以TN-C-S系统为例,当变压器至景观配电箱之间的相线发生接地故障时,故障电流Id会流经接地电阻RE和RB返回变压器中性点,导致PEN线上的电位显著升高。假设RB=4Ω,Id=25A,则PEN线上的故障电压Uf=25×4=100V。
由于TN-C-S系统会从景观配电箱引出PE线敷设至末端灯具外壳,这条PE线恰恰成为故障危险电位的"传导通道"——100V的故障电压会沿着PEN线和PE线一路传递到末端灯具外壳上。在室外这种没有等电位联结的场所,人体一旦触及带电外壳,就极易发生触电事故。
更关键的是,虽然景观灯具的配电回路通常装设有RCD(剩余电流保护器),但上述故障场景中,故障电流是沿着PE线返回的,并没有产生足以使RCD动作的剩余电流,因此RCD对此类故障完全无法起到保护作用。TN-S系统的故障机理与此相同,同样存在这一隐患。
如果改用局部TT系统,情况就截然不同了。当变压器至景观配电箱的相线发生接地故障时,PEN线上的电位虽然同样会升高,但由于TT系统下景观配电箱不再引出PE线,也就切断了故障危险电位向末端灯具外壳传递的路径。末端灯具外壳与电源侧的故障点之间没有导体连接,因此不存在触电风险。
当采用TT系统时,如果末端灯具自身出现碰壳故障,由于灯具外壳是就地接地而非与PE线连接,故障电流Id只能通过灯具接地电阻RA、大地和电源侧接地电阻RP构成回路返回。这条路径的阻抗较大,使得故障电流较小,通常不足以使保护断路器脱扣。因此,TT系统要求在灯具供电回路中装设RCD,由RCD来检测并切断这类小电流接地故障,从而实现有效保护。
目前不少设计人员不愿采用TT系统,主要原因是觉得末端灯具就地接地施工麻烦,且担心接地电阻难以达标。但实际上,TT系统对接地电阻的要求远没有想象中那么苛刻。
我们可以做一个简单的推算:为保证灯具外壳的预期接触电压不超过50V,需要满足RA≤50/Ia(Ia为保护装置在规定时间内可靠动作的电流)。当采用漏电保护时,Ia即为RCD的额定动作电流。
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若采用30mA漏电保护:RA≤50/0.03≈1666Ω -
若采用100mA漏电保护:RA≤50/0.1=500Ω
由此可见,接地电阻的要求非常宽松。对于庭院灯、路灯等有自身基础的灯具,其基础钢筋网本身就能作为接地极,通常轻松满足≤500Ω的要求,只需将灯具外壳通过预埋钢板与基础钢筋网焊接即可,施工十分简便。对于草坪灯、射灯等小型灯具,若逐一单独接地确有困难,也可以适当分片区将灯具外壳集中接地,同样易于实施。
室外景观配电场所缺乏等电位联结,TN-C-S和TN-S系统中的PE线反而会成为故障危险电位的传导通道,将远端故障电压引至人体可触及的灯具外壳,且RCD对此类故障无能为力。而TT系统或局部TT系统通过取消PE线的远距离敷设,从根本上切断了危险电位的传递路径,配合RCD即可实现可靠的间接接触防护。因此,从安全角度出发,室外景观照明配电应优先采用TT或局部TT系统。