化工企业户外照明系统接地型式及保护探讨

盛 江 司江涛

（1.浙江省天正设计工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江新安化工集团股份有限公司 浙江 杭州 311600）

0 引言

在户外照明系统接地型式设计中，我们经常会遇到对TN及TT系统的讨论，到底采用何种型式的接地更为安全、可靠、经济，TN-S系统是我们一般常用的户外路灯接地系统，而现有许多规范手册都推荐户外照明采用局部TT制，但笔者以为在有易燃易爆的化工厂采用TN-S系统更为安全可靠，并有效利用TN-S中的PE线作为全厂接地干线，不仅有效节省了投资，而且提高了整个厂区接地的可靠性。

1 两种接地型式的区分

按照国际电工委员会（IEC）和我国现行的相关标准，低压配电系统的接地型式主要分为三类：TN系统、TT系统及IT系统，其中TN系统又分为TNS、TN-C-S、TN-C系统，而户外照明一般采用TN-S系统或TT系统。

1.1 TN-S系统

整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是严格分开的，但是在电源发生器是连接的，并且接地，故障电流通过PE线来传导，系统造价略贵。当该系统发生接地故障时，其阻抗较小，因此故障电流较大，一般为百安级，可利用过电流保护兼做接地保护，其动作条件为：ZS×Ia≤U0，式中U0为相对地标称电压220V，ZS为接地故障回路阻抗，它由线路、变压器阻抗等组成，Ia为保证保护电器在规定的时间内自动切断故障线路的动作电流。

1.2 TT系统

电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。由于TT接地系统接地体相互独立，发生接地故障时接地故障电流较小，采用断路器的过电流保护兼作接地故障保护往往不能满足要求，因此TT系统一般应设置漏电保护。TT系统配电线路接地故障保护动作特性应符合：RA×Ia≤50V，式中RA为用电设备的外露可导电的部分的接地电阻，Ia为保证保护电器切断故障线路的动作电流。

2 化工企业户外照明系统接地型式的选择

化工企业一般为易燃易爆场所，并且可能有较强的腐蚀性，对整个厂区接地要求可靠性较高，一般将整个厂区的接地系统连成一体。所以对于户外照明接地应选择更为安全、可靠并且经济的接地型式。

例如：某化工企业占地面积为1000亩，由于整个厂区面积较大，路灯系统根据变电所分区分为南北两区控制，路灯控制器均安装在变电所内，采用光控和时控相结合的控制方式，并分相设置半夜灯。其中北区最远端路灯距配电箱为700m，该路灯回路上共有路灯30盏（三相平均分配，每相10盏，光源采用低压钠灯），每盏路灯功率为250W，总容量为7.5kW，单灯均加补偿，功率因数为0.85，计算电流为13.4A，选择采用开关额定电流为20A，其瞬时过电流脱扣器整定值按7倍额定电流整定，可靠系数Krel=1.3，即接地故障电流应Id≥20×7×1.3=182A采用动作，电缆采用YJV22-0.6/1kV-4×16，查手册，其阻抗R=1.359Ω/km，感抗较小忽略，变电所利用基础接地，接地电阻为1Ω，系统短路容量按无穷大考虑。

采用TT系统，该地区土壤电阻率为100Ω·m，每盏路灯附近垂直打入1根L50×5的镀锌角钢（顶部距地0.8m），查手册可知，其接地电阻为32.4Ω，线路电阻RL1=1.359×0.6=0.815Ω，当该路灯系统最远端发生单相接地时，R∑=32.4+1+0.815=34.2Ω，单相接地故障电流为6.4A，故障点路灯金属外壳对地电压为207.4V，空气开关瞬时及长延时过电流保护均不能满足要求，应设置剩余电流保护器。

采用TN-S系统，并沿路灯电缆敷设1根40×4镀锌扁钢，该扁钢由变电所引出，将各个单体接地系统连接，整个厂区接地系统连成一体，各个单体接地均利用基础接地，接地电阻为0.4～0.8Ω，均按0.6Ω计算，当该路灯系统最远端发生单相接地时，40×4镀锌扁钢电阻RL2=8.5×0.6=5.1Ω，线路电阻RL1=1.359×0.6=0.815Ω，R∑=0.815+5.1×（1+0.6）/（5.1+1+0.6）=2Ω，单相接地故障电流Id=110A≤182A，瞬时脱扣器无法动作，单相接地故障电流倍数KZ1=110/20=5.5，根据空气开关的脱扣曲线，其脱扣时间小于5s，满足要求，可利用过电流保护兼做接地故障保护，故障点路灯金属外壳对地电压为48.9V。

但是路灯位于室外，容易受潮，可能存在非金属故障接地，单相接地故障经常以电弧形式出现，接地故障电流往往不大，因此过电流保护兼作接地故障保护时，难以保证用电安全的要求，为保证安全还需增设剩余电流保护器。

3 剩余电流保护器的选择

户外照明多为气体放电灯，单灯装有电容补偿，其泄露电流较大，一般可按2mA/盏考虑，直埋敷设电缆按25mA/km计算，且本设计室外路灯采用三相供电，三相供电可减少线路泄露电流，这是由于三相供电时，各相的电容泄漏电流相差120°可以互相抵消，从而减少线路的泄漏电流值，所以最大单相可能泄漏电流Ile=2×10+25×0.6=35mA，剩余电流保护器动作电流I△n≥2.5×35=87.5mA，取100mA。当采用TT系统时，RA×Ia=0.1×32.4=3.24V≤50V，满足要求。而采用TN-S系统其接地电阻更低，100mA动作电流完全可满足要求。

4 结论

化工企业低压配电系统的接地型式一般采用TN-S系统，当路灯系统采用局部TT系统时，其接地应与车间接地、室外管架、室外管道及室外接地干线分开，而化工企业一般外部这些管道、管架及接地线较多，保持一定安全间距的较为困难，在实际施工中往往把TT系统连成了TN-S系统，反而带来安全隐患。

TT系统的优势是故障电压不会传递至故障点外的其他户外照明装置，将间接接触电击的事故限制在最小的范围内，提高了户外照明装置的用电安全性，且节约接地投资，但这种优势在化工企业中并不是很明显，因为整个厂区接地系统连成一体，接地电阻较低，即使发生接地故障，该点的故障电压也可限制在一个比较安全的范围内，另外有效利用路灯系统的接地干线，将全厂接地系统连成一体，不仅使厂区接地更为安全可靠，也为以后检修、维护带来了方便。

因此，笔者认为化工企业的户外照明装置宜采用TN-S系统，并利用空气开关过电流保护作为主保护，漏电保护作为后备保护的方式，提高了用电的安全性与可靠性。

［1］北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册［M］.2版.北京：中国电力出版社，2007：495-515.

［2］任元会.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京：中国电力出版社，2005：871-915.

［3］GB50054-95.低压配电设计规范［S］.

［4］余悦兰.谈户外照明装置的接地故障保护［J］.建筑电气，2003（5）：11-16.