2022.8|徐华:谈室外照明TT系统应用

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谈室外照明TT系统应用

徐 华（清华大学建筑设计研究院有限公司，北京市 100084）

摘　要：论述室外照明接地系统的选择，依据国家规范和国际标准对TT系统的保护要求，分析室外照明TT系统共用接地和不共用接地出现的问题及应对措施，并提出路灯、草坪灯、埋地灯等室外照明配电和接地方案。


关键词：室外照明；TT系统；路灯；电气安全；电击防护；接地故障；共用接地；不共用接地



0 引言

路灯的电气安全问题在行业内引起不断关注，其安全措施也一直争论不断，而伴随着室外照明快速发展的同时，室外人身电击事故频发。全文强制性规范GB 55024 - 2022《建筑电气与智能化通用规范》将于2022年10月1日起实施，其中第4.5.1条对室外照明的终端回路加强了要求：“建筑物应设置照明供配电系统。照明配电终端回路应设短路保护、过负荷保护和接地故障保护，室外照明配电终端回路还应设置剩余电流动作保护电器作为附加防护。”

笔者在《建筑电气》2021年第4期发表《论城市照明电气安全》一文，推荐室外照明采用TT接地系统，并提出了几种做法，但推荐的TT系统做法与GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》、GB / T 16895.21 - 2020 / IEC 60364 - 4 - 41：2017《低压电气装置    第4 - 41部分：安全防护   电击防护》的要求不完全一致。本文将结合强制性规范的规定，对室外照明T  T系统应用作补充分析，希望得到同行指正。

1 室外照明配电系统接地型式的选择

目前，室外照明配电系统的接地型式多采用T T系统或TN系统，当采用TN系统接地型式时（如图1所示），由于所有灯具的金属外壳都是通过PE线或PEN线互相连通的，TN系统采用断路器或熔断器作过电流保护时，特别是对于道路照明这种较长的线路，终端单相接地故障电流较小，断路器或熔断器很难兼作接地故障保护，当某一个灯具发生接地故障，其首端断路器拒动时，其故障电压可沿PE线或PEN线传至其他灯具上，在户外因无等电位联结很易导致电击危险，此时除短路保护和过负荷保护外，增设剩余电流保护可起到接地故障时有效切断电源的作用，但PE线使各灯具外壳连通，仍没有消除一旦电源没有切断时故障电压的互串。

采用TT接地系统时，电源侧与灯具端的接地是分开的，电源侧接地故障电压传不到灯具上，灯具侧各个灯具外壳单独接地互不连通，某一个灯具出现接地故障时，其故障电压也不会传到别的灯具上，在没有切断电源的情况下，故障电压仅局限于故障灯具，提高了安全性，因此户外灯具应优先选用TT接地系统。


2  TT系统保护要求
……

3 TT系统保护措施分析

3. 1 关于室外灯具共用接地问题

采用TT系统时，上述IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.5.1条要求：“同一个保护电器保护的所有外露可导电部分，都应通过保护导体连接至这些可导电部分共用的接地极上。”如果没按上述要求，外露可导电部分分别做接地极，这些外露导电部分不连通（如图2所示），此时如果仅有灯具B的L线发生接地故障，故障电流通过RA和RB流向电源，剩余电流动作断路器RCBO跳闸切断电源；如果灯具A的N线发生接地故障、灯具B的L线发生接地故障，此时接地故障电流Id = I_d1 + I_d2，I_d与I_d2的差值如果小于RCBO的剩余电流动作值，则RCBO拒动。

如果按照IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.5.1要求，把灯具A和B的外露可导电部分通过PE线连通，共用接地极（如图3所示），接地故障电流最后通过N线流经RCBO，此时发生接地故障时，剩余电流保护不动作，但外露可导电部分通过PE线连通，相当于L - N短路，由于回路阻抗较小，过电流保护动作，也可切断电源。

