談室外景觀照明設(shè)計(jì)中的兩種接地系統(tǒng)

錢 崢

(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 常州 213001)

談室外景觀照明設(shè)計(jì)中的兩種接地系統(tǒng)

錢 崢

(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 常州 213001)

對(duì)室外景觀照明設(shè)計(jì)中TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)兩種保護(hù)接地方式進(jìn)行了闡述，分析了兩種系統(tǒng)因接地故障引發(fā)觸電事故的危害性，據(jù)此研究了兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，為室外景觀照明設(shè)計(jì)中接地系統(tǒng)的選擇提供依據(jù)。

室外景觀，照明，TN系統(tǒng)，TT系統(tǒng)，接地故障

在室外景觀照明設(shè)計(jì)過程中，防間接接觸電擊的保護(hù)措施是需要重點(diǎn)加以考慮的內(nèi)容，而接地故障引起的間接接觸電擊事故是最常見多發(fā)的電擊事故。室外景觀照明裝置的特點(diǎn)：燈具一般為Ⅰ類設(shè)備，使用環(huán)境復(fù)雜惡劣，負(fù)荷點(diǎn)分散，一般供電距離均較長(zhǎng)，要實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)幾乎不可能。故在實(shí)際工程中，室外景觀電氣照明回路的接地保護(hù)方式選擇正確與否，往往對(duì)后期的安全使用有著決定性的作用。室外景觀電氣照明回路的接地保護(hù)方式可采用TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

1 TN系統(tǒng)

室外景觀照明電源由小區(qū)或建設(shè)地塊的變電所引來時(shí)，可采用TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。當(dāng)采用TN系統(tǒng)時(shí)，室外景觀照明配電箱設(shè)置于變電所內(nèi)或附近時(shí)，接地系統(tǒng)可采用TN-S系統(tǒng)(與變電所共用接地裝置),否則采用TN-C-S系統(tǒng)。另?yè)?jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.9.3條中第3條“安裝于室外的景觀照明中距建筑外墻20 m以內(nèi)的設(shè)施，應(yīng)與室內(nèi)系統(tǒng)的接地形式一致”，該種情況保護(hù)接地系統(tǒng)亦采用TN-S系統(tǒng)(與室內(nèi)建筑共用接地裝置)。

TN系統(tǒng)內(nèi)因接地故障引發(fā)間接接觸電擊事故的起因有兩種：一種情況是某一配電回路內(nèi)部發(fā)生相線與外露金屬導(dǎo)電部分或與PE線之間發(fā)生短路，故障電流返回電源的通路為PE線或PEN線的金屬性通路。如果通路各連接點(diǎn)導(dǎo)電良好，故障電流幅值大，回路首端的保護(hù)電器就能迅速及時(shí)的自動(dòng)切斷電源。室外環(huán)境照明的TN接地系統(tǒng)中，回路首端多采用低壓斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器兼作接地故障保護(hù)。由于室外景觀照明燈具一般均選用Ⅰ類燈具，其金屬外殼均必須和PE線可靠連接，當(dāng)回路內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)大多數(shù)為金屬性短路，所以接地故障電流幅值都很大。雖然TN系統(tǒng)接地措施可有效降低預(yù)期接觸電壓，但其值仍可高于25 V。此時(shí)就需要回路首端斷路器能在0.4 s內(nèi)斷開故障線路，以確保人身安全。但TN系統(tǒng)首端斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器兼作接地故障保護(hù)時(shí)，無(wú)法確保靈敏度要求，即無(wú)法確保能在0.4 s內(nèi)斷開故障線路，特別是對(duì)于動(dòng)輒配電半徑達(dá)數(shù)百米長(zhǎng)的室外環(huán)境照明回路而言更是如此。所以室外景觀照明電氣設(shè)計(jì)采用TN系統(tǒng)時(shí)，需對(duì)配電回路進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，即配電回路長(zhǎng)度不應(yīng)大于根據(jù)選定的斷路器參數(shù)計(jì)算得出的，并且滿足斷路器保護(hù)動(dòng)作靈敏度要求前提下的配電回路極限長(zhǎng)度。當(dāng)線路首端的斷路器靈敏度無(wú)法滿足要求時(shí)，應(yīng)采取縮短配電回路長(zhǎng)度、增加配電線路截面或采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器等措施，以使線路首端的斷路器在配電線路最遠(yuǎn)點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)能在規(guī)定的0.4 s內(nèi)及時(shí)斷開故障回路。由于剩余電流動(dòng)作保護(hù)器具有很高的靈敏度，而金屬性短路的故障電流又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剩余電流動(dòng)作保護(hù)器動(dòng)作電流，所以亦常采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器作為TN系統(tǒng)中電擊防護(hù)電器。校驗(yàn)配電線路允許的最大長(zhǎng)度時(shí)還需校驗(yàn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的電壓降，使其滿足不大于10%的要求。

