刘翠卓
(同方股份有限公司，北京 100083)
随着旅游行业的兴起，城市建设的脚步也随之加快，各大城市为了展示地方特色与历史人文景观，争相“亮”了起来。城市夜景照明的发展，也代表了一个时代的进步，以这种方式展现城市风貌的同时，也进一步促进了经济的发展，使人民生活幸福感得到提升。在城市夜景照明的设计实施过程中，除了要实现具有地域代表性的特色景观效果与人文效果，做到节能环保外，电气安全显得尤为重要，接地安全更是电气安全的一个重要组成部分。
本文主要就城市夜景照明多种接地方式中的TN-S与TT接地系统进行讨论研究。
所谓接地，即在系统、装置或设备的给定点与局部地之间做电连接。每个配电系统都需要考虑两个接地的设置问题，一个是电源端带电导体的一点接地，即系统接地；
另一个是电气装置的外露可导电部分的接地，即保护接地。根据两个接地的不同设置，低压系统接地的型式可分为TN(包括TN-C、TN-C-S、TN-S)、TT和IT等3种。其中：
第一个字母(代表电源端对地的关系)：
T——电源端直接接地；
I——电源端不接地或经高阻抗接地。
第二个字母(代表电气装置的外露可导电部分对地的关系)：T——电气装置的外露可导电部分直接接地，电气上独立于电源端的接地点；
N——电气装置的外露可导电部分与电源端接地有直接的电气连接。
N短横线后的字母(代表中性导体与保护接地导体的配置情况)：C——中性导体与保护接地导体是合一的；
S——中性导体和保护接地导体是分开的。
(1)关于城市夜景照明接地型式的相关规范规定。《城市夜景照明设计规范》(JGJ/T 163—2008)[1]第8.3.2条规定：安装于建筑本体的夜景照明系统应与该建筑配电系统的接地型式相一致。安装于室外的景观照明中距建筑外墙20 m以内的设施应与室内系统的接地型式相一致；
距建筑物外墙20 m以外的部分宜采用TT接地系统，将全部外露可导电部分连接后直接接地。
(2)关于景观照明设计接地的现状分析。通过学习分析以往见到的一些景观照明的电气设计图纸，不难发现，设备端的保护接地在接地型式以及接地电阻阻值的选取上，很少能引起广大设计师的注意，大部分图纸是直接套用其他项目的设计图纸，要么是接地型式的分类有问题，要么是接地电阻阻值的大小选取不合理，没有考虑每个项目的特殊性，不加以区分接地形式，统一要求设备处接地电阻值不大于4 Ω，有些设计图纸甚至要求接地电阻值不大于1 Ω。一方面，如此低的接地电阻，通在室外空旷的场所单独打人工接地极并不容易实现；
另一方面，对于TN或TT接地系统，虽然采取一些措施达到了4 Ω甚至1 Ω的接地电阻值，实际上完全没有必要，耗费了不必要的人力物力财力，造成了极大的资源浪费，起到的作用却是微乎其微的。下面就接地电阻阻值的选取进行一下简单的举例计算。
表1引自《工业与民用供配电设计手册》(第四版)[2]表14.6-10，计算前提为假设土壤电阻率为200 Ω·m(以黄土为例)。
①如采用垂直式接地极(长度为3 m：参考表1的注1)，则R=60 Ω，达到4 Ω需并联15根；
表1 均匀土壤中人工接地极接地电阻简易计算式
(2)如采用单根水平式接地极(单根长度为60 m：参考表1的注2)，则R=6 Ω，达到4 Ω需两根并联。
另外，根据在华北地区某项目施工现场的实际测量数据，垂直敷设3根长度2.5 m的热镀锌角钢，热镀锌角钢埋设间距5 m，热镀锌角钢之间用-40×4的热镀锌扁钢焊接，实际测出的接地电阻值接近20 Ω，与上述简易计算数据基本吻合。综上，通过人工接地达到4 Ω的接地电阻值，理论上是可以实现的，但是需要耗费额外的物力人力资源。
根据《低压电气装置 第4-41部分:安全防护 电击防护》(GB/T 15895.21—2020)[3]411.5.3 2)条：
RA×I△n≤50 V
