化工企業(yè)戶外照明系統(tǒng)接地型式及保護(hù)探討

盛 江 司江濤

（1.浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司 浙江 杭州 311600）

0 引言

在戶外照明系統(tǒng)接地型式設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)TN及TT系統(tǒng)的討論，到底采用何種型式的接地更為安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，TN-S系統(tǒng)是我們一般常用的戶外路燈接地系統(tǒng)，而現(xiàn)有許多規(guī)范手冊(cè)都推薦戶外照明采用局部TT制，但筆者以為在有易燃易爆的化工廠采用TN-S系統(tǒng)更為安全可靠，并有效利用TN-S中的PE線作為全廠接地干線，不僅有效節(jié)省了投資，而且提高了整個(gè)廠區(qū)接地的可靠性。

1 兩種接地型式的區(qū)分

按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，低壓配電系統(tǒng)的接地型式主要分為三類：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)及IT系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又分為TNS、TN-C-S、TN-C系統(tǒng)，而戶外照明一般采用TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。

1.1 TN-S系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)的中性線（N）與保護(hù)線（PE）是嚴(yán)格分開(kāi)的，但是在電源發(fā)生器是連接的，并且接地，故障電流通過(guò)PE線來(lái)傳導(dǎo)，系統(tǒng)造價(jià)略貴。當(dāng)該系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，其阻抗較小，因此故障電流較大，一般為百安級(jí)，可利用過(guò)電流保護(hù)兼做接地保護(hù)，其動(dòng)作條件為：ZS×Ia≤U0，式中U0為相對(duì)地標(biāo)稱電壓220V，ZS為接地故障回路阻抗，它由線路、變壓器阻抗等組成，Ia為保證保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障線路的動(dòng)作電流。

1.2 TT系統(tǒng)

電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)。由于TT接地系統(tǒng)接地體相互獨(dú)立，發(fā)生接地故障時(shí)接地故障電流較小，采用斷路器的過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)往往不能滿足要求，因此TT系統(tǒng)一般應(yīng)設(shè)置漏電保護(hù)。TT系統(tǒng)配電線路接地故障保護(hù)動(dòng)作特性應(yīng)符合：RA×Ia≤50V，式中RA為用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電的部分的接地電阻，Ia為保證保護(hù)電器切斷故障線路的動(dòng)作電流。

2 化工企業(yè)戶外照明系統(tǒng)接地型式的選擇

化工企業(yè)一般為易燃易爆場(chǎng)所，并且可能有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)整個(gè)廠區(qū)接地要求可靠性較高，一般將整個(gè)廠區(qū)的接地系統(tǒng)連成一體。所以對(duì)于戶外照明接地應(yīng)選擇更為安全、可靠并且經(jīng)濟(jì)的接地型式。

例如：某化工企業(yè)占地面積為1000畝，由于整個(gè)廠區(qū)面積較大，路燈系統(tǒng)根據(jù)變電所分區(qū)分為南北兩區(qū)控制，路燈控制器均安裝在變電所內(nèi)，采用光控和時(shí)控相結(jié)合的控制方式，并分相設(shè)置半夜燈。其中北區(qū)最遠(yuǎn)端路燈距配電箱為700m，該路燈回路上共有路燈30盞（三相平均分配，每相10盞，光源采用低壓鈉燈），每盞路燈功率為250W，總?cè)萘繛?.5kW，單燈均加補(bǔ)償，功率因數(shù)為0.85，計(jì)算電流為13.4A，選擇采用開(kāi)關(guān)額定電流為20A，其瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器整定值按7倍額定電流整定，可靠系數(shù)Krel=1.3，即接地故障電流應(yīng)Id≥20×7×1.3=182A采用動(dòng)作，電纜采用YJV22-0.6/1kV-4×16，查手冊(cè)，其阻抗R=1.359Ω/km，感抗較小忽略，變電所利用基礎(chǔ)接地，接地電阻為1Ω，系統(tǒng)短路容量按無(wú)窮大考慮。

采用TT系統(tǒng)，該地區(qū)土壤電阻率為100Ω·m，每盞路燈附近垂直打入1根L50×5的鍍鋅角鋼（頂部距地0.8m），查手冊(cè)可知，其接地電阻為32.4Ω，線路電阻RL1=1.359×0.6=0.815Ω，當(dāng)該路燈系統(tǒng)最遠(yuǎn)端發(fā)生單相接地時(shí)，R∑=32.4+1+0.815=34.2Ω，單相接地故障電流為6.4A，故障點(diǎn)路燈金屬外殼對(duì)地電壓為207.4V，空氣開(kāi)關(guān)瞬時(shí)及長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流保護(hù)均不能滿足要求，應(yīng)設(shè)置剩余電流保護(hù)器。

