低压配电系统在LED照明工程设计与施工中的应用

1.TT配电系统

TT配电系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，也称为保护接地系统或TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分（如设备金属外壳、铁心等）与大地直接连接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地。TT配电系统的特点如下：

①当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是由于低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。

②当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，因此TT系统难以推广。在我国，TT系统主要用于AC 3kV以上的高压输配电网络。

③TT系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收，费工时、费料。

（1）TT系统用于道路照明的优势

TT系统用于道路照明的优势如下：

①TT系统保护动作灵敏，安全更有保证。

②TT系统的接地故障电流（I_d1）比TN系统小，使用熔断器或断路器不能满足规范要求，所以应选用漏电保护器。这种保护器的动作电流仅为几十到几百毫安，最大为几安培，容易使之动作，更能保证安全。

③节省一根PE线，对三相配电线路，选用四芯电缆（或架空线）即可。

④TT系统要求灯杆接地，由于多数照明灯具使用金属灯杆，具有良好接地条件，使用钢筋混凝土杆，接地条件也较好。TT系统对接地电阻要求不高，与TN系统要求重复接地相比，并不会增加费用。

（2）TT系统漏电保护值的整定

在室内，漏电保护用于TT系统和TN系统的插座回路，以及供移动式、手持式用电设备的回路，一般线路较短，大多在几米到几十米不等。为了保护直接接触而导致的电击，要求动作电流不超过30mA，有些特殊场所的整定值要求更小。由于线路短，正常泄漏电流较小，一般不致引起正常运行时误动作。

而照明回路的情况大不相同，一回配电线路延伸几百米，乃至数千米，在这种条件下，如果保护动作电流还整定为30mA，正常运行时，会因泄漏电流较大而导致跳闸，整定漏电保护器的动作电流（I_Δn）应符合以下两方面要求：

①接地故障时应保证可靠动作。按GB 50054-1995的规定，漏电保护的动作电流I_Δn应符合式（4-1）：

I_d1≥1.3I_Δn（4-1）

一般说I_Δn的值整定到几百毫安，甚至1A，接地故障电流I_d1大于其1.3倍是不难满足的。

②正常运行时，应保证不会动作。为实现这项要求，整定值I_Δn应符合式（4-2）：

I_Δn≥（2.5～3.0）I_L（4-2）

式中，I_L为正常运行条件下，线路和灯具等可能产生的最大泄漏电流。

式（4-2）中的2.5～3.0倍是保证漏电保护器不会误动作的可靠系数。因为漏电动作保护器的动作电流为I_Δn，而保证不会动作的不动作电流I_Δno为I_Δn的50%。必须使I_Δn值大于正常泄漏电流的50%，并留有必要余地，才能保证不会误动作。

通常选用25mm²左右的铜芯电缆，估算每km的泄漏电流I_L约为30～50mA，线路长度在800m以内时，I_Δn可取100mA；线路长度在2000m时，I_Δn值不应小于300mA。可见，不论具体条件，泄漏电流一律取30mA是不能保证正常运行的。

按照照明回路的特点，配电系统应选用TT方式，比TN-S方式更能满足接地故障保护要求，更能保证用电安全。TT方式应采用漏电保护；其动作电流（I_Δn）不宜选取30mA，因为这样容易导致正常运行时误动作，应按线路长度、灯具数量，经合理计算或实测其泄漏电流值，并按式（4-2）确定漏电保护器的动作电流（I_Δn）值。

2.TN配电系统

TN配电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线连接的保护系统，也称作接零保护系统，用TN表示。它的特点如下：

①一旦设备出现外壳带电，接零保护系统的漏电电流为短路电流，这个电流很大，是TT系统的5.3倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔体会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。

②TN系统在我国和其他许多国家得到了广泛应用，其比TT系统优点多。在TN供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S等两种。

TN系统的电源端中性点直接接地，用设备金属外壳、保护零线与该中性点连接，这种方式简称保护接零或接零制。按中性线（工作零线）与保护线（保护零线）的组合情况TN系统又分以下三种形式：

