共计11种接地型式
电网接地系统包括3大类、5小类、共计11种型式。王老师的《低压电气装置的设计安装和检验》、知乎专家Patrick的各种文章、《GB 50052-2009，供配电系统设计规范》、《GB/T 50065-2011，交流电气装置的接地设计规范》都有介绍。在《GB/T 50065-2011，交流电气装置的接地设计规范》中提到“全系统”和“受电点”的说法，区分了单电源系统和多电源系统，理解起来更加费劲。但是这个规范给出了11种具体各种可能性的接地型式示意图。
1. TN系统
1.1 TN-S系统
整个系统应全部采用单独的PE，装置的PE也可另外增设接地。具体如下：
TN-S系统成本高，要从变压器到用电终端一直多拉一根PE线，“在回路的全长多敷用一根导线”。在内设有变电站的建筑物内通常采用TN-S系统，因为如果使用TT系统，在同一个建筑物里面有两个独立的接地网，系统接地和保护接地做在同一个建筑物里面，不易实现。如果采用TN-C-S系统，则因PEN线上的电压降而在电气装置外露导电部分上产生不希望出现的不同幅值对地电压。
1.2 TN-C-S系统
系统中的一部分，N的功能和PE的功能合并在一根导体中。装置的PEN或PE导体可另外增设接地。配电系统的PEN和装置的PE导体也可另外增设接地。
低压供电的建筑物，如民用住宅，一般都采用TN-C-S系统。在变压器副边的电缆拉到小区配电房时（书上的说法是，在电源进线处），在建筑物地面下做接地网，构成建筑物里各种用电设备保护接地的接地网，家里的PE线就接到这个接地网上。PEN线分成了N线和PE线，不再连通。
在王老师的书中谈到了共模干扰的问题，很是有趣：
由于TN-C-S系统的中性线和PE线在进入建筑物之后才分开的，与TN-S系统相比较，它们之间的电位差较小，对信息技术设备引起共模干扰的可能性较小，这正是一些发达国家对低压供电的建筑物更多采用TN-C-S系统的一个重要原因。如下图所示，在都作有总等电联结（MEB）条件下，发生相同接地故障时，两者的接触电压都是Ut=IdZpe。而TN-C-S系统分开的中性线较短，共模干扰自然较小。
1.3 TN-C系统
在全系统中，N的功能和PE的功能合并在一根导体中。装置的PEN也可另外增设接地。
2. TT系统
只有一点直接接地，装置的外露导电部分应连接在电气上独立于电源系统接地的接地极上。对装置的PE可另外增设接地。
3. IT系统
所有带电部分应与地隔离，或某一点通过阻抗接地。电气设置的外露可导电部分，应被单独地或集中地接地，也可接到系统的接地上。对装置的PE可另外增设接地，并应符合下列要求：
（1）该系统可经足够高的阻抗接地。
（2）可配出N，也可不配出N。
这些不同接地型式的本质差异在于，在出现故障时，故障电流如何形成回路。
流向大地的电流
电力变压器内部接线实物图如图三左图。黄色、绿色、红色和蓝色四组镀锡铜排，分别是L1、L2、L3三相绕组和中性线N。右图的接线图是低压配电网的线制。线制中的三相就是变压器的三相绕组，线制中的“线”指的是正常运行时有电流流过的线路。三相绕组在正常运行时有电流流过，因此三相绕组所在线路符合“线”的规定；中性线在正常运行时也有三相不平衡电流流过，因此中性线N也符合“线”的规定；地线PE在正常运行时是没有电流流过的，因此它不属于“线”，所以，图示这种线制叫做三相四线制，不叫三相五线制。
▲图三 变压器内部图和线制图
变压器绕组中性点接地，称为系统接地（工作接地）。电气设备外壳接地，称为保护接地。相线磕碰外壳接地故障时，故障电流Id从PE线到保护接地到系统接地的流向，如图四所示。
▲图四 系统接地和保护接地及故障电流回路
这种流向大地的电流的大小取决于两个地之间是否有导体直接连接。
TN-C-S系统和TT系统的共性是，变压器中性点都直接系统接地。IT系统的变压器中性点则没有系统接地。差异是：
TN-C-S系统的PE线是从PEN中分离出来的。系统接地，因此在TN系统里，一旦发生单相接地故障，故障电流经过PEN线或者PE线返回变压器绕组中性点，其电流近似等于相对N的短路电流。TN系统被称为大电流接地系统。电流的大小取决于N线的阻抗。
TT系统的设备端接保护接地，连接的保护地和N线之间没有任何关系，故障电流只能从设备的保护接地沿着接地网返回到系统接地，不能沿着N线返回变压器中性点构成回路。沿总接地网返回变压器绕组中性点，回路电阻很大，接地电流就很小。
IT系统的变压器绕组中性点经过高阻Z0接地，或者悬空不接地。设备端的故障电流流向漫漫大地，由于变压器绕组中性点没有接地，无法构成回路，电流比TT系统更小。
