摘 要:文章简要叙述了户外照明配电系统的接地形式及保护整定原理，比较了TN与TT接地形式的优劣，给出了合理选用接地形式的建议及注意事项。
关键词 户外照明 TN系统 TT系统 RCD
1概述
户外照明装置在IEC标准中属于电击危险大的特殊设备，因为其需承受种种恶劣环境条件的影响，这使它易受机械损伤，其绝缘水平也易下降；加之，户外照明装置因为其线路较长，通常处于无等电位联结的场所，故极易导致电气事故的发生。如何合理设计户外照明的配电系统，本文提出以下几个值得关注的问题：①户外照明装置的接地型式；②配电线路单相短路保护保护灵敏度校验。
2.接地形式
户外照明的接地形式是采用TN-S系统还是采用TT系统，一直是一个值得讨论的问题。根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008（以下简称《民规》）第10.9.3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，距建筑外墙大于20米宜采用TT接地形式”，“室外分支线路应装设剩余电流动作保护器”。由此推广到室外道路照明，庭院照明等也可参照此规定。
为什么规定20m的界限？为什么户外照明推荐采用TT接地形式？TT接地形式实施中有什么值得注意的地方？
规定20米界限的原因：
原因一：根据《民规》条文说明12.7.1条可知：两个接地系统在电气上要真正分开，在地下必须满足一定的距离，否则两个接地系统形式上是分开了，而电气上实际仍未分开，理论上两个接地系统互不影响的距离为无限远，实际工程可取20m。故要求户外照明距建筑物外墙20m以内的设施，应与室内系统的接地形式一致，多为TN-S系统。
原因二：户外照明距建筑物外墙20m以内时，配电线路较短，阻抗较小，当线路末端发生单相接地故障时，其故障电流往往也较大，容易使断路器或熔断器动作。故此时采用与建筑物接地形式一致的TN-S系统也较为安全。
户外照明两种接地形式的比较：
TN-S系统
TN-S接地形式是把中性线N和专用保护线PE严格分开，当系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是中性线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接地保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。但其缺点也很突出，主要有以下几点：一是室外照明线路容易遭到损坏，如果PE线断开，就起不到保护的作用，可能导致电击事故，二是建筑物内通常采用TN系统能保证安全的一个重要前提条件是建筑物内部均作为等电位联结，户外照明的环境却难以实现等电位联结，在同一变压器供电范围的TN系统内PE线都是连通的，任一处发生接地故障时，其故障电压可沿PE线或PEN线传导至无等电位联结的户外照明设备上，从而增加了电击危险发生的几率。三是户外照明一般线路较长，当线路末端发生单相接地故障时，其故障电流往往也较小，很难使线路首端的断路器或熔断器动作，即使用B型脱扣器难以保证在规定的时间内（5S）切断故障电流，如果使用RCD做故障动作保护电器，虽能在所保护的回路内发生故障时起作用，但不能防止故障电压从别处沿PE线传导来引起的电击事故；四是供电回路增设了PE线，提高了工程造价。
TT系统
TT接地形式是供电电源端中性线直接接地，用电端设备外壳也直接接地，TT方式的接地故障电流比TN方式更小，通常配以RCD（剩余电流动作保护器）作为TT系统的后备保护，容易使之动作，更能保证其安全。再者采用TT系统，不设PE线，比TN-S方式省了一根PE线，相对来说更为经济。
3. 单相短路及灵敏度校验
下面列举一个工业厂区工程实例，计算户外照明回路采用TN-S系统，当发生单相接地故障时，具体的接地故障电流。
厂区内一个路灯配电线路，长度约660米。路灯为金属灯杆，沿道路布置间距为30米（该回路共有660/30=21套灯具），灯杆高为6米，灯具电源220V，250W金卤灯（自带电容补偿，功率因数为0.85），镇流器损耗为10%，将路灯以L1，L2，L3均匀分布与三相，单根灯杆内灯具引接线为BV-3x2.5mm2。路灯干线采用三相线路配电。路灯由厂区内1#车间变电所一台SCB11-630kVA，10/0.4kV，D，Yn-11型干式变压器供电，变电所内低压母线规格为TMY-4[(80x8]+1(63x6.3)，要求系统接地电阻不大于1欧姆，系统短路容量Sd=200MVA。经计算，该回路额定电流为10.8A，保护电器选In=25A，Izd=5In的断路器（长延时脱扣电流25A，瞬时脱扣器电流5In=125A），配电线路采用YJV22-5x10mm2铜芯交联聚乙烯电力电缆户外直埋敷设。
