园林工程电气装置接地与安全要点分析.doc

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园林工程电气装置接地与安全要点分析

时间：

2010-5-12来源：

中国建筑电气资讯网

　　摘 要文章介绍了园林工程接地系统与安全在设计中需要注意的要点，提出了设计中应注意的问题，对园林工程的电气设计具有较好的参考价值。

　　关键词 TT接地系统 TN-S接地系统 喷水池的接地与安全

　　绪论

　　园林中电气装置的接地与安全往往是在电气设计中容易忽略的问题，特别是园林内各种灯具位于露天处，需承受种种恶劣环境条件的影响，例如：

雨淋、日晒、风吹等气候条件以及当地某些腐蚀性气体和尘土的危害。

它还暴露于不懂电气安全的公众前，也易受鸟类或其他动物的触动。

这些不利因素使它易受机械损伤，其绝缘水平也易下降，从而导致电气事故的发生。

而且室外很难做等电位联结，在相同故障条件下户外照明装置较户内照明装置的接触电压高，从而增大了电击致死的危险。

我国现行电气规范和电气图纸设计水平与IEC标准和发达国家的电气图纸设计水平均存在较大差距。

下面分别从以下几方面就园林工程的接地进行简要地分析探讨。

　　1、TT接地系统与TN-S接地系统的安全性比较

　　《城市夜景照明设计规范》中规定：

安装于室外的景观照明中距建筑物外墙20m以内的设施，应与室内系统的接地形式一致，距建筑物外墙大于20m宜采用TT接地形式。

规范的条文解释是这样的：

两个接地系统在电气上要真正分开，在地下必须满足一点的距离，否则两个接地系统形式上是分开了，而实际（指电气上）仍未分开。

且由于两个电气系统，通过接地装置的相互联系而产生强烈的干扰，严重时甚至造成两个接地系统都不能正常工作。

实验证明，对一般工程来说，两个接地系统相距20m远时，相互间的影响已十分微弱。

但这条规范在实际工作中引起混乱，例如一个园林照明配电箱设在室外，它所供电的庭院灯有的距离建筑物＞20m，有的距离建筑物＜20m，如按此规范执行，则出现不同照明回路或同一照明回路出现两种接地形式的情况，而当采用TN-S接地系统时，因室外难以做总等电位联结，安全性不够，易发生电击事故。

下面对这两种接地形式进行简单的探讨分析。

　　1.1TT接地系统的基本概念

　　第1字母表示电源端与地的关系，即T为电源端有一点直接接地；第2个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系，即T为电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

　　1.2TT接地系统为何适用于园林工程

　　从图1可知，TT系统的电气装置的保护接地各有其自己的接地极。

正常时装置内的外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互窜。

解决了室外不易做等电位联结的问题，比较安全可靠。

　　1.3TT接地系统的接地故障保护

　　《民用建筑电气设计规范》第7.7.7条规定TT系统的接地故障保护的动作特性应符合下式要求：

　　RA×Ia≤50V                    （式1）

　　式中RA为接地极和外露可导电部分的保护导体电阻之和，Ω；Ia保护电器的动作电流（对剩余电流动作保护器，应是额定剩余动作电

流，A。

）

　　其中50V为正常环境的安全电压限值。

室外照明设计中，室外照明灯具属于固定使用的用电设备，但是应考虑到雨雪天气时环境潮湿，安全电压限值应为25V。

则式1变为

　　RA×Ia≤25V                    （式2）

　　即要求RA≤25V／Ia。

当Ia=I△n=100mA时，RA≤25/0.1→RA≤250Ω。

这个电阻值很大，非常容易实现。

因此漏电保护可以做为TT系统的户外照明装置的接地故障保护。

实际工作中一般要求灯具的接地电阻≤100Ω，远小于规范要求，从而保证了发生漏电情况时对人体的安全性。

　　1.4TN-S接地系统的基本概念

　　第1字母表示电源端与地的关系，即T为电源端有一点直接接地；第2个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系，即N为电气装置的外露可导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地。

TN系统按中性线和PE线的不同组合方式又分为三种类型：

TN-C系统、　　TN-S系统和TN-C-S系统。

　　TN-S系统：

在全系统中N线和PE线是分开的。

　　1.5TN-S接地系统应用于园林工程所存在的问题

　　按照《民用建筑电气设计规范》中10.9.3.3条规定：

安装与室外的景观照明中距建筑物外墙＜20m的设施，应与室内系统的接地形式一致。

因为室内一般均采用TN-S或TN-C-S接地系统，因此距离建筑物较近的室外照明灯具的接地形式应采用TN-S或TN-C-S接地系统。

但这样做是有安全隐患的。

可能导致电击的严重后果。

TN-S接地系统，灯具、电杆、电器盒等的外露导电部分是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地，当该变压器其他部分发生对地直接连接之类故障时，保护电器难以断开，故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使中性点电位升高，此电位经过PE线传至灯杆等处外露可导电部分。

