景观配电设计中的安全性问题及措施

1、景观配电设计中的安全性问题及措施中杰（深圳市清华苑建筑设计有限公司）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，提出若干对策；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较，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，园林景观建设在优化城市

2、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属性，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，安全性就成为重中之重。然而，当前国内景观配电设计中的安全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师而将此部分设计工作外包给水平参差不齐的设计师完成，进而造成此部分电气设计安全隐忧很多。本文从园林景观配电的安全性出发，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，以保证园林景观配电系统安全、可靠的服务大众。

3、景观配电设计主要包括水景用电设施配电、室外灯具配电及安全接地系统几部分。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，我们通常参照规范关于喷水池的设计要求进行。民用建筑电气设计规范（JGJ16-200®（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，可采用下列任一种方式：1）对于允许人进入的喷水池，应采用安全特低电压供电，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的安全特低电压供电;2）由隔离变压器供电；3）由剩余电流动作保护器保护的线路供电，其额定动作电流不应大于30mA0下面将水景用电设施主要分为

4、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，具中交流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22

5、0V电压及其他安全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而达到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，则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，电气设计师宜按下列原则向水专业提出建议：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安全环境（干燥的泵房或泵坑内）安装，并通过管道与水体相

6、连，设备所有带电部分均与水体可靠分离。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50W100W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

7、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部分水底灯具照明要求。因此，一般不建议采用交直流220V电压的水底灯具，若确有必要采用时，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（即使已采用了安全特低电压供电）。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，避免一根电缆上串联多个水底灯的情况；2）当采用安全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

8、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，其电流值则为：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）当采用安全特低电压供电时，降压变压器由于高压侧电压为220V,根据规范，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）。2.30、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

9、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30mA0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。但若按这一规定把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

10、漏电流值很容易达到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规范要求执行。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室外灯具配电及安全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，由于所有灯具的金属外壳都是通过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

11、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线接灯具的金属外壳，以避免由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通的PE干线的。而建筑电气工程施工质量验收规范（GB50303-2002）（后文简称施规）在其第21.5.3条第三款中规定“（庭院灯安装）接地线单设干线，干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。这又意味着，沿普通室外照明装置需设置一条前后贯通且成环的PE干线。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

12、条规定，则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）。下面将对比独立的TT接地系统和TT+PE干线形式在应用于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，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部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。TT系统：Uti=UoR+R“(1)(见图1)(2)(见图2)图2TT

13、系统PES地干线时发生单相接地故障TT系统+PE干线：Ut2=U0XReqR+Req,q其中：Rq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Req值，此处不赘述。以上各式中符号含义如下：UtUt2两种情况下，单相接地故障时，人体触电时的接触电压；Uo相电压（220V）R单根导线线路交流电阻Re接地电阻结合深圳部分工程实际情况，取参考值如下代入以上各式：Uo=220VR=0.46建（100米长BV-1x4mm2导线交流电阻值）Re=0.3Q（深圳地区实测接地电阻值的常见值）可求得Qq=0.14311进而可得出UtiUt

14、2值分别为Ut1=86.8VUt2=52.2V比较上述两种接地方式下，发生相线对地（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%,因而对人体更安全。所以在环境配电设计中，若按照手册和施规要求，对于普通室外灯具采用TT接地系统加PE干线作等电位联结的方式，是更安全可靠的，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

15、电位的联结很容易被忽视。但应该引起设计人员特别注意。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区的用电设备采用安全特低电压供电，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：对于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，零线断路的概率又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