(1)
式中：RA——接地极和外露可导电部分的保护导体的电阻之和，单位为欧姆(Ω)；
I△n——RCD的额定剩余动作电流，单位为毫安(mA)。
注：满足规定的切断电源时间要求的预期剩余故障电流，显著大于RCD的额定剩余动作电流(通常为5I△n)。
图1 TT系统单相接地故障示意图Fig.1 Schematic diagram of TT system single phase grounding fault
注：预期接触电压50 V为假设的保证人体安全的最低条件，潮湿场所此值取为25 V，I△n为保障回路在规定时间内的可靠动作的最小电流，只要满足这两个假设的最小条件，即可保证回路发生接地故障时能够可靠动作。
计算示例：
依照规范的规定，对于回路安装的RCD额定剩余动作电流要求为30 mA的室外景观照明回路，RA≤25/(5×0.03)=166.7 Ω(考虑室外潮湿情况，此处安全电压限制取25 V)。
(1)某室外景观夜景照明工程举例。
项目概况：本项目位于华北平原地区，某景观廊道工程，廊道东西向长约4.2 km，景观照明部分共设置了20台配电箱，在南北两岸廊道分散设置，按每侧10台配电箱均匀布置计算，平均每台配电箱最远供电距离约210 m，配电箱进线电源就近取自附近对应的预装式变电站。
以下内容为摘自图纸说明部分的一段原话：室外照明采用TN-S接地系统，在配电箱处做接地，以φ40热镀锌钢管作为垂直接地极，间隔5 m，打3根，以-40×4热镀锌扁钢作为水平接地线，接地电阻不大于4 Ω；
若现场条件不满足要求，根据现场实际情况自行调整，调整接地极或利用结构接地连接，以满足接地电阻要求。另附其中一台配电箱系统图，如图2所示。
图2 配电箱系统图Fig.2 Distribution box system diagram
针对此配电箱的其他问题此处不做讨论，以下就本项目的接地系统选取及接地电阻取值的做法发表一些个人看法。
①如果顺着此设计思路，本项目采用TN-S接地系统，依前文所述，这是一种电源端直接接地、电气装置的外露可导电部分与电源端接地有直接的电气连接、中性导体和保护接地导体是分开的接地系统。关于TN-S接地系统间接接触防护的自动切断电源防护措施的规定如下：
根据《低压电气装置 第4-41部分:安全防护 电击防护》(GB/T 15895.21—2020)[3]411.4.4条规定：
ZS×Ia≤U0
(2)
式中：ZS——故障回路的阻抗，单位为欧姆(Ω)，它包括下列部分的阻抗：
Ia——在规定的时间内能使切断电器自动动作的电流，单位为安培(A)。采用剩余电流保护器时，其动作电流是在规定的时间内切断电源的剩余动作电流。
U0——交流或直流线对地的标称电压，单位为伏特(V)。
经过对以上公式的观察分析，该公式中并没有出现接地电阻的符号RA，如果采用TN-S接地系统，当发生接地故障时，故障电流是沿着PE线返回电源的。电源回路的切断与用电设备处接地电阻值的阻值大小是没有直接关系的，因此说明中规定接地电阻值不大于4 Ω的说法是不妥的。此时配电箱处的接地的设置，是为了在低压电源进线处将电源端的系统接地做一次重复接地，以降低PE线对地的电位，使PE线对地的电位更接近地电位，因此，只要能够保证PE线能与地可靠的电气连接即可，并不需要对接地电阻做出不大于4 Ω的规定。
②本项目采用TN-S接地系统是存在缺点的。首先，由于多了一条保护线，会造成项目成本的增加以及资源的浪费，是有悖于国家提倡的节能环保号召的；
其次，采用TN-S接地系统，由于多了一条自电源端引来的PE线，采用同一变压器供电的PE线都是互相连通的，任何一处发生接地故障时，其故障电压都有可能沿着PE线传导到其他的地方，而室外不具备等电位联结的条件，不能消除沿PE线从其他地方传导来的故障电压，而此时配电回路内是不存在故障电流的，剩余电流动作保护电器对此也束手无策，从而有可能导致电击事故的发生。