（1）TN-C配电系统

在TN-C系统中，由于PEN线兼起PE线和N线的作用，从而节省了一根导线，但在PEN线上会通过三相不平衡电流I，其上有电压降I×Z_NPE会使电气装置外露导电部分对地带电压。虽然三相不平衡负载造成的外壳带电压较低，并不会造成人身事故，但它可能对地引起火花，而且流经PEN线上负载电流及高次谐波电流会对与它连接的电子设备造成电磁干扰，所以不宜在医院、计算机中心及爆炸危险场所使用。TN-C系统不适用于无电工管理的住宅楼，因这种系统没有专用的PE线，而是与中性线（N线）合为一根PEN线，住宅楼内如果因维护管理不当使PEN线中断，电源220V对地电压会经相线和设备内绕组传导至设备外壳，使外壳呈现220V对地电压，如图4-1所示。另外，PEN线不允许切断（切断后设备失去了接地线），不能作电气隔离，因为电气检修时可能会因PEN对地带电压而引起人身电击事故。在TN-C系统中，不能装设漏电保护器，因为当发生接地故障时，相线和PEN线的故障电流在电流互感器中产生的磁场互相抵消，漏电保护器将检测不出故障电流而不动作，因此在住宅楼内不应采用TN-C系统。

TN_-C方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，这种供电系统的特点如下：

图4-1 PEN断线电压分布图

①由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地也有电压，所以与保护线所连接的电气设备金属外壳会有一定的电压。

②如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳将带电。

③如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，会使中性线上的危险电位蔓延。

④TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电保护器合不上。此外，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的电源输入侧有重复接地。

⑤TN-C配电系统只适用于三相负载基本平衡的情况。(www.xing528.com)

（2）TN-S配电系统

在TN-S配电系统中，工作零线N和保护零线PE从电源端中性点开始完全分开，PE线平时不通过电流，只在发生接地故障时通过故障电流，故电气装置外露导电部分平时对地不带电压比较安全，但比TN-C配电系统需要增加一根导线。由于设备外壳保护零线PE在正常工作时无电流，所以在相间短路保护灵敏度不够时，可装设漏电保护器来保护单相接地。漏电保护器对接地故障电流有很高的灵敏度，能在数十毫秒的时间内切断以毫安计的故障电流，使人免于电击事故，但它只能对其保护范围内的接地故障起作用，不能防止从别处传导来的故障电压引起的电击事故。

TN_-S供电系统的特点如下：

①系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE线上，安全可靠。

②工作零线只用作单相照明负载回路。

③干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线要有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S配电系统供电干线上也可以安装漏电保护器。

④TN-S配电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程施工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平）工程时，必须采用TN-S方式供电系统。

（3）TN-S系统重复接地分析

现实生活中部分电气施工人员对TN-S系统中重复接地的有关问题及要求不甚了解，在实际施工中出现一些问题，集中表现为：就TN-S系统的重复接地问题中是对N线重复接地，还是对PE重复接地提法不明确。对于TN-S系统，重复接地就是对PE线的重复接地，具体原因如下：

①如果不进行重复接地，当PE线断线时，系统处于既不接零也不接地的无保护状态。而对其进行复重接地以后，当PE线正常时，系统处于接零保护状态；当PE线断线时，如果断线处在重复接地前侧，系统则处在接地保护状态。进行了重复接地的TN-S系统具有双重保护功能，即PE线断线后由TN-S转变成TT系统的保护方式（PE线断线在重复接地前侧）。

②当相线与大地发生短路时，由于故障电流的存在造成PE线电位升高，当断线点与大地间电阻较小时，PE线的电位很有可能远远超过安全电压。这种危险电压会沿PE线传至设备的外壳危及人员安全。而进行重复接地以后，由于重复接地电阻与电源工作接地电阻并联后的等效电阻小于电源工作接地电阻，使得相线断线接地处的接地电阻分担的电压增加，从而有效降低PE线对地电压，减少触电危险。

③PE线的重复接地可以降低当相线碰壳短路时的设备外壳对地的电压。当相线碰壳时，外壳对地电压即等于故障点P与变压器中性点间的电压。假设相线与PE线规格一致，设备外壳对地电压则为110V。而PE线重复接地后，从故障点P起，PE线阻抗与重复接地电阻R_E和工作接地电阻R_A串联后的电阻相并联。在一般情况下，由于重复接地电阻R_E和工作接地电阻R_A串联后的电阻远大于PE线本身的阻抗，因而从P点至变压器中性点的等效阻抗，仍接近于从P点至变压器中性点的PE线本身的阻抗。如果相线与PE线规格一致，则P点与变压器中性点间的电压V_PO仍约为110V，而此时设备外壳对地电压V_P仅为故障P点与变压器中性点间电压V_PO的一部分。