TN-S系统
单相接地故障电流要按照相保回路进行计算。当线路最末端发生单相接地故障时，该相保回路中，共有高压系统S，变压器T，低压母排M，低压电缆L，灯头引接线X等五种阻抗元件，单相接地故障电流：
依据参考文献1的表4-28~表4-34，就本工程而言：
于是，Id=220/√(35172+1442)mΩ=0.063kA
按《低压配电设计规范》（GB50054-2011）的规定，TN方式用断路器时，末端接地故障电流不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即125*1.3=162.5A。
如果将线路截面增大到铜芯16mm2，PE线也加到16mm2，则Id可达99.1A，无法满足要求；若再将线路截面增大到25 mm2，则Id可达152.8A，仍无法满足要求，需继续增大线路截面。可见TN-S系统用于道路照明配电线路，除非是很短的线路，一般难以满足保护灵敏度要求，将导致不安全因素。
TT系统
若此工程采用TT系统，根据上面计算，因系统阻抗，变压器阻抗，线路电抗等均非常小，下面计算过程中忽略此部分阻抗及线路电抗。接线图及等效电路图如下图所示：
图1.TT系统户外照明灯具发生相线碰外壳故障
已知：R0=1Ω，Rd=30Ω，RL=1.754*660（mΩ）=1.16Ω。（参考文献1表4-25）
短路电流Id=U/R=220/(1+30+1.16)=6.84A，显然也无法使低压断路器瞬时过电流脱扣器动作，所以采用TT系统接地的同时，每路出线保护开关需配备剩余电流动作保护器或大幅减低单灯接地电阻和导线电阻以减小接触电压，但大幅降低每个路灯的接地电阻和导线电阻，工程上难度高，投资大。因此采用剩余电流动作保护器是较好的选择。
那TT方式采用RCD如何整定呢？RCD的动作电流应符合以下两方面的要求：
（1）接地故障时应保证可靠动作
按GB50054-2011的规定，Id≥1.3 I∆n。一般来说，I∆n整定到几百毫安，
接地故障电流Id大于其1.3倍是可以满足的。
（2）正常运行时，应保证不会动作
由参考文献1第十一章第三节章节内容可知，为避免误动作，剩余电流动作保护器的整定值I∆n应大于正常运行时线路和设备的泄露电流总和的2.5~4倍，即
I∆n≥（2.5~4）IL （4）
式中IL——正常情况下，线路和灯具可能产生的最大泄露电流。
根据《灯具一般安全要求与试验》（GB7000.1-2002）第10.3节要求，室外I类灯具最大泄露电流约1mA/套。参考文献1表11-43列出了线路每千米泄露电流。当室外照明为单相配线时，其灯具总泄露电流为各灯具设备泄露电流之和。
根据式（4）及参考文献1表11-43，将不同截面，不同长度的聚乙烯和聚氯乙烯室外线路总泄露电流计算如下：
注：表中室外灯具泄露电流按1mA/套估算；
表中灯具间距按30米计算
由上表可看出，对于一般户外照明回路，为防止正常运行时误动作，其剩余电流动作保护器动作电流I∆n不宜只取30mA，而应根据线路材料、长度、所带灯具数量等的不同，取值30mA、100mA、300mA等。且户外照明线路宜采用聚乙烯绝缘电缆（YJV型）而不宜采用聚氯乙烯绝缘电线（如BV型，VV型），否则其剩余电流动作保护的I∆n应整定得更高。
户外照明其他需要注意的问题
户外照明装置长期处于室外环境，灯具需要采用防护等级和长期防护性能较高的产品。一般情况防护等级不小于IP65，灯具接封处必须采用经久耐用的高性能硅胶密封，保证在灯具的使用寿命内，灯具始终有良好的防水性能，避免因进水造成漏电保护开关误动作。
4 结论
结合户外照明的特点，配电系统应选用TT方式，比TN-S方式更能满足接地故障保护要求，更能保证用电安全。TT方式应采用剩余电流保护（RCD），其动作电流I∆n值不宜只选取30mA，这样容易导致正常运行时误动作，应根据线路材料、长度、所带灯具数量等的不同选择不同的I∆n值。
参考文献：
【1】工业与民用配电设计手册（第三版）.中国电力出版社。2006年
【2】民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008）. 2008.8.1实施
【3】低压配电设计规范（GB50054-2011）.2012.6.1实施
【4】低压电气装置的设计安装和检验 .王厚余. 中国电力出版社.2003年
论文作者:任艳楠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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