关于路灯接地和接零,CJJ45、CJJ89、GB/T40995的规定各有不同。那么,接地和接零到底哪个好?

唯美路灯


一、TT系统特点

TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地、并且两个接地相互独立的系统。通常将电源中性点的接地叫做工作接地,而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。保护接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置,也可以若干设备共用一个接地装置,如图1。

图1

大地被认为是零电位,当用电设备发生接地故障时,电流会经由电源引出导线、用电社会外壳、接地体、大地、电源中性点接地体回到电源,形成回路。忽略导线上的电阻,当人体触摸到用电设备外壳时,人体的触碰电压是用电设备接地体电阻和电源接地电阻的分压,若两者电阻都是4欧姆,则人体的触碰电压(分压)为110V(假设电源电压为220V)。当路灯采用自然接地体(即以路灯基础为接地体)时,接地电阻远远大于4欧姆(一般可达到100欧姆),相线碰壳时路灯杆的电压极大,极易发生触电,如图2。CJJ 89要求TT系统的路灯也要进行联网接地,目的是为了在开关动作前尽量降低设备对地电压(即人的触碰电压)(当然也可以增大电流,使得保护电器尽快动作,也可防止某些二次接地故障RCD拒动的情况,见王厚余:《TT系统接地和防电击简析》)。


图2

当TT系统发生相线碰壳时回路电流较小,过流保护电器往往不动作(见千素兰:《道路照明的接地故障保护和短路保护》)。因此,TT系统往往需要另一种保护形式,即通过检测剩余电流来保护回路。形象地理解,正常的回路电流从相线流出,又从零线回来,剩余电流可以理解为正常回路流出去而无法流回来的电流,比如从PE先流出去的电流和从接地体流出去的电流。剩余电流保护器检测非常灵敏(mA级别),可有效检测回路故障并及时切断回路,保护系统安全。剩余电流保护器(RCD)又叫漏电保护器,简称漏保。不安装RCD,TT系统达不到保护作用,TT系统必须与RCD配合使用。一旦RCD损坏,该处故障和触电风险可能长期存在不被发现。因此,RCD应采用可随时进行动作测试的电器。

实际应用时,灯具、电器、线缆都有泄露电流,气体放电灯的泄露电流可能更大(电容)。在雨季或潮湿天气时,灯具、电器、线缆使用时间较长、发生老化时,泄露电流都会显著放大。这些泄露电流都是漏电流,都会被RCD捕捉到。因此,RCD的设置值非常关键,而且在雨季或潮湿天气、老旧线路上使用时,可能会发生频繁动作。


二、TN-S系统特点

TN系统即电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统。TN系统主要是靠单相碰壳故障变成单相短路故障,并通过短路保护切断电源来实施电击防护。

TN-S系统中性线N与TT系统相同。与TT系统不同的是,用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点,与系统中性点共用接地体,而不是连接到自己专用的接地体,中性线(N线)和保护线(PE线)是分开的,如图3。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后,不能再有任何电气连接,这一条件一旦破坏,TN-S系统便不再成立(区别于TN-C系统和TN-C-S系统)。


图3

发生相线碰壳故障时,相线上的电流经由PE线直接回到电源,回路电阻仅为相线和PE线的线阻,因此短路电流一般较大,短路保护电器能够迅速响应并切断回路,能够很好地保护系统安全(但设计时须校验末端短路电流)。但是,TN-S系统的可靠性依赖PE线的完整性,一旦PE线断线,断线点后面的用电设备就被切断,后端系统会变成没有RCD保护的局部TT系统,安全性能急剧下降。并且,断线后的局部TT系统是经由PE线联网的,一旦发生相线碰壳,故障会传导到被PE线连接起来的所有设备,故障范围和触电风险被扩大了。

TN-S系统的另一个风险是,当发生非金属接地故障时,由于短路电流较小,保护电器可能不动作,故障及其带来的触电风险可能长期存在。因此,RCD在TN-S系统的使用仍有一定的必要性。

此外,TN-S系统仍应进行重复接地,降低系统接地电阻。当发生相线碰壳故障时,TN-S系统电流除了通过PE线返回电源外,仍有部分电流通过接地体从大地返回电源,灯杆的碰触电压可能仍会超过人体的安全电压,尤其是末端灯杆(此时PE线的作用类似TN-C系统的PEN线)。因此,TN-S的重复接地(目的是降低系统接地电阻)尤其是末端的重复接地仍然较为关键。


三、接地型式与路灯管理

TT系统独立接地,再加上独立RCD的保护,理论上是最安全的接地型式,但在城市照明中实际应用却不多。因为路灯往往安装于室外,由于日晒雨淋,绝缘水平、防护水平较低且始终处于下降状态,RCD可能会由于线路老化和潮湿天气频繁动作,造成道路照明暗区,引起交通事故风险,也大大增加了维护工作量。亮灯率考核、照明缺失引起的交通安全风险与用电安全风险(触电风险)之间的矛盾在TT系统这里得到了充分体现,使得其在城市道路照明领域推广应用受限。

而TN-S系统虽然安全性不如TT系统,但“容错率”相对较好,不会频繁误动,在城市照明中的应用更加广泛。这恐怕也是CJJ89中提出“道路照明配电系统宜选用TN-S接地制式”的原因。

但是,对于农村地区,由于路灯间距较大(可能达到50米以上),采用TN-S系统成本较高(需要单独的PE线)(此处的成本指的是每杆灯分摊的电缆成本),且由于农村人流车流较少,灭灯影响小,不需要严格对亮灯率进行考核,采用更为安全、成本更为低廉的TT系统可能是首选。

而不同的镇区在体量、功能上差异比较大,道路车流量的差异可能也比较大,因此,镇区的道路照明,或者不同的路段,可能并不能机械地照搬标准的规定,需要在TT和TN-S之间做一些权衡。

笔者认为,在城市区域,可以优先考虑TN-S系统,但应当弥补TN-S的不足,如在配电箱安装RCD、选择较大的动作电流进行保护(提供对非金属接地故障等不足以引起过流或短路保护电器动作的情况的及时动作保护),并应定期检测PE线是否断线。在农村地区,优先采用独立TT系统,应定期测试RCD的动作可靠性,并应加强维护人员的专业技能培训,保持适当的维护质量考核。

事实上,不同的接地型式各有利弊,并没有十全十美的接地型式。道路照明的安全性还依赖日常的巡查和检修工作,也依赖维护人员的个人经验和责任心。当然,还可以用管理手段弥补技术手段的不足,如采用智慧手段实时监测、及早发现、及时修复,从而保障设施安全和人民群众人身安全。、