工厂电气设备主要包括电线电缆、变压器、断路器、配电柜、电气控制柜、发电机、照明灯具等，按照供电电压等级可分为高压和低压两种，电力负荷基本为三相平衡。工厂电气设备的接零和接地保护，是保护供配电设备正常运行的主要举措，可防止漏电、雷击、静电感应产生的设备损害，保护供配电设备不被短路、过流、过压等问题损毁，预防电击和火灾等安全事故的发生。
1.工厂高压电气设备的接地保护
工厂中常设有诸多大容量的高压电气设备，包括发电机、变压器、架空线等直接产生和传送消耗电能的一次设备，以及控制、保护、计量电能的二次设备，具有数量多、耗电量大、长效运行的特点。10kv/6kv高压电动机供电系统，大多采用中性点不接地的三相三线制系统，即国际标准划分的IT系统，这种系统与大地间不直接连接，电气设备的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接。当IT系统第一次出现故障时，故障电流较小，电气设备金属外壳不会产生过大的危险性接触电压，对地电压不超过50V，可以在不切断电源的情况下保证供电的连续性，使电气设备保持继续运行状态，并通过报警装置及检查快速便捷的消除故障，完成高压电气设备的接地保护；当IT系统在另一相线或者中性线上出现第二次故障时，应自动切断电源，快速切除故障，避免高压电气设备故障的进一步蔓延。高压电气设备的接地保护需要单独设置，不与防雷接地体直接相连，厂房的金属架不可作为接地保护的接地体，当接地电阻不高于4Ω时，可酌情增设接地体，最大程度较小接地电阻影响，降低高压电气设备的接地危险。
2.工厂低压电气设备的接零和接地保护
工厂电气设备的接地保护与接零保护统称保护接地，接地保护主要针对设备漏电，接零保护主要针对设备短路，接地保护系统只要相线和中性线，三相动力负荷可无中性线，系统中的中性线出电源中性点接地外，不得再有接地连接；零线保护系统则必须存在保护中性线，兼具多处重复接地。工厂低压电气设备的接零保护为，将电气设备外壳连接到中性线后在电力变压器侧集中接地；工厂低压电气设备的接地保护为，将可能发生漏电的电气设备外壳使用可靠的接线连接到大地。目前工厂低压电气设备多使用380/220V配电，主要有TN、TT、IT三种供电系统，TT系统适用于农村公用低压电力网，在工厂中不常用，TN系统适用于工厂的专用低压电力网，在电气设备的接零和接地保护中，逐渐升级衍生出TN-C、TN-C-S、TN-S三种系统，分别如图1、图2、图3所示。
2.1 TN-C系统的接零和接地保护
三相四线制TN-C系统在工厂中的应用最常见，属于保护接地中的接零保护方式，同时向工厂电气设备的照明负载和动力负载供电，供电变压器采用中性点直接接地方式，在工厂早期电气设备单一和数量少的时期便开始普及应用。即整个系统的中性线（零线）与保护线（PE）合用一个PEN系统，TN-C系统的应用前提是三相负荷需要基本平衡。IT系统与TN-C系统的保护方式需要独立完成，不可存在电气设备相连接现象，要求重复接地体中性线与保护接地体的电气设备相互分离。
2.2 TN-C-S系统的接零和接地保护
在工厂电气化进程不断加快向现代化发展过程中，生产用电设备数量激增，加之线路老化、严重超负荷、维护上疏漏等过重原因，导致TN-C系统需要不断升级调整，以满足低压电气设备的接零和接地保护更高要求。因此衍生出TN-C-S系统，零线N和保护线PE在变压器低压侧中性接地点至用电配电箱这一段依旧共用，从配电到各用户则是分成两路，通过分别引入用户设备提高接零保护的可靠性。
2.3 TN-S系统的接零和接地保护
由于TN-C-S系统中的PEN线始终存在一定量的不平衡电流流过，无法满足工厂对低压电气设备安全、电磁抗干扰性等高要求，进一步衍生了三相五线制的TN-S系统。使保护线PE与零线N在始终分开，正常情况下保护线PE无电流通过，当低压电气设备发生漏电、单相短路时，才会有故障电流流过。可有效保障工厂电气设备和系统的安全可靠性，电磁抗干扰性能也明显提高，但成本较高。
图1 TN-C系统 图2 TN-C-S系统 图3 TN-S系统
3.工厂弱电设备的防雷和接地保护
现代化工厂中普遍安装电网、通讯网、天线或者蓄电池电台、有线电视网等弱电设备与系统，主要采用独立接地的方式进行供电保护，当强电接地与防雷接地难以分离时，可采用统一接地保护，但只允许接地体一点存在共同连接状态。雷击放电产生的冲击电压高达数万伏，可直接烧毁发电机、变压器等电气设备的绝缘，还易引起短路导致火灾或者爆炸安全事故，因此工厂需要结合实际情况设计防雷接地保护方案，避免工厂的视频监控、保安电子巡更、宽带网络、有线电视、办公自动化等弱电设备和系统发生损坏。对于造价较低的弱电设备可采用悬浮防雷法，防雷器不用接地，在设备各支路装设防雷保护装置，抑制感应雷电压幅值。还可采用短线技术、屏蔽技术、隔离绝缘、人工隔离、电压抑制技术进行防雷保护；采用一般接地系统、减小接地电阻、不同接地体引接线交叉处理技术进行接地保护。
4.工厂电气设备的接零和接地保护注意事项
同一台变压器或者发电机供电系统中，各电气设备不应分别接地，接零和接地保护方式要一致，不允许有的电气设备保护接地，有的电气设备保护接零，不仅可降低接地电阻，也防止不同电气设备的不同相现象，避免碰壳接地带来的危险。保护接零线设计时应将其从干线直接引出，不可由支线引出，重复接地相对单一接地而言保护效果更佳，可沿零线上把一点或者多点再行重复接地，提高保护接地装置的可靠性。由于TN-C系统采取接零保护线，增加专用保护线PE，需从保护中性线PEN上引出，形成中性线N和保护线PE，注意不可将两线合并为PEN线。同时为了保障PEN线的重复接地安全可靠性，TN-C系统的主干线、所有分支T接线杆等处，均需加装重复接地线，全部导线截面和型号要符合工厂电气设备的接零和接地保护标准。重复接地只能起到平衡电位的作用，因此尽量避免零线断裂，以防设备外壳出现带电危险，一定要对零线精心施工与注意维护。
结语：工业4.0时代的来临，推进工厂向着智能化方向发展，各类高端的自动化电气设备被大量引进，有效提高工厂的安全生产效率，以及电气系统精细化管理水平。无论是高压还是低压电气设备，都需要做好接零和接地保护，以免发生短路或者漏电等危险，避免设备故障和安全事故的发生。目前工厂应用较多的是高压设备中性点不接地的IT系统，以及低压设备中性点直接接地的TN-C系统，电气设备整体的接零和接地保护效果良好。
参考文献：
[1]刘宇.关于工厂电气设备的接零和接地保护探讨[J].消费导刊,2017,(17):49.
[2]许伟.浅谈电气设备的保护接地与保护接零[J].四川水泥,2020(9):2.
