景观配电设计中的安全性问题及措施

1、 景观配电设计中的平安性问题及措施 申杰 深圳市清华苑建筑设计 摘要：环境景观配电设计与建筑内部配电设计相比有许多不同点，在环境配电设计过程中经常会碰到 特殊危险环境的配电设计，不同的环境下，配电方式及用电设备的选择都会有差异。本文一方面从环境配 电设计中常遇到的几类问题出发，分析和总结了在环境配电设计中需要特别注意的地方，提出假设干对策； 另一方面通过建立简单数学模型对各种主要接地系统在环境配电设计中的应用进行了比拟，得出在环境景 观的配电设计中，采用 TT系统加不与电源端接地干线相连的 PE干线是较理想的接地系统。 关键词：环境配电设计 特殊环境 接地型式 1引言 随着城市建设进程推进，园

2、林景观建设在优化城市形象、改善居住品质方面 扮演着越来越重要的角色。开放性是各类园林景观一个非常重要的共同届性， 它 意味着室外园林往往是一个公众聚会、 休闲、活动的空间，这使得园林景观中的 电气设备非常容易被人群直接或间接触碰到， 因此，对于园林的配电设计，平安 性就成为重中之重。然而，当前国内景观配电设计中的平安性并未得到足够的重 视,景观专业公司通常因为缺少专业的电气设计工程帅而将此局部设计工作外包 给水平参差不齐的设计师完成，进而造成此局部电气设计平安隐忧很多。 本文从 园林景观配电的平安性出发，总结了在相关配电设计中需要重点注意的地方， 以 及应当采取的措施，供园林景观配电设计者参考

3、，以保证园林景观配电系统平安、 可靠的效劳群众。 景观配电设计主要包括水景用电设施配电、 室外灯具配电及平安接地系统几 局部。 2水景用电设施配电设计 在进行水景用电设施配电设计时，我们通常参照标准关于喷水池的设计要求 进行。?民用建筑电气设计标准?JGJ16-2021 后文简称?民规?中12.9.4条 第3款关于喷水池配电要求如下：喷水池的 0、1区的供电回路的保护，可采用 下歹0任一种方式： 1对于允许人进入的喷水池，应采用平安特低电压供电，交流电压不应大 于12V;不允许人进入的喷水池，可采用交流电压不大于 50V的平安特低电压 供电； 2 由隔离变压器供电； 3 由剩余电流动作保护器保

4、护的线路供电，其额定动作电流不应大于 30mA。 下面将水景用电设施主要分为水景泵和水景灯二者进行分别讨论。 2.1水景泵的供电 关于采用管道泵还是潜水泵。 对于园林景观中的水泵，为了营造喷泉、涌泉和瀑布等众多特殊视觉效果， 水专业往往会选用大量大功率的水泵,这些大功率设备无法采用特低电压供电, 因此市面上几乎所有此类设备均采用单相交流 220V或三相交流380V电源，其 中交流380V电压的水泵使用得更加广泛，对于水专业设计师而言选择面更广。 需要注意的是，对于380V供电电压，?民规?虽然并未禁止在0、1区中使用， 但?工业与民用配电设计手册?后文简称?手册?第十五章有关喷水池配电设 计的

5、小节中没有任何关于在水池 0、1区内使用三相交流380V用电设备的内容， 而只论述了在0、1区如何采用以220V电压及其他平安电压供电的用电设备。 对此，笔者作如下理解：当供电电压超过 220V而到达380V时，宜将用电设备 安装在0、1区以外，也就是说，当必须将用电设备安装在 0、1区时，那么其额定 电压不宜超过交流220V,这也间接决定了其功率不能过大。因此，对于水景用 水泵的选择，电气设计帅宜按以下原那么向水专业提出建议： 1 对于小流量、小扬程的小功率水泵，可选择交流 220V潜水泵，其供电 回路设剩余电流保护装置。 2 对于大流量、大扬程的大功率水泵，不宜选择三相交流 380V的潜水

