隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對美好生活的向往促使夜景照明的發(fā)展突飛猛進(jìn)，許多城市都進(jìn)行了城市照明的“亮化”“美化”“泛光”“燈光工程”等不同名稱的照明建設(shè)，2010年5月中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部令第4號《城市照明管理規(guī)定》對城市照明進(jìn)行了定義，即城市照明是指在城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)城市道路、隧道、廣場、公園、公共綠地、名勝古跡以及其他建(構(gòu))筑物的功能照明或者景觀照明。其中，功能照明是指通過人工光以保障人們出行和戶外活動(dòng)安全為目的的照明；景觀照明是指在戶外通過人工光以裝飾和造景為目的的照明。由于城市照明不僅能夠反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，還能促進(jìn)旅游，提升城市形象，特別是大量表演性燈光的出現(xiàn)，燈光秀大行其道，人們更加重視照明效果，但往往忽視了電氣安全問題，導(dǎo)致人身電擊和電氣火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，筆者就此談?wù)劤鞘泄δ苷彰骱统鞘芯坝^照明電氣安全的看法。
城市功能照明
從城市照明的定義中可看到，城市照明包括城市功能照明和城市景觀照明，城市功能照明主要由路燈和庭院燈組成，路燈和庭院燈的燈桿目前基本上都是金屬桿體，又位于街道側(cè)，與人接觸的可能性很大，在陰雨天出現(xiàn)很多人身電擊事故，基本都是路燈桿帶電引起的。
路燈的目的是保障人們出行和戶外活動(dòng)安全，強(qiáng)調(diào)照亮路面，保障行車和人行安全，而電氣安全沒有得到應(yīng)有重視，CJJ45-2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.8條規(guī)定：“道路照明配電系統(tǒng)的接地形式應(yīng)采用T T系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)，并應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50054的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)采用剩余電流保護(hù)裝置時(shí)，還應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》GB13955的相關(guān)要求?！睒?biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可以采用TT或TN接地系統(tǒng)，由于TT接地系統(tǒng)通常采用剩余電流保護(hù)器作故障防護(hù)，而GB/T13955-2017《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》規(guī)定的剩余電流保護(hù)器剩余電流動(dòng)作電流為30mA，戶外場所線路較長，線路本身就固有泄漏電流，很容易造成漏電誤動(dòng)，引起路燈滅燈，而亮燈率是各地政府的考核指標(biāo)，并且我國的路燈一直沿用TN系統(tǒng)，一些設(shè)計(jì)部門和路燈管理部門為保證亮燈率，減少誤動(dòng)作，也不主張采用TT系統(tǒng)。
眾所周知，采用TN系統(tǒng)供電，由于所有燈具的金屬外殼都是通過PE線或PEN線互相連通的，TN系統(tǒng)采用斷路器或熔斷器作過電流保護(hù)時(shí)，特別是對于道路照明這種較長的線路，末端單相接地故障電流較小，斷路器或熔斷器很難兼作接地故障保護(hù)，當(dāng)某一臺燈具發(fā)生接地故障時(shí)，其首端斷路器拒動(dòng)時(shí)，其故障電壓可沿PE線或PEN線傳至其他燈具上，在戶外因無等電位聯(lián)結(jié)易導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)，所以，路燈導(dǎo)致人身電擊致使人員死亡事故頻發(fā)。