TN系統(tǒng)內(nèi)因接地故障引發(fā)間接接觸電擊事故的另一種情況是本回路并未發(fā)生接地故障，而變電所供電范圍內(nèi)其他TN回路發(fā)生接地故障。故障電壓沿PEN線或PE線傳導(dǎo)，使無(wú)故障TN回路內(nèi)外露導(dǎo)電部分也帶上故障電壓，而無(wú)故障TN回路并未流過故障電流，該回路首端的保護(hù)電器無(wú)法動(dòng)作，導(dǎo)致使用該回路電氣設(shè)備(如其他回路的室外環(huán)境照明燈)的人遭受電擊，見圖1。

TN系統(tǒng)內(nèi)如果供電干線任一相在室外發(fā)生接大地故障，電源中性點(diǎn)、PEN線、PE線以及電氣裝置的外露導(dǎo)電部分均將帶對(duì)地故障電壓Uf。若故障回路未及時(shí)切斷(如故障電流太小)，在室外場(chǎng)所因無(wú)法做總等電位聯(lián)結(jié)，Uf值如果超過接觸電壓限值25 V就有發(fā)生電擊致死事故的可能，而非故障回路首端的防護(hù)電器卻無(wú)法切斷電源。IEC標(biāo)準(zhǔn)及GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，如室外因下雨而視為潮濕場(chǎng)所，TN系統(tǒng)需滿足下式要求,即：

其中，RB為所有與系統(tǒng)接地極并聯(lián)的接地電阻，Ω；RE為相導(dǎo)體與大地間的接地電阻，Ω；UO為回路對(duì)地交流方均根值標(biāo)稱電壓，V。

由上式可推得：

RB≤0.13RE。

其中，RE為隨機(jī)值，故RB值無(wú)法確定，但從上式可知，在可能的條件下RB值應(yīng)盡可能小，為此應(yīng)盡量降低變電所低壓側(cè)中心點(diǎn)的系統(tǒng)接地電阻RB。因此TN配電系統(tǒng)應(yīng)盡可能在線路分支、首端及末端安裝重復(fù)接地裝置，變電所低壓側(cè)中心點(diǎn)的接地系統(tǒng)盡量利用建筑物基礎(chǔ)等自然接地體，其余用戶電源進(jìn)線處利用總等電位聯(lián)結(jié)和埋地電纜金屬護(hù)套的自然接地體作重復(fù)接地，如此采用以上措施可盡量減小RB值。發(fā)達(dá)國(guó)家一般認(rèn)為RB值小于2Ω是有效可行的，我國(guó)RB值一般不大于1Ω。否則需采用其他補(bǔ)充防電擊措施，如采用局部TT系統(tǒng)或隔離變壓器供電等措施。

2 TT系統(tǒng)

TT配電系統(tǒng)回路內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)，故障回路內(nèi)金屬導(dǎo)體還串聯(lián)有電源側(cè)的系統(tǒng)接地RB和電氣裝置的保護(hù)接地RA兩個(gè)接地電阻，見圖2。

因此TT系統(tǒng)故障回路阻抗比TN系統(tǒng)的故障回路阻抗大很多，所以其故障電流較小。又因室外景觀照明TT系統(tǒng)配電線路接地故障保護(hù)裝置的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式的要求：

RAIa<25V。

其中，RA為外露可導(dǎo)電部分的接地電阻與保護(hù)導(dǎo)體PE線的電阻之和，Ω；Ia為保護(hù)電器及時(shí)、自動(dòng)切斷故障回路的動(dòng)作電流，A。由上式可知，保護(hù)電器保護(hù)動(dòng)作的條件是，當(dāng)外露導(dǎo)電體對(duì)地電壓達(dá)到或超過25V時(shí)，保護(hù)電器應(yīng)動(dòng)作。此時(shí)的故障電流Id應(yīng)大于保護(hù)電器的動(dòng)作電流Ia。故TT系統(tǒng)多采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器作接地故障保護(hù)，因其動(dòng)作電流較小(一般以100mA為宜),一般比故障電流小得多，所以其靈敏度較高。