如果只是对N线重复接地，则TN-S系统不具有上述第①项与第③项作用，只具有上述第②项的作用。对于TN-S系统，其用电设备外壳是与PE线相接的，而不是N线。因此，所关心的更主要的是PE线的电位，而不是N线的电位，TN-S系统的重复接地不是对N线的重复接地。

如果将PE线和N线共同接地，由于PE线与N线在重复接地处相接，重复接地前侧（接近于变压器中性点一侧）的PE线与N线已无区别，原由N线承担的全部中性线电流变为由N线和PE线共同承担（一小部分通过重复接地分流）。可以认为，这时重复接地前侧已不存在PE线，只有由原PE线及N线并联共同组成的PEN线，原TN-S系统实际上已变成了TN-C-S系统，原TN-S系统所具有的优点将丧失，故不能将PE线和N线共同接地。在工程实践中，对于TN-S系统，很少将N线和PE线分别重复接地。其原因主要如下：

①将N线和PE线分别重复接地仅比PE线单独重复接地多一项作用，即可以降低当N线断线时产生的中性点电位的偏移作用，有利于用电设备的安全。但是这种作用并不一定十分明显，并且一旦工作零线重复接地，其前侧便不能采用漏电保护。

②如果要将N线和PE线分别重复接地，为保证PE线电位稳定，避免受N线电位的影响，N线的重复接地必须与PE线的重复接地保持足够的距离，最好为20m以上。

（4）TN-S方式用于照明的问题

①可能导致电击的不安全因素。在TN-S配电系统中，电气设备外露导电部分是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地，当该变压器其他部分发生对地直接连接故障时，保护电器难以断开，故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使中性点电位升高，此电位会经过PE线传至灯杆等外露导电部分。除非变压器接地电阻非常小，否则此电位就有可能超过安全电压限值（通常为交流50V，而对户外照明，考虑雨天等条件，应为交流25V）。由于故障电流很小而无法使保护电器动作，因此不能完全保证安全。

②配电线路保护的灵敏性难以满足要求。照明负载较为分散，配电线路较长，当线路末端发生接地故障时，其故障电流往往较小，难以使线路首端的保护电器（熔断器或断路器）动作，不能切断故障电路。为了说明问题，举一个具体例子说明。

设某一配电线路供电给60基电杆的路灯，每杆装一只400W的灯，安装功率26.4kW，单灯设补偿电容，cosφ=0.85，采用三相线路供电，线路计算电流达47.2A。选用25mm²电缆，保护电器用63A熔断器或用63A断路器（长延时脱扣器电流63A，瞬时脱扣器315A）。

若线路长1000m，经计算末端接地故障电流仅为几十安培，无论是使用熔断器还是使用带瞬时脱扣的断路器，均不能按规定时间断开。

按GB 50054—2011《低压配电设计规范（附条文说明）》的规定：TN系统用63A熔断器，要求在5s内切断，则接地故障电流（I_dl）不应小于熔断器动作电流的5倍，即315A；当采用断路器时，不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即315A×1.3=409A。

如果将线路截面加大到铜芯35mm²，PE线也加到35mm²，则I_dl可达150A左右，和规定要求仍相距甚大。即便是线路缩短到500m（仅14～16基杆），还是不能满足上述要求。

图4-2 TN-C-S系统

（5）TN-C-S配电系统

TN-C-S是TN-C和TN-S两种系统的组合，如图4-2所示。其第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物有区域变电所供电的场所，进户线之前采用TN-C系统，进户处作重复接地，进户后变成TS-S系统，TN-C-S系统介于以上两者之间。

根据《低压配电设计规范》有关规定，建筑电气设计当选用TN系统时应作等电位联结，以消除了自建筑外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压，同时减少保护电器动作不可靠带来的危险及有利于消除外界电磁场引起的干扰，改善了装置的电磁兼容性能。

在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线，这种系统称为TN-C-S供电系统。TN-C-S系统的特点如下：

①工作零线N与专用保护线PE相联通，当线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电气设备外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于ND线的负载不平衡情况及ND线的长度。负载越不平衡，ND线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地。

②PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器的动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。

③对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相连，PE线上不许安装开关和熔断器，也不得用大地兼作PE线。

通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的做法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S配电系统。

3.IT配电系统

IT配电系统的I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地；第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护。IT配电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所或者是要求严格地连续供电的地方，例如电炉炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮，运用IT配电系统，即使电源中性点不接地，就算设备出现漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。

但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成回路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。