谈室外景观照明设计的接地系统

关注:263发表时间:2018-04-05 08:30:23

1、TN系统

室外景观照明电源由小区或建设地块的变电所引来时,可采用TN系统或TT系统。当采用TN系统时,室外景观照明配电箱设置于变电所内或附近时,接地系统可采用TN-S系统(与变电所共用接地装置),否则采用TN-C-S系统。另据《民用建筑电气设计规范》第10.9.3条中第3条“安装于室外的景观照明中距建筑外墙20m以内的设施,应与室内系统的接地形式一致”,该种情况保护接地系统亦采用TN-S系统(与室内建筑共用接地装置)。TN系统内因接地故障引发间接接触电击事故的起因有两种:一种情况是某一配电回路内部发生相线与外露金属导电部分或与PE线之间发生短路,故障电流返回电源的通路为PE线或PEN线的金属性通路。如果通路各连接点导电良好,故障电流幅值大,回路首端的保护电器就能迅速及时的自动切断电源。室外环境照明的TN接地系统中,回路首端多采用低压断路器的瞬时过电流脱扣器兼作接地故障保护。由于室外景观照明灯具一般均选用Ⅰ类灯具,其金属外壳均必须和PE线可靠连接,当回路内发生接地故障时大多数为金属性短路,所以接地故障电流幅值都很大。虽然TN系统接地措施可有效降低预期接触电压,但其值仍可高于25V。此时就需要回路首端断路器能在0.4s内断开故障线路,以确保人身安全。但TN系统首端断路器的瞬时过电流脱扣器兼作接地故障保护时,无法确保灵敏度要求,即无法确保能在0.4s内断开故障线路,特别是对于动辄配电半径达数百米长的室外环境照明回路而言更是如此。所以室外景观照明电气设计采用TN系统时,需对配电回路进行灵敏度校验,即配电回路长度不应大于根据选定的断路器参数计算得出的,并且满足断路器保护动作灵敏度要求前提下的配电回路极限长度。当线路首端的断路器灵敏度无法满足要求时,应采取缩短配电回路长度、增加配电线路截面或采用剩余电流动作保护器等措施,以使线路首端的断路器在配电线路最远点发生接地故障时能在规定的0.4s内及时断开故障回路。由于剩余电流动作保护器具有很高的灵敏度,而金属性短路的故障电流又远远大于剩余电流动作保护器动作电流,所以亦常采用剩余电流动作保护器作为TN系统中电击防护电器。校验配电线路允许的***长度时还需校验最远点的电压降,使其满足不大于10%的要求。TN系统内因接地故障引发间接接触电击事故的另一种情况是本回路并未发生接地故障,而变电所供电范围内其他TN回路发生接地故障。故障电压沿PEN线或PE线传导,使无故障TN回路内外露导电部分也带上故障电压,而无故障TN回路并未流过故障电流,该回路首端的保护电器无法动作,导致使用该回路电气设备(如其他回路的室外环境照明灯)的人遭受电击,见图1。TN系统内如果供电干线任一相在室外发生接大地故障,电源中性点、PEN线、PE线以及电气装置的外露导电部分均将带对地故障电压Uf。若故障回路未及时切断(如故障电流太小),在室外场所因无法做总等电位联结,Uf值如果超过接触电压限值25V就有发生电击致死事故的可能,而非故障回路首端的防护电器却无法切断电源。IEC标准及GB50054—2011低压配电设计规范规定,如室外因下雨而视为潮湿场所,TN系统需满足下式要求,即:其中,RB为所有与系统接地极并联的接地电阻,Ω;RE为相导体与大地间的接地电阻,Ω;UO为回路对地交流方均根值标称电压,V。其中,RE为随机值,故RB值无法确定,但从上式可知,在可能的条件下RB值应尽可能小,为此应尽量降低变电所低压侧中心点的系统接地电阻RB。因此TN配电系统应尽可能在线路分支、首端及末端安装重复接地装置,变电所低压侧中心点的接地系统尽量利用建筑物基础等自然接地体,其余用户电源进线处利用总等电位联结和埋地电缆金属护套的自然接地体作重复接地,如此采用以上措施可尽量减小RB值。发达***一般认为RB值小于2Ω是有效可行的,我国RB值一般不大于1Ω。否则需采用其他补充防电击措施,如采用局部TT系统或隔离变压器供电等措施。

2、TT系统

TT配电系统回路内发生接地故障时,故障回路内金属导体还串联有电源侧的系统接地RB和电气装置的保护接地RA两个接地电阻,见图2。因此TT系统故障回路阻抗比TN系统的故障回路阻抗大很多,所以其故障电流较小。又因室外景观照明TT系统配电线路接地故障保护装置的动作特性应符合下式的要求其中,RA为外露可导电部分的接地电阻与保护导体PE线的电阻之和,Ω;Ia为保护电器及时、自动切断故障回路的动作电流,A。由上式可知,保护电器保护动作的条件是,当外露导电体对地电压达到或超过25V时,保护电器应动作。此时的故障电流Id应大于保护电器的动作电流Ia。故TT系统多采用剩余电流动作保护器作接地故障保护,因其动作电流较小(一般以100mA为宜),一般比故障电流小得多,所以其灵敏度较高。室外景观照明特点如前述,负荷点较分散,环境条件较差,配电半径大,且灯具形式多样,要求每个灯具处均做接地装置几乎不可能。故在室外景观照明的TT接地系统内,由同一接地保护电器(一般为剩余电流动作保护器)保护的外露可导电部分,应用保护线连接至共用的接地网上。TT系统配电回路外(非本回路)发生接地故障时,由于TT系统电源端不引出专用PE线与外露可导电部分相连接,所以故障电压并不会像TN系统那样随PE线四处传导。因此室外景观照明接地系统若采用TT系统可不考虑此种间接接触电击事故。

3、TN系统与TT系统的优缺点总结

室外景观照明若选用TN接地系统,一般均采用过电流保护兼作接地故障保护。TN接地系统可节省投资、保证用电的可靠性,但其在接地安全性方面还需完善。其需要对配电回路进行灵敏度校验,即应校验配电线路允许的***长度,否则其切断故障回路电源时是不可靠的,需采用剩余电流动作保护器以补充其防电击措施,此举将增加投资,降低其供电可靠性。而且当TN系统发生配电回路外接地故障时,其故障电压亦会随PE线四处传导,此种情况需尽量降低变电所低压侧中心点的系统接地电阻RB。室外景观照明的TT接地系统,采用剩余电流动作保护器作接地故障保护,保护电器投资较大,但其布线成本较TN接地系统小。而且当TT系统发生配电回路外接地故障时,由于TT接地系统电源端不引出专用PE线,其故障电压不会随PE线四处传导,可以将故障控制在其发生回路中。但室外景观照明的TT接地系统一旦发生剩余电流动作保护电器拒动作,配电回路发生接地故障时,其灯具金属外壳将带上足以致死的故障电压。所以TT接地系统应选择质量可靠性的剩余电流保护电器作为其接地故障保护,并应定期检查保护电器,以确保其准确有效动作。

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