采用TN-S系統(tǒng)，并沿路燈電纜敷設(shè)1根40×4鍍鋅扁鋼，該扁鋼由變電所引出，將各個(gè)單體接地系統(tǒng)連接，整個(gè)廠區(qū)接地系統(tǒng)連成一體，各個(gè)單體接地均利用基礎(chǔ)接地，接地電阻為0.4～0.8Ω，均按0.6Ω計(jì)算，當(dāng)該路燈系統(tǒng)最遠(yuǎn)端發(fā)生單相接地時(shí)，40×4鍍鋅扁鋼電阻RL2=8.5×0.6=5.1Ω，線路電阻RL1=1.359×0.6=0.815Ω，R∑=0.815+5.1×（1+0.6）/（5.1+1+0.6）=2Ω，單相接地故障電流Id=110A≤182A，瞬時(shí)脫扣器無(wú)法動(dòng)作，單相接地故障電流倍數(shù)KZ1=110/20=5.5，根據(jù)空氣開(kāi)關(guān)的脫扣曲線，其脫扣時(shí)間小于5s，滿足要求，可利用過(guò)電流保護(hù)兼做接地故障保護(hù)，故障點(diǎn)路燈金屬外殼對(duì)地電壓為48.9V。

但是路燈位于室外，容易受潮，可能存在非金屬故障接地，單相接地故障經(jīng)常以電弧形式出現(xiàn)，接地故障電流往往不大，因此過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)時(shí)，難以保證用電安全的要求，為保證安全還需增設(shè)剩余電流保護(hù)器。

3 剩余電流保護(hù)器的選擇

戶外照明多為氣體放電燈，單燈裝有電容補(bǔ)償，其泄露電流較大，一般可按2mA/盞考慮，直埋敷設(shè)電纜按25mA/km計(jì)算，且本設(shè)計(jì)室外路燈采用三相供電，三相供電可減少線路泄露電流，這是由于三相供電時(shí)，各相的電容泄漏電流相差120°可以互相抵消，從而減少線路的泄漏電流值，所以最大單相可能泄漏電流Ile=2×10+25×0.6=35mA，剩余電流保護(hù)器動(dòng)作電流I△n≥2.5×35=87.5mA，取100mA。當(dāng)采用TT系統(tǒng)時(shí)，RA×Ia=0.1×32.4=3.24V≤50V，滿足要求。而采用TN-S系統(tǒng)其接地電阻更低，100mA動(dòng)作電流完全可滿足要求。

4 結(jié)論

化工企業(yè)低壓配電系統(tǒng)的接地型式一般采用TN-S系統(tǒng)，當(dāng)路燈系統(tǒng)采用局部TT系統(tǒng)時(shí)，其接地應(yīng)與車間接地、室外管架、室外管道及室外接地干線分開(kāi)，而化工企業(yè)一般外部這些管道、管架及接地線較多，保持一定安全間距的較為困難，在實(shí)際施工中往往把TT系統(tǒng)連成了TN-S系統(tǒng)，反而帶來(lái)安全隱患。

TT系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是故障電壓不會(huì)傳遞至故障點(diǎn)外的其他戶外照明裝置，將間接接觸電擊的事故限制在最小的范圍內(nèi)，提高了戶外照明裝置的用電安全性，且節(jié)約接地投資，但這種優(yōu)勢(shì)在化工企業(yè)中并不是很明顯，因?yàn)檎麄€(gè)廠區(qū)接地系統(tǒng)連成一體，接地電阻較低，即使發(fā)生接地故障，該點(diǎn)的故障電壓也可限制在一個(gè)比較安全的范圍內(nèi)，另外有效利用路燈系統(tǒng)的接地干線，將全廠接地系統(tǒng)連成一體，不僅使廠區(qū)接地更為安全可靠，也為以后檢修、維護(hù)帶來(lái)了方便。

因此，筆者認(rèn)為化工企業(yè)的戶外照明裝置宜采用TN-S系統(tǒng)，并利用空氣開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)作為主保護(hù)，漏電保護(hù)作為后備保護(hù)的方式，提高了用電的安全性與可靠性。

［1］北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2007：495-515.

［2］任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005：871-915.

［3］GB50054-95.低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］余悅蘭.談戶外照明裝置的接地故障保護(hù)［J］.建筑電氣，2003（5）：11-16.