图3中，如果单个灯或多个灯仅发生L线接地故障，RCBO剩余电流动作可以切断电源；如果同时有不同灯具的L线和N线接地故障，则剩余电流保护不动作，过电流保护动作可以切断电源，此种情况需要满足IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.5.2条和第411.5.4条的要求，采用过电流保护作接地故障保护，此时要求小于32 A的终端回路过电流保护在0.2 s内切断电源，配电回路大于32 A时，过电流保护在1 s内切断电源。切断电源要满足Z_s × I_a ≤ U₀，回路阻抗Z_s要尽量小，才能使过电流保护器动作。假设Z_s = 2 Ω，I_a ≤ 220 / 2 = 110 A，如采用C型脱扣曲线微型断路器作过电流保护，只能选用10 A及以下整定电流才能保证切断电源；如选用16 A的C型脱扣曲线微型断路器作过电流保护，就不能保证切断电源。由此可见，采用共用接地时，PE线尽量与相线、中性线一同敷设。

3. 2 路灯故障防护措施

对于金属灯杆路灯，每个灯杆基础都可作为接地极，灯杆间距一般会大于30 m，灯杆高度一般在8 ~ 12 m，干线在每个灯杆处分支接灯时，灯具固定不会产生过负荷，在分支线路截面减小处需要设置短路保护，如果分支线路保护电器采用断路器或熔断器作短路保护和接地故障保护（如图4所示），由于分支线路较短，需要选择合适的整定值并校验保护电器的灵敏性，否则终端接地故障电流较小，分支线路保护电器不能切断电源，同上述。另外，灯杆间距较大，各个灯杆基础接地可看成相互没有联系，而敷设一根PE线连通后，一旦某处故障没有切断电源，外露可导电部分连在一起也会造成故障电压互串。

路灯一般采用三相配电，在每个灯杆不同相做分支，假设灯具B和灯具C的相线发生接地故障，如果采用共用接地（如图5所示），会转化为相间短路，正常情况下相间短路保护电器应该切断电源。如果出现意外没有切断电源，会带来很大的安全隐患，若要减少相间短路发生的概率，每一相回路应单独敷设PE线。

如果不采用PE线把灯杆基础连通，在每个灯杆分支配电处采用剩余电流动作断路器作短路和接地故障保护，分支处采用非延时型剩余电流动作断路器，干线采用延时型剩余电流动作断路器（如图6所示），可以不用校验剩余电流动作断路器接地故障的灵敏性，各个灯杆基础互相独立，不用PE线连通，是一种可靠性和安全性比较高的方案；但分支剩余电流动作断路器较多，造价会略有增加，但与安全性相较，还是十分值得的。

对于户外照明终端回路的附加防护，IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.3.3条要求：对于额定电流不超过32 A的移动设备，采用额定动作剩余电流不大于30 mA的剩余电流动作保护器。GB / T 16895.28 - 2017 / IEC 60364 - 7 - 714：2011《低压电气装置   第7 - 714部分：特殊装置或场所的要求 户外照明装置》中增加了电话亭、公共汽车候车亭、广告牌、城市地图牌和类似装置的配套照明设备应该采用额定动作剩余电流不大于30 mA的剩余电流动作保护器作为附加保护。结合TT系统保护要求，室外照明末端回路增设剩余电流保护是必要的安全措施。

3. 3 草坪灯、埋地灯故障防护措施

对于户外的草坪灯、埋地灯等，每套灯具没有单独的接地极，采用局部TT系统，配电干线与分支线等截面，电源引出线在第一套灯具处接地后引出PE线与后续灯具金属外壳连接，配电采用剩余电流保护器作接地故障保护，完全满足IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.5.1条要求，此种情形与上文图3的分析一致，做法如图7所示。

4 结语

室外照明安全一直是大家关心的问题，国内外的设计标准和验收标准一直也在变化。总的来说，室外照明采用TT系统已是大家的共识，但如何落实T  T系统的做法，需要深入探究，笔者推荐采用图6、图7的配电和接地做法（图6做法与IEC 60364 - 4 - 41：2017第411.5.1条要求有出入），在此抛砖引玉，以期行业专家斧正。

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作者信息
徐 华，男，清华大学建筑设计研究院有限公司，教授级高级工程师，电气总工程师。
本文有删减，全文载于《建筑电气》2022年第8期，详文请见杂志。