另外，CJJ89-2012《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》有如下條文：
7.2.2 當(dāng)采用接零保護(hù)時(shí)，單相開關(guān)應(yīng)裝在相線上，零線上嚴(yán)禁裝設(shè)開關(guān)或熔斷器。
7.2.3 道路照明配電系統(tǒng)宜選用TN-S接地制式，整個(gè)系統(tǒng)的中性線(N)應(yīng)與保護(hù)線(PE)分開，在始端PE線與變壓器中性點(diǎn)(N)連接，PE線與每根路燈鋼桿接地螺栓可靠連接，在線路分支、末端及中間適當(dāng)位置處做重復(fù)接地形成聯(lián)網(wǎng)。
7.2.4 T T接地制式中工作接地和保護(hù)接地分開獨(dú)立設(shè)置，保護(hù)接地宜采用聯(lián)網(wǎng)TT系統(tǒng)，獨(dú)立的PE接地線與每根路燈鋼桿接地螺栓可靠連接，但配電系統(tǒng)必須安裝漏電保護(hù)裝置。
條文中“接零保護(hù)”屬于過時(shí)術(shù)語，容易引起誤導(dǎo)，而推薦采用TN - S系統(tǒng)，是無法避免一處漏電、全線帶電的。而7.2.4條的“保護(hù)接地宜采用聯(lián)網(wǎng)TT系統(tǒng)，獨(dú)立的PE接地線與每根路燈鋼桿接地螺栓可靠連接”也會(huì)導(dǎo)致一處漏電、全線帶電的可能，這樣的驗(yàn)收條文不僅沒有起到安全作用，反而誤導(dǎo)了正確做法，是值得商榷的。
城市景觀照明
城市景觀照明較多涉及城市藝術(shù)內(nèi)涵，目前尚沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T163-2008《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》還是2008年的版本，涉及電氣安全的內(nèi)容較少。城市景觀照明形式多樣，所用燈具有草坪燈、埋地?zé)?，安裝在水池內(nèi)的水下燈具，也有安裝在建筑物本體上的投光燈、線條燈及建筑物幕墻上的點(diǎn)、線型燈具。人員能夠進(jìn)入的水池，是電擊死亡事故頻發(fā)的區(qū)域，而安裝于建筑物本體上的燈具，人員接觸的可能性較小，火災(zāi)危險(xiǎn)性是主要矛盾，實(shí)際也發(fā)生過幕墻火災(zāi)，是LED線條燈驅(qū)動(dòng)電源引起的。
電氣安全措施
1、路燈、庭院燈的電氣安全措施
路燈、庭院燈配電系統(tǒng)接地型式優(yōu)選TT接地系統(tǒng)，電源端的工作接地與用電設(shè)備端的保護(hù)接地是沒有聯(lián)系的，每處路燈的燈桿基礎(chǔ)作自然接地極，接地極之間互相獨(dú)立，一處燈桿帶電不會(huì)串到別的燈桿上，此時(shí)必須采用剩余電流斷路器保護(hù)，起到短路、過負(fù)荷和接地故障保護(hù)作用，因?yàn)榻拥毓收想娏鞲。挥惺Ｓ嚯娏鞅Ｗo(hù)才能起作用，但為了避免剩余電流誤動(dòng)引起的無故滅燈，可以采用多級剩余電流保護(hù)，上下級配合，干線采用帶延時(shí)的300mA及以上的剩余動(dòng)作電流，每個(gè)燈桿分支處采用30mA末端剩余電流斷路器保護(hù)，見圖1。該做法既可以避免干線漏電流引起的誤動(dòng)，每處燈桿處采用30mA的剩余電流保護(hù)，又可以保證人身電擊危險(xiǎn)。
圖1 多級剩余電流保護(hù)的TT系統(tǒng)
2、草坪燈、埋地?zé)舻碾姎獍踩胧?/span>
草坪燈、埋地?zé)舻让刻谉艋A(chǔ)較小，其基礎(chǔ)不可能作為自然接地體使用，可采用局部TTT系統(tǒng)，電源引出線在第一套燈具處做接地后引出PE線與后續(xù)燈具金屬外殼連接，見圖2。配電采用剩余電流保護(hù)器作接地故障保護(hù)，為保障安全，每個(gè)分支回路額定剩余動(dòng)作電流仍應(yīng)選擇30mA。
圖2 局部TT系統(tǒng)