除非变压器接地电阻非常小，此电位就有可能超过安全电压限值（通常为交流50V，而对户外照明，考虑雨天等条件，应为交流25V）。

由于故障电流很小而无法使保护电器动作，因此不能完全保证安全。

如图3所示，建筑物由低压架空线路供电，因相线落入水塘而发生接地故障，受图中变电所接地电阻RB和故障点接地电阻RE的限制，接地故障电流不大，假设为20A，它不足以使变电所出线过电流保护电器切断电源。

设RB=4Ω，则RB上的持续电压降，即PEN线以及与其连接的PE线、中性线上的持续故障电压Uf=Id×RB=20×4=80V。

当此Uf沿PE线传导到建筑物内所有外露导电部分上时，由于总等电位联结的作用，建筑物内电气装置外露导电部分和装置外导电部分都处于同一电位水平上。

虽然整个建筑物对地电位升高至Uf=80V，建筑物内却不出现电位差，不会发生电击事故。

但该电气装置的户外部分并不具备等电位联结的作用，图3中户外的一台设备因PE线传导电位而带Uf=80V的故障电压，人站立的地面的电位却仍为0V，接触此设备的人员不可避免的遭受电击。

在这种情况下，即使线路上的空气开关加装了RCD也无济于事，因为RCD只能在所保护的回路内发生故障时起作用，不能防止从别处沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压引起的电击事故。

几年前就曾经发生过公园外的电动门电死小女孩的悲剧，其原因就是高压侧发生接地故障，而接地系统采用TN-S系统，而使低压侧的电动们外壳带不安全电压，从而产生电击事故。

事故的根源就是接地系统设计不对。

现在有人提出，从建筑物室内的接地系统中引出PE线，为室外照明灯具系统预留接地极，使室外距建筑物外墙＜20m的灯具做等电位联结，可以避免故障电压的影响。

但这只是理论观点，实际上很难做到，室外土壤均具有腐蚀性，即使在室外敷设大量钢筋网，不久也会腐烂，基本上起不到作用。

因此采用TN-S系统，发生电击事故甚至危及生命的事故时有发生，所以TN-S系统在园林工程中应慎用。

 通过上述对TT和TN-S两种接地形式的比较，我们可以看出，TT系统更加安全可靠，同时IEC标准也没有关于建筑物室外20m内外采用不同接地形式的说法，根据以人为本的理念，笔者认为建筑物室外照明工程均应采用TT系统的接地形式。

　　2、TT系统中应注意的问题

　　2.1保护器（RCD）在TT系统中使用的必要性

　　TT接地系统内发生接地故障时，其故障电流需通过保护接地和系统接地两个接地电阻返回电源，由于这两个接地电阻的限制，故障回路阻抗较大，故障电流较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障保护。

因此为防人身电击事故必须装用RCD来快速切断电源。

　　2.2剩余动作电流值的整定

　　《民用建筑电气设计规范》中7.7.10手持式或移动式用电设备，插座回路等回路均应设置剩余电流动作保护。

室内配电线路一般在几米到几十米。

为避免维护人员直接接触而遭电击，要求剩余动作电流≤30mA。

由于线路短，正常泄露电流较小，日常运行时发生误动作机率小。

而园林室外照明和室内的情况大不相同，配电线路的长度多为100～200m，甚至更长。

再加上灯具与电缆本身也有一定的泄露电流，正常运行时，配电回路的泄露电流较大。

如果仍然设定剩余动作电流为30mA，经常会发生误动作跳闸现象，从而使供电的可靠性大大降低。

因此为确保户外照明装置的供电可靠性，应正确地选择漏电保护器（RCD）的额定剩余动作电流I△n。

剩余电流保护器的动作电流（I△n）的整定值，应符合以下两方面的要求：

　　接地故障时应保证可靠动作

　　按GB50054-95的规定，剩余电流保护的动作电流I△n应符合下式：

　　Id1≥1.3I△n,一般情况下I△n整定值不会超过300mA，接地故障电流Id1大于其1.3倍，是很容易满足的。

　　正常运行时，应保证不会动作

　　为实现这项要求，整定值I△n应符合下式：

     I△n≥（2.5-3）IL，IL-正常运行条件下，线路和灯具等可能产生的最大泄漏电流。

公式中的2.5-3倍是保证不会误动作的可靠系数。

因为剩余电流动作保护器的动作电流为I△n，而保证不会动作的不动作电流I△no为I△n的50%。

必须使I△n值大于正常泄露电流的50%，并留有必要余地，才能保证不误动作。

通常选用6mm2左右的铜芯电缆，经查表得每km的泄漏电流IL约为52mA，线路长度在300m以内时，考虑灯具泄漏电流因素，I△n取30mA显然不能保证正常运行，I△n取100mA可保证不会误动作。