6、泵, 而宜采用同样指标的管道泵。与潜水泵完全浸入水中安装相比，管道泵完全在水 体外的平安环境 十燥的泵房或泵坑内安装，并通过管道与水体相连，设备所 有带电局部均与水体可靠别离。对于人员密集场所市政景观中的大型喷泉水池， 极易有人不慎误入，在当前以人为本的指导思想下，对这类喷泉水池的用电设计， 更应尽量弃潜水泵不用，而采用管道泵在泵房内安装的形式。 3对于潜水泵供电回路的剩余电流保护详后文讨论。 2.2水景灯的供电 这里主要讨论水下安装的水景灯的供电。 水底灯与水底泵相比功率要小得多，常常在 50W-100W以内，对于此类小 功率水底灯具，按照?民规?12.9.4条第3款执行即可满足要求。在目前

7、设计中 的具体作法是：在喷水池附近 0、1区以外 设一个小型隔离变压器，将交流 220V电压转换成交流12V电压，或再增设必要的整流电路转换成直流 12V电压， 供灯具用电。 根据需要还可采用交流50V供较大功率的水底灯具用电，根据工程经验， 交流50V电压已经可以满足绝大局部水底灯具照明要求。因此，一般不建议采 用交直流220V电压的水底灯具，假设确有必要采用时，必须以剩余电流动作保护 器保护该供电回路，关于其额定动作电流值设置详后文讨论。 关于水底灯具的设计，还需要注意下面几个问题。 1 根据?手册?第930页关于接线盒的应用的论述，水底灯接线时，电缆 在水底不应有接头及接线盒即使已采用了

8、平安特低电压供电 。因此，在设计 中应该注意，采用单根电缆供单只灯具用电的方式， 防止一根电缆上申联多个水 底灯的情况； 2 当采用平安特低电压供水底灯用电时，由于供电电压低，用电设备供电 电流通常较大，如： 同样是50W的电阻性光源灯具，采用220V电压供电时，其电流值为：I = 0.23A;而采用12V电压供电时，其电流值那么为：I = 4.2A; 由此造成的设备用电点的电压降也较大，当从同一降压变压器低压侧出线供 多个灯具用电时，由于灯具的安装地点远近不同，会造成较远的灯具在低电压状 态工作，光通量下降。对于这种情况，须通过加大远距离灯具的供电导线的截面， 降低该线路的电阻来解决。 3

9、当采用平安特低电压供电时，降压变压器由于高压侧电压为220V,根据 标准，装有此降压变压器的配电及控制箱必须安装在 1区以外即距喷水池边不 小于2.0米。 2.3 0、1区内供电回路剩余电流保护装置 关于0、1区安装的水景灯和潜水泵，其供电回路的剩余电流保护设计通常 按?民规?12.9.4条第3款的方式3设置：由剩余电流动作保护器保护的线路 供电，其额定动作电流不应大于 30mA。但却违反了?剩余电流动作保护装置安 装和运行?后文简称?剩规?中第5.8.3条的有关规定。该条文规定：“安装在 游泳池、水景喷水池、水上游乐园、浴室等特定区域的电气设备应选用额定剩余 动作电流为10mA、一般型 无延

10、时的剩余电流保护装置。此条为强制性条 文，在设计中必须严格执行。 但假设按这一规定把0区供电回路的剩余电流保护额定动作电流设置成 10mA 的话，将极易造成漏电开关误动作切断电源， 这主要是由于水底线路正常泄漏电 流值较高，当水中敷设线路较长时，正常泄漏电流值很容易到达10mA的额定动 作电流。关于单位长度的不同类型绝缘导线在水中敷设时的正常泄漏电流值， 有 待实验测定，但不管怎样，电气设计师在进行此类设计时仍需按照标准要求执行。 与此同时，笔者也认为?剩规?在作10mA这一额定动作电流值的规定时，宜在 条文解释中给出相应的依据和实验数据，便于设计和施工单位更好的执行此条 3室外灯具配电及平安

11、接地系统 ?手册?在其第十五章第三节第十一小节关于“室外照明装置接地系统形式 中提到：“当采用TN系统供电时，由于所有灯具的金届外壳都是通过 PE线或 PEN线互相连通的，当某台灯具发生接地故障时，其故障电压可沿PE线或PEN 线传至其他灯具上。在户外因无等电位联结很易导致电击事故，故不应采用 TN 系统而应采用TT接地系统。为此需在户外灯具处专门设置接地极引出单独的 PE 线接灯具的金届外壳，以防止由 PE线引来别处的故障电压。这意味着室外照 明装置是没有前后贯穿的PE十线的。 而?建筑电气工程施工质量验收标准?GB50303-2002后文简称?施规? 在其第21.5.3条第三款中规定“ 庭

