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特殊场所安全用电系列之户外照明
作者: 发布日期:2018-09-03
        户外照明装置包括路灯、庭院灯、公交站牌、广告灯箱等等,由于装置在户外经常处于风吹雨淋日晒的恶劣环境中,埋地电缆易受车压、水浸,施工损伤等伤害,而且暴露在公众前,行人触电事故时有发生。因此,这类装置属于触电危险较大的特殊装置,在用电安全上有特殊要求。

          户外装置的特点是难以实现等电位联结,比起户内装置,漏电导致的电击伤害危险性更大。设计规范推荐的接地型式是TN或TT系统,IEC推荐采用TT系统。现状比较混乱,采用TN-C,TN-S,TT的都有,甚至没做接地的也有,最关键的是大部分没有安装RCD(漏电保护开关)。因为户外照明装置产权人多和散,专业管理难以覆盖。这里从技术上探讨如何提高安全性,供同行参考。

一、为什么没有安装RCD?有何危害?

       有些设计人员认为采用了TN系统,就无需RCD。通常情况下也没错,这是因为TN系统设备金属外壳接PE或PEN线,与电源构成良好通路,一旦出现相线漏电触碰外壳,接地短路电流较大,电源的开关能够动作,这是TN系统的优点。但在户外照明场合这条规定就不适用。例如,路灯的供电距离长达1公里并不少见,这些线路埋在步道下,地下管线复杂,还有树根野蛮生长,增加地下电缆受到损伤的可能性。假如一路单相电缆供5盏400W的路灯,电缆绝缘损伤,对地漏电,由I*R=U可知,该泄漏电流的大小取决于漏电点的接地电阻与电源点的接地电阻之和,假设电源电的接地电阻为4Ω,漏电电的电阻为30Ω,路灯电缆电阻忽略不计,电压为220V,则漏电电流为6.4A,通常每个回路的空开配置达到10-20A,达不到空开的额定电流,开关不会动作,漏电没有消除,如果下雨,在漏电点附近就可能出现触电危险。

         即使设计施工配了RCD,往往在验收后也被拆除。这是因为设计仍采用了防止人身触电RCD的动作电流取值为30mA,但在户外长距离线路上泄漏电流往往超过这个值,因此,送电后经常无故出现跳闸,增加了运维人员检查的压力,为了省事常常拆除RCD。也埋下了安全隐患。


二、应该采用什么接地型式
      TN-S系统能够增大漏电回路的电流,断路器(熔断器)容易整定。但TN-S系统的PE线所有设备共用,如果某处出现接地故障,故障电流可能随着PE(N)线传导,导致其他设备外壳也可能带电。如果在户内,由于有等电位联结的作用,能够避免触电危险,但户外设备无法实现等电位联结,如果线路的PE(N)断线,接地系统变成了TT系统,出现漏电开关无法正确动作,这个隐患仍需要在电源配电箱加装RCD来限制。

      TN-C系统的中性线和保护线合并为PEN,电源中性点接地外,要求线路的PEN线重复接地,设备外壳接零(PEN),由于多处接地,三相不平衡电流通过多处通道返回,造成RCD误动,无法实现保护。因此,国标《城市道路照明设计标准》和《工业与民用配电设计手册》都不允许采用TN-C系统。

      TT系统要求电源的中性点直接接地,设备外壳独立接地,不接中性线,中性线必须绝缘且不能接地,从而避免了中性线传导故障电流到设备外壳上。由于设备的接地与电源的接地仅通过大地构成回路,接地电流大小取决于RA和RB值,为了满足开关动作定值,需要接地电阻很小,受场地和土壤限制难以实现。因此,TT系统要求配RCD,提高漏电保护灵敏度。IEC推荐采用TT系统加RCD配合,对户外装置来说是最优的解决措施。

 
三、漏电保护开关如何配置
       户外装置由于一些灯具防水性能差,造成泄漏电流较大,常规用于防护人身电击30mA的RCD下雨时经常出现误动。王厚余老师推荐了一种办法,在电源箱采用三相RCD,由于每相的泄漏电流相差不大,三相因相量相加,大部分互相抵消,从而降低了误动率。另外,灯具安装高度较高,可不考虑防直接接触电击,RCD定值采用100mA,满足户外潮湿的安全电压≤25V条件,其接地电阻满足RA≤250Ω即可,每根路灯无需专门打接地极,利用金属灯杆自然接地即可满足,这样设置,可满足下雨时100mA的RCD不会动作。线路或灯具发生接地故障时,因故障电流达到若干安培,RCD能够正确动作,切断电源。

 
四、不同运维界面的户外照明装置保护如何设置
       通常,除了部分路灯采用专用箱变,公交站牌、广告灯箱等小型的户外照明装置由公用电网低压供电。专用箱变相对简单,整个系统的接地型式应采用TT系统,RCD安装于低压总开关处,可对整个供电回路起到保护。电源取自公用电网的户外照明装置运维界面在表箱的电表后,无论电网采用TN或者TT接地型式,在电表后应采用局部TT接地型式(有些规范要求同一低压系统只能采用一种接地型式,这是错误的,可参考前面的文章),即表后只有相线和中性线线,中性线线不再接地,如果是单相用电,只需引出2芯电缆,户外照明设备金属外壳直接接地,不能接零。考虑到部分距离地面不高的落地式灯箱,需要防范直接接触电击,以及小型户外照明装置的数量不大,泄漏电流较小,表箱出线侧需安装30mA的RCD。


五、户外照明装置如何检查和改造
    强制采用TT接地型式并按以上要求安装RCD,工程投产后RCD如果动作,说明施工质量存在问题,需要全线检查,否则开关无法合上,RCD也起到了检验安装质量的把关作用。对于原有装置的检查,首先检查接地型式,如果是TN-C系统,需要把接零线拆除,照明装置单独接地,这样就变成了TT系统。如果是TN-S系统,可以保留,但应检查每根灯杆接地是否良好。其次要求在电源出线侧(或者表后)加装RCD。


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补充说明:

1、有人担心户外落地式电源箱(控制箱)下大雨时水浸是否漏电?将控制箱也作为户外照明装置一样对待即可,上级电源(例如箱变)配置大一级的RCD,例如500mA或1A。
有人想把这些户外装置都抬高,防止大雨时浸水,这是不现实的,路灯杆总不能悬空吧?埋地电缆改成架空吧?关键是靠RCD,只要出现小小的漏电,马上跳闸。

2、有些绝缘破损的电线水浸时为何会出现开关不动作,使得水中带电?我的分析是:一是变压器中性点的电阻偏大,二是线路上的开关额定电流过大,三是线路距离过长,线径小。这三个因素导致接地故障回路上的开关不动作,通常出现在低压线路末端,几个平方毫米的电线,即使接地电阻变小,但整个回路的电阻不小,加上滥用大开关,接地电流达不到开关的动作电流,从而出现水中带电。水中带电带来的危害是巨大的,在水中触电基本难以生还。对于电源箱(控制箱)来说,电源线路截面较大,回路电阻小,浸水时产生的短路电流巨大,上级开关往往能够可靠分断,这类设备的危险性反而小。

3、防止路灯触电这么多讲究,有没有更好的办法?有,直流路灯了解一下,原理是采用直流±供电,电压对地悬空,即使绝缘破损接地,因无法构成回路,木有危险。市面上已有产品,有兴趣的可以试试。

4、对于普通人,下大雨时不清楚这些户外装置有没有危险怎么办?除了远离它们,尽量不要趟水,我也想不出更好的办法(摊手)。