室外景觀照明特點(diǎn)如前述，負(fù)荷點(diǎn)較分散，環(huán)境條件較差，配電半徑大，且燈具形式多樣，要求每個(gè)燈具處均做接地裝置幾乎不可能。故在室外景觀照明的TT接地系統(tǒng)內(nèi)，由同一接地保護(hù)電器(一般為剩余電流動(dòng)作保護(hù)器)保護(hù)的外露可導(dǎo)電部分，應(yīng)用保護(hù)線連接至共用的接地網(wǎng)上。

TT系統(tǒng)配電回路外(非本回路)發(fā)生接地故障時(shí)，由于TT系統(tǒng)電源端不引出專用PE線與外露可導(dǎo)電部分相連接，所以故障電壓并不會(huì)像TN系統(tǒng)那樣隨PE線四處傳導(dǎo)。因此室外景觀照明接地系統(tǒng)若采用TT系統(tǒng)可不考慮此種間接接觸電擊事故。

3 TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

室外景觀照明若選用TN接地系統(tǒng)，一般均采用過電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)。TN接地系統(tǒng)可節(jié)省投資、保證用電的可靠性，但其在接地安全性方面還需完善。其需要對(duì)配電回路進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，即應(yīng)校驗(yàn)配電線路允許的最大長(zhǎng)度，否則其切斷故障回路電源時(shí)是不可靠的，需采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器以補(bǔ)充其防電擊措施，此舉將增加投資，降低其供電可靠性。而且當(dāng)TN系統(tǒng)發(fā)生配電回路外接地故障時(shí)，其故障電壓亦會(huì)隨PE線四處傳導(dǎo)，此種情況需盡量降低變電所低壓側(cè)中心點(diǎn)的系統(tǒng)接地電阻RB。

室外景觀照明的TT接地系統(tǒng)，采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器作接地故障保護(hù)，保護(hù)電器投資較大，但其布線成本較TN接地系統(tǒng)小。而且當(dāng)TT系統(tǒng)發(fā)生配電回路外接地故障時(shí)，由于TT接地系統(tǒng)電源端不引出專用PE線，其故障電壓不會(huì)隨PE線四處傳導(dǎo)，可以將故障控制在其發(fā)生回路中。但室外景觀照明的TT接地系統(tǒng)一旦發(fā)生剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器拒動(dòng)作，配電回路發(fā)生接地故障時(shí)，其燈具金屬外殼將帶上足以致死的故障電壓。所以TT接地系統(tǒng)應(yīng)選擇質(zhì)量可靠性的剩余電流保護(hù)電器作為其接地故障保護(hù)，并應(yīng)定期檢查保護(hù)電器，以確保其準(zhǔn)確有效動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

在室外景觀照明設(shè)計(jì)時(shí)，TN接地系統(tǒng)與TT接地系統(tǒng)均可使用，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定其合理的保護(hù)接地系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)原則是在發(fā)生各種接地故障時(shí)能有效及時(shí)的切除故障電源，并防止故障電壓四處傳導(dǎo)，或?qū)㈩A(yù)期接觸電壓控制在安全電壓限值以下。

[1] JGJ 16—2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 戴瑜興，黃鐵兵，梁志超.民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[3] 王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].第3版.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

Discussion on two kinds of grounding system in outdoor landscape lighting design

Qian Zheng

(ChangzhouPlanningandDesignInstitute,Changzhou213001,China)

This paper elaborated the TN system and TT system two kinds of protective grounding modes in outdoor landscape lighting design, analyzed the dangers of two kinds of systems because of grounding fault caused electric shock accidents, basis on this researched the advantages and disadvantages of two kinds of systems, provided basis on the grounding system selection in outdoor landscape lighting design.

outdoor landscape, lighting, TN system, TT system, grounding fault

1009-6825(2015)32-0122-03

2015-09-02

錢 崢(1975- )，男，工程師

TU113.6

A