對于分支回路采用額定剩余動(dòng)作電流30mA的剩余電流斷路器，也存在線路固有泄露電流引起誤動(dòng)作問題，解決此種情況的安全問題還可以采用如下兩種辦法：
①采用Ⅱ類設(shè)備或等效的絕緣。對于環(huán)境惡劣、不易保證安全的情況下，可以采用Ⅱ類設(shè)備或等效的絕緣，此時(shí)不應(yīng)設(shè)置PE線，且燈具的可導(dǎo)電部分不應(yīng)有意地接地。如果布線系統(tǒng)的金屬外層是用絕緣材料和燈具的導(dǎo)電部分隔開，采用Ⅱ類燈具，就可認(rèn)為已滿足Ⅱ類設(shè)備的保護(hù)要求。室外燈具按防電擊措施分類見表1。
②采用Ⅲ類燈具，用安全特低電壓供電，戶外一般場所，采用交流有效值≤50V，直流≤120V；潮濕等特殊場所，采用交流有效值≤25V，直流≤60V的電壓等級。
3、建筑物本體上安裝的燈具的電氣安全措施
建筑物本體上安裝的燈具采用交流供電，并直接由該建筑物內(nèi)部電源供電的照明裝置，每個(gè)燈具設(shè)單獨(dú)的接地極也不可能，因此不采用T T接地系統(tǒng)，配電系統(tǒng)的接地型式應(yīng)與該建筑物的接地型式一致，目前建筑物內(nèi)部配電系統(tǒng)接地型式一般采用TN-S系統(tǒng)，燈具安裝在室外2.5m以上時(shí)，人員接觸的可能性較小，防火是主要矛盾，因此，可在每個(gè)分支回路采用額定剩余動(dòng)作電流300mA的剩余電流斷路器作故障防護(hù)，既能減少誤動(dòng)，又能起到防火作用。
另外，如果考慮人身電擊防護(hù)，建筑外墻上的燈具采用直流 ≤120V的安全特低電壓供電，特別對于一些玻璃幕墻，采用直流48V LED線條燈或點(diǎn)光源，技術(shù)十分成熟，既安全又節(jié)能。
4、水下燈具的的電氣安全措施
室外水景照明越來越多，由于人體在潮濕場所，阻抗下降，安全要求更高。水景一般有嬉水池、瀑布、噴水池等。
如果水下照明采用交流220V電壓供電，水下設(shè)備要求采用隔離變壓器供電，而隔離變壓器供電要求是一臺變壓器給一個(gè)設(shè)備供電，因?yàn)闊艟邤?shù)量較多，采用一臺隔離變壓器只給一臺照明設(shè)備供電既不可能也不現(xiàn)實(shí)。如果一臺隔離變壓器給多臺照明設(shè)備供電(如圖3所示)有兩臺照明器回路的不同導(dǎo)線發(fā)生接地故障，兩臺照明器自然接地電阻假設(shè)相等均為Ra，則故障電流為Id=Uo/(Ra+Ra)=220/2Ra=110/Ra，其中一臺照明器的接觸電壓Uc=Id×Ra=110V，如果Ra較大，則Id較小，回路首端過流保護(hù)器不動(dòng)作，而接觸電壓遠(yuǎn)大于接觸電壓限值UL，可以引起電擊事故。
圖3 隔離變壓器給多臺照明設(shè)備供電(無等電位聯(lián)結(jié))
為提高安全性，當(dāng)一臺隔離變壓器給多臺照明設(shè)備供電時(shí)，實(shí)施不接地的等電位聯(lián)結(jié)，如圖4所示，將所有照明器的金屬外殼、金屬支架用與回路導(dǎo)線截面相同的導(dǎo)線連通，這樣在故障時(shí)，故障回路形成金屬性短路，回路首端的過流保護(hù)器可切斷電源，避免發(fā)生電擊事故。
圖4 隔離變壓器給多臺照明設(shè)備供電(不接地的等電位聯(lián)結(jié))
但對于人員能夠進(jìn)入的水池，如果保護(hù)電器拒動(dòng)，電擊危險(xiǎn)仍是難以消除的，由于實(shí)施的不接地的等電位聯(lián)結(jié)的金屬導(dǎo)體又把各個(gè)燈具的金屬外殼連在一起，也會(huì)引起一處帶電、全線燈具都帶電的情況，因此，國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)把人員能夠進(jìn)入的水池的水下燈具的供電按游泳池處理，要求燈具電壓采用交流不大于12V或直流不大于30V的電壓等級。
5、低壓直流供電的的電氣安全措施