③针对本项目，笔者认为最合适的做法是采用TT接地系统，在配电箱处单独做接地装置，此接地装置应独立于电源端的接地。从室外预装式变电站到景观照明配电箱的电源进线采用三相四芯电缆(三芯相线+一芯中性线)，自景观照明配电箱采用单相三芯电缆(线)(假设灯具回路采用单相～220 V供电)给灯具供电，供电半径210 m，电缆截面积为4 mm2，以下将对此做法进行计算分析(图3)。
图3 TT系统室外景观照明单相接地故障示意图Fig.3 Distribution box system diagram Schematic diagram of single-phase grounding fault of TT system outdoor landscape lighting
如图3所示，末端灯具(设备)处发生单相接地故障时，人体的预期接触电压为从景观照明配电箱到末端灯具的一段PE线与景观照明配电箱处接地极RA上的电压降之和，因此只要满足(RA+RPE)×I△n≤25 V即可。
RPE的近似计算：
根据《建筑电气常用数据》(19DX101-1)[4]表3.24，截面积为4 mm2的单相交流220 V聚氯乙烯绝缘铜芯电线的电阻为5.172 Ω/km，则RPE≈1.1 Ω；
RA的计算：
根据式(1)，RA+RPE≤166.7 Ω，RA≤165.6 Ω。这个接地电阻值在本项目的室外情况下，相对来说是比较容易实现的。
(2)关于本项目的总结思考。
经过对以上所举例项目的一系列分析，笔者认为最合理的做法是采用TT接地系统，既大大节省了电线电缆的成本，又显著提高了电气的安全性，针对此项目来说，应该是最优选择。
本项目建设地点在华北平原地区某公园，土壤条件比较好，电阻率相对比较低，比较容易就能实现TT系统所要求的接地电阻值；
如果前提条件换了，项目在别的地方(比如山区)，土壤电阻率比较高，而且因现场条件限制，不能通过换土、加对土壤无污染的降阻剂等方法来降低土壤的电阻率，这种情况下，可能TT系统在本项目中就不一定是最优的接地系统，而需要采取其他接地的接地方式(比如TN系统)，或者加隔离变压器等，本文在此不作深入展开。
上文中提到的JGJ/T 163—2008[1]第8.3.2条规定，关于“将全部外露可导电部分连接后直接接地”这点，相关规范、图集并没有给出具体的做法，《建筑物电气装置600问》[5]第8.9条给出的建议是要求TT系统内同一RCD所保护的设备应共用接地，这不失为一种好的做法。但是对于室外园林景观照明来说，一般供电回路较多，供电线路较长，灯具数量种类繁多，如果每个回路都做单独接地，工程量将十分复杂，不妨将《建筑物电气装置600问》[5]第8.9条的建议引申一下，即：在配电箱处单独做接地极，此接地极独立于电源端的接地，从室外预装式变电站到景观照明配电箱的电源进线采用四芯电缆(三芯相线+一芯中性线)，自景观照明配电箱采用单相三芯电缆(一芯相线、一芯中性线、一芯PE线)或者三相五芯电缆(三芯相线、一芯中性线、一芯PE线)，这样，同一配电箱供电的任一回路发生接地故障时，回路首端设置的剩余电流动作保护电器(需根据不同位置考虑动作时限)都能及时切断电源，防止在其它回路内沿PE线传导故障电压。
综上所述，针对不同地区、不同前提条件的项目，我们还要做到具体问题具体分析，结合项目现场的实际情况(比如现场的土壤电阻率情况、变压器高压侧接地方式等)，本着以人为本的原则，首先考虑电气的安全性，在此原则的基础上，做到节约成本、节能环保，实现效果的最优化、效益的最大化。
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