12、院灯安装 接地线单设十线，十线沿庭院灯 布置位置形成环网状，且不少于 2处与接地装置引出线连接。此条文是各地建 设工程质检站在环境电气工程验收时的依据之一， 不能不执行。这乂意味着，沿 普通室外照明装置需设置一条前后贯穿且成环的 PE十线。 上面两个条文看上去是矛盾的，但如果要求设计文件必须同时满足以上两条 规定，那么室外照明灯具的接地型式仍必须为 TT形式，但在各室外灯具回路须增 设一根不与电源侧PE干线相连的等电位联结线也即 PE干线。下面将比照独 立的TT接地系统和TT+PE干线形式在应用丁室外照明装置时发生相线对地灯 具可导电外壳接地故障时，人体触电的接触电压。其中，采用独立TT系统时

13、， 线路无PE线，但灯具外壳就地设接地极接地；采用 TT+PE干线时，每个灯具 外壳在与PE线相连的同时，还通过就地设置的扁钢等接地。 TT系统接地型式是指电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电局部 直接接地，此接地点在电气上独立丁电源端的接地点。 详见以下图及公式计算 RCD| Re Re 吊姓g卜Ut1 其余灯具 在图中略去 图1 TT系统发生单相接地故障 图2 TT系统PES地干线时发生单相接地故障 其中：Req为PE干线与各接地点一起形成的梯形电路的等效电阻值。 可通过设末端电流为1A，并用倒退法先求出端口总电压和总电流， 进而求得R 值，此处不赘述。 以上各式中符号含义如下: 两

14、种情况下，单相接地故障时，人体触电时的接触电压; 单根导线线路交流电阻 接地电阻 结合深圳局部工程实际情况，取参考值如下代入以上各式: U o = 220V TT 系统：Uti = Uo R +R。 (1)(见图1) TT系统+PE干线：Ut2 Uo Rl +Req , (2)(见图2) Ut1Ut2 Uo 相电压(220V) Re L1 R = 0.46 Q 100米长BV-1x4mm2导线交流电阻值 尺=0.3 Q 深圳地区实测接地电阻值的常见值 可求得 Rq =0.143 11 进而可得出UtiUt 2值分别为 Ut1 = 86.8 V Ut2 = 52.2V 比拟上述两种接地方式下，发

15、生相线对地设备可导电外壳单相接地故障 时，人体接触设备外壳的接触电压，可以发现，采用 TT系统+PE干线的方式比 采用单独的TT系统接触电压更低，约为单独 TT系统单相接地故障情况下的 60%,因而对人体更平安。 所以在环境配电设计中，假设按照?手册?和?施规?要求，对丁普通室外灯 具采用TT接地系统加PE干线作等电位联结的方式，是更平安可靠的，当采用 这种方式时，即使不做漏电保护，接触电压对人体的伤害也极小。 需要注意的是，采用上述任一系统时，各照明回路前端还应设漏电保护断路 4其他环境设计中常见问题 4.1局部等电位联结 在环境配电设计中，局部等电位的联结很容易被无视。 但应该引起设计人员

16、 特别注意。喷水池、戏水池及游泳池是环境景观配电设计当中最常见的必须做局 部等电位的场所。上述场所发生直接电击危险高，后果严重，如进行局部等电位 联结，并对其中0区和I区的用电设备采用平安特低电压供电，可有效防止因直 接电击使人身遭受伤害。 4.2共零线问题 在环境电气配电设计中，还经常可以看到这样的设计：对丁同一路径的多个 灯具，采用共零线的5线制供电，各灯具的相线平均的接在 L1L3相上，但零 线是共用的。这种供电方式固然有其优点，如：节省电缆费用。但也有明显的缺 点，其中最主要的缺点就是当发生断零故障时，同一回路的灯具会承受 380V的 高压，灯具会因过压瞬间烧毁。而在室外环境中，零线断路的概率乂比室内供配 电发生断零的概率大得多。因此，笔者认为在环境配电设计中不宜采用共用零线 的供电方式对灯