目前，LED燈具已占主導(dǎo)地位，特別是用在景觀照明上，其節(jié)能、易控、變色容易，容易實(shí)現(xiàn)各種藝術(shù)效果，而其低壓直流驅(qū)動(dòng)在用電安全上更具有優(yōu)越性。安全特低電壓為直流120V以下，如果路燈、庭院燈、草坪燈等都采用直流120V以下電壓供電，就徹底解決了安全隱患。另外，LED本身特性是直流驅(qū)動(dòng)，直接采用直流供電，省去了過多AC/DC變換，直流供電只有兩根導(dǎo)線，也省去了接地導(dǎo)體，不僅提高了安全性，也有較好經(jīng)濟(jì)性。
接地及接地電阻
關(guān)于城市照明的接地和接地電阻，在CJJ89-2012《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》中有下述條文：
7.2.5 道路照明配電系統(tǒng)中，采用TN或T T系統(tǒng)接零和接地保護(hù)，PE線與燈桿、配電箱等金屬設(shè)備連接成網(wǎng)，在任一地點(diǎn)的接地電阻不應(yīng)大于4Ω。
7.2.6 在配電線路的分支、末端及中間適當(dāng)位置做重復(fù)接地并形成聯(lián)網(wǎng)，其重復(fù)接地電阻不應(yīng)大于10Ω，系統(tǒng)接地電阻不應(yīng)大于4Ω。
7.2.7 采用TT系統(tǒng)接地保護(hù)，沒有采用PE線連接成網(wǎng)的燈桿、配電箱等，其獨(dú)立接地電阻不應(yīng)大干4Ω。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不論采用何種接地系統(tǒng)，統(tǒng)一要求接地電阻“不應(yīng)大于4Ω”，既沒有理論依據(jù)，也是很難實(shí)現(xiàn)的，特別是對于山區(qū)或土壤電阻率較高的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)燈桿的接地電阻“不應(yīng)大于4Ω”，會(huì)付出很大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，而實(shí)際上也是沒有必要的。
根據(jù)GB/T16895.21-2011《低壓電氣裝置 第4-41部分：安全防護(hù) 電擊防護(hù)》，TT系統(tǒng)故障防護(hù)，其保護(hù)電器的動(dòng)作特性應(yīng)符合下式要求：
Ra×IΔn ≤50V
式中：Ra為外露可導(dǎo)電部分接地電阻，Ω；IΔn為RCD的額定剩余動(dòng)作電流，A。
對于室外燈具采用TT接地系統(tǒng)型式，末端回路采用剩余電流保護(hù)器保護(hù)，其額定漏電動(dòng)作電流為30mA，則Ia=0.03A，一般場所內(nèi)UL=50V，Ra≤UL/Ia=50/0.03=1667Ω，同時(shí)可觸及的外露可導(dǎo)電部分和外部導(dǎo)電部分之間的電阻在此種情況下小于1667Ω時(shí)，即可滿足安全要求。如果是潮濕場所UL=25V，則Ra≤UL/Ia=25/0.03=833Ω。電源側(cè)額定漏電動(dòng)作電流為300mA，其接地電阻Ra≤ UL/Ia=50/0.3=167Ω。
由此可見，對于TT接地系統(tǒng)，一般情況下，對燈桿處的接地電阻值小于1667Ω都是允許的，電源側(cè)接地電阻也可以在167Ω以下，接地電阻值不需要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的那么小是能夠保障安全的，并且接地電阻采用燈桿基礎(chǔ)作為自然接地體就很容易做到，既經(jīng)濟(jì)又可靠。
結(jié)語
注重城市美化，應(yīng)以人們的安全為前提，而有些室外照明標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范亟需修訂完善，城市照明配電系統(tǒng)接地型式應(yīng)優(yōu)先合理采用TT接地系統(tǒng)，隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，低壓直流更有利于安全?？傊?，城市功能照明和城市景觀照明電氣安全與每個(gè)人休戚相關(guān)，電工基礎(chǔ)欄目分享的這些電氣安全內(nèi)容是很重要的方面，應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。
作者：徐華
