浅析TN-S和TT接地系统在照明设计中的应用

张 莹

（中国昆仑工程公司 北京 100037）

相对于一般室内照明设计，道路照明配电系统具有一定的特殊性。《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006第6.1.9条规定：道路照明配电系统的接地型式宜采用TN-S系统或者TT系统，金属灯杆及构件、灯具外壳、配电及控制箱屏等的外露可导电部分，应进行保护接地，并应符合国家现行相关标准的要求。TN-S系统是指：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点，并且整个系统的N线和PE线是分开的。TT系统是指：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。由于不同接地系统具有不同特性，故接地故障电流和预期接触电压会有所差异，对人身安全造成的影响亦将不同，因此在具体设计应用中选择何种接地系统尤为重要。

本文比较了TN-S接地系统和接地系统的不同，并结合工作中的工程实例，分析了两种接地系统在道路照明系统中的应用。

1 浙江某工程厂区道路照明工程应用

1.1 工程介绍

浙江某工程厂区，需在值班室处设置一道路照明配电箱，其中一条出线回路长700m，采用三相线路供电，控制20个250W高压钠灯，使用额定电流为25A的断路器作为保护电器，线路采用铜芯的电缆，敷设方式为直埋。

1.2 接地系统分析

1.2.1 采用接地系统

此回路的额定电流为：

依据《建筑电气常用数据》04DX101-1可得三相380V电缆电压损失为：

《城市道路照明设计标准》第条规定：正常运行情况下，照明灯具端电压应维持在额定电压的，所以此线路末端的电压损失满足规范要求。

当线路末端发生单相接地故障，接地故障电流可表示为：

其中Rph为相线电阻，Rph为PE线电阻。

根据《建筑电气常用数据》04DX101-1，10mm2电缆的电阻值为2.175Ω/km，由于PE线和相线具有相同的截面积，故

此时保护电器选用具有特性，额定电流为25A的断路器（C特性表示对感性负荷和高感照明系统提供的保护），由于瞬时脱扣器整定倍数一般为5~10倍，因此此特性断路器的瞬时动作电流范围为125A~250A。《低压配电设计规范》GB50054-2011第6.2.4条规定：当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整点电流的倍，故

显然，当本回路发生末端单相接地故障时，作为保护电器的断路器不能动作，因此不能切断故障回路。

如将5×10电缆换为5×16电缆，产生上述同样末端单相接地故障电流，根据《建筑电气常用数据》04DX101-1，16mm2电缆的电阻值为1.359Ω/km，因此接地故障电流为：

显而易见，断路器仍不能动作，无法切断故障回路。假如继续增大电缆截面来减小PE线电阻，增大单相接地故障电流，这样不仅增加了工程的投资，而且对资源紧缺的有色金属也是一种浪费，因此本方法欠佳。

当线路末端发生单相接地故障时，预期接触电压为：

因此当发生短路时，人若碰到灯的外壳便有发生触电的危险（50V及以下的特低电压，不会造成人体接触伤害）。

此时可以通过使用带有剩余电流保护器(RCD)的断路器来满足快速切断电源的要求。额定动作电流不超过30mA的高灵敏度RCD，一般用于直接接触电击防护的后备防护。在道路照明的长距离线路中，需要考虑线路的正常泄露电流。经查线路泄露电流表可知，绝缘材质为聚氯乙烯，截面积为10mm2的电缆，其泄露电流为56mA/km，因此本例700m线路的泄露电流为56×0.7=39.2mA。《工业与民用配电设计手册》（第三版）中规定：断路器剩余电流保护整定值应大于正常运行时线路和设备的泄露电流总和2.5~4的倍，故本配电回路RCD的动作电流不应小于39.2×(2.5~4)=98mA~156.8mA。若将RCD的动作电流整定为300mA，既可在线路正常运行时躲过泄露电流防止误跳闸，又可保证在发生单相接地故障时可靠动作。