一般情况下如果配电线路不超过500m时

     I△n取100mA均无问题。

　　2.3接地系统的中性线不做重复接地

　　在TT接地系统中，电源在进入室外总配电箱时，中性线不应做重复接地，因为做了重复接地，会产生以下问题：

　　2.3.1断路器产生误动作

　　TT系统的中性线如果重复接地，部分中性线上的负荷电流将经大地返回电源而成为杂散电流。

如果线路首端的断路器装有RCD，这部分杂散电流将会使它误动。

因此TT系统的中性线绝不得做重复接地。

根据IEC要求，为防止中性线折断，只有采取提高中性线的机械强度，适当放大截面的方法。

因此即使园区的面积很小，景观照明的用电负荷很小，室外照明配电箱离变电所很近，照明配电箱的进线电源中性线截面也应≥4mm2，这一点应引起人们的注意。

　　2.4接地极的设置

　　一般情况下每个庭院灯均应设置单独的接地极，草坪灯不必每个灯都设置独立的接地极，但要保证回路的接地电阻阻值满足规范要求，为避免与园区内建筑物内部的接地系统相互干扰，园区内建筑物附近尽量不设置室外照明灯具的接地极，如因条件所限制必须设置时，接地极应尽量远离建筑物以减少干扰。

　　3、喷泉池的接地与安全

　　3.1喷水池的危险性分析

　　喷水池是电击危险性很大的特殊场所，但它的危险性却常常被人们所忽略。

喷水池和游泳池有些类似，但有许多不同之处，在设计时不能混同。

在游泳池内人体是浸入水内的，人体阻抗大幅度下降，因此规范规定：

游泳池内电气设备和线路的电压不得超过12V。

而作为景观的喷水池，由于自身的要求，池内潜水泵和水下照明灯具由于功率较大，往往不能以特低电压供电，而需要220V或380V电压供电。

如果这类设备或线路绝缘损坏，水下可能出现危险的电位差，从而引起人身电击危险。

在我国，喷水池电死人的事故几乎年年都有，上世纪90年代，在青岛的一个喷水池因潜水泵绝缘损坏使水下出现电压梯度，致7人电死。

而去年在上海，两位韩国游客在喷泉处照相同样因为失足落水被电身亡。

如此残酷的教训提醒我们在设计中必须对喷水池的电气安全性加以足够重视。

　　3.2喷水池电气设计需注意的要点

　　对于喷水池的电气设计，规范要求不太明确，仅规定喷水池应进行总等电位联结，允许人进入的喷水池，采用安全特低电压为水下灯供电，电压不超过12V。

不允许人进入的喷水池中的动力配电线路加装漏电保安器，动作电流不大于30mA。

其实在现实中，仅采用以上安全措施是远远不够的，因为一旦池内潜水泵绝缘损坏，发生漏电，使断路器动作，现场操作人员往往不是更换潜水泵，而是摘掉漏电保安器，使开关不动作，从而留下安全隐患。

而公园管理者往往出于美观考虑，也不在喷水池旁竖立警示牌，人们的安全意识也比较淡薄，从而使事故很容易发生。

为了尽量杜绝事故的发生，笔者认为在设计中必须做到以下几点：

　　喷水池应做等电位联结；

　　不允许人进入的喷水池内尽量不设置潜水泵，而应该采用离心泵，且离心泵的安装位置应距离喷水池3米以外。

这样就杜绝了潜水泵绝缘损坏发生漏电的现象。

当然要做到这点需要和给排水专业密切配合；

　　无论喷水池是否允许进入，喷水池内的水下灯都尽量采用安全特低电压供电，交流电压不超过12V。

降压变压器应选用加强绝缘的隔离变压器降压供电。

且隔离变压器应设置在距离喷水池3米以外的区域。

并且水下灯严禁接PE线保护。

这是因为降压变压器的一次侧的供电回路是有PE线的，而一次侧的PE线或中性线在故障情况下，是可能持续带危险故障电压Uf的，如果降压变压器二次侧的特低压回路连接PE线，变压器一次侧的PE线的持续故障电压Uf将导入二次侧特低压回路中，并传导到水下灯的金属外壳上，此Uf电压往往超过12V或25V而引起电击事故。

　　结论

　　随着我国现代化建设的不断深入，特别是2008年北京奥运会和2010年上海世博会的成功举办，室外园林工程和景观照明也得到空前的发展。

从而对室外照明装置的用电安全性提出了更高的要求，今后愿意和各届同仁努力钻研和探讨园林设计，以期提高水平。

   参考文献

 [1]中国航空工业规划设计研究院王厚余编 <<低压电气装置的设计安装和检验>>

 北京中国电力出版社2007

 [2]中国航空工业规划设计研究院王厚余编<<建筑物电气装置500问>> 

 北京中国电力出版社2009