由此可见，本实例若采用TN-S接地系统，当发生末端单相接地故障时，预期接触电压大于安全电压，且断路器不能切断故障回路，存在发生触电事故的安全隐患。如使用带有剩余电流保护器的断路器，并将剩余电流保护器的动作电流值整定到合适的数值，既可满足及时切断故障回路的要求，又可保证人身安全。

1.2.2 采用接地系统

电压损失校验同接地系统计算过程，此处不再赘述。

当在线路末端发生单相接地故障时，接地故障电流可表示为

其中Rph为相线电阻，RA为电源侧的接地电阻，RB为电气装置外露导电部分接地极和PE线电阻之和。

《城市道路照明工程施工及验收规程》CJJ89-2012第7.2.8条规定：道路照明配电系统变压器中性点的接地电阻不应大于4Ω。RA设定为4Ω，由于TT系统要求电气装置的外露可导电部分直接接地，假定RB为10Ω，将数据带入公式得：

由于故障回路电阻较大，因此故障电流较小。可以看出同样条件下，TT系统发生单相接地故障时的故障电流要比TN-S系统的故障电流还要小，因此具有C特性，额定电流为25A的断路器仍不能立即动作切断故障回路。

TT接地系统发生末端单相接地故障时，预期的接触电压为：

此接触电压为不安全电压，人接触到外露导电部分便会发生电击事故。因此TT系统同样存在着危险隐患。

由于TT系统发生单相接地故障时故障电流较小，断路器的过电流保护达不到断开故障回路的要求，线路还将带故障继续运行，此时同样可以使用剩余电流保护器来实现快速切断电源的目的。通过计算可将RCD的动作电流整定为300mA，以保证接地系统的安全性和灵敏性。

2 结论

通过上述工程实例计算可以看出，在道路照明设计中采用TN-S接地系统存在以下问题：当发生单相接地故障时，故障点的预期接触电压比较大，高于50V的安全电压，易发生电击事故；故障电流较小，不足以达到断路器的瞬时动作值，若采用增大电缆截面积来提高故障电流，以提高断路器灵敏性的方法，既不经济，又不环保；由于在同一变压器供电范围的TN-S系统内PE线都是连通的，因此任一处发生接地故障，其故障电压可沿PE线传至其它处，从而导致故障范围的扩大。如若使用剩余电流保护器，通过计算将剩余电流保护器的动作电流整定到合适数值，当发生单相接地故障时，便可及时切断故障回路，保证人身安全。

道路照明设计采用TT接地系统具有以下优点：由于电气装置的外露可导电部分需直接接地，且此接地点在电气上独立于电源端的接地点，因此电源侧的PE线无需一直延伸到线路末端，线路可选用四芯电缆，省去了PE线的费用，节约了有色金属的投资，尤其当线路较长时，此优点更为明显；采用RCD后，使得保护更为可靠，线路更为安全，即使发生单相接地故障，故障电流很小，也能及时断开故障回路；鉴于外露可导电部分单独直接接地，与电源侧的PE线相互独立，可以消除或减少故障电压的蔓延。TT接地系统同样也存在着缺点：TT接地系统中电气装置的外露可导电部分需直接接地，因此在路灯附近必须打入接地极将路灯与接地网相连，这也将导致费用的增加。

3 结语

本文结合工程实例，比较了接地系统和接地系统的不同，分析了两种接地系统在道路照明系统中的应用，并计算了单相接地故障电流及预期接触电压。总结出在道路照明中接地系统和接地系统各自的优缺点，只要计算准确和整定合适，两种接地系统均可使用。接地系统在长距离线路中优势明显，但需在路灯附近打入接地极与接地网相连，因此还须考虑投资费用问题，以权衡选择何种接地系统最为经济合理。

[1]《城市道路照明设计标准》.

[2]《城市道路照明工程施工及验收规程》.

[3]《低压配电设计规范》.

[4]《供配电系统设计规范》.

[5]《民用建筑电气设计规范》.

[6]《工业与民用配电设计手册》（第三版），中国航空工业规划设计研究院组编，中国电力出版社出版.

[7]《建筑物电气装置600问》，中国航空工业规划设计研究院王厚余编著，中国电力出版社出版.