公园设计规范电气部分的分析与研究

2014-02-27北京市园林古建设计研究院有限公司穆希廉

智能建筑与智慧城市 2014年3期

文│北京市园林古建设计研究院有限公司穆希廉

1 引言

新编《公园设计规范》已编制完成，即将正式施行，与将要废止的老版本《公园设计规范》（CJJ 48-92）相比，新规范电气部分的内容有了很大的变化，增加了很多条文。笔者有幸参与了新规范电气部分的评审会，和有关专家进行了深入的探讨，对新规范的各项条文的含义，有了比较深刻的认识。下面笔者就新规范中需要引起大家重视的新条文，谈谈个人的认识和理解，谨供相关人士参考。

2 用电负荷等级的划分

新规范7.3.1规定：“公园内用电一般应为三级负荷，但大型游园活动场所、电动游乐设施、开放性地下岩洞、应急照明等应按二级负荷考虑。”本条规范将公园的用电等级进行了划分，特别指出大型公园活动场所应设置应急照明，并按二级负荷考虑。并把此条规范由原来的第三条列为第一条，以突出其重要性。本次规范的制定，以安全、节能为主。近些年来，在大型公园的电动游乐设施中，由于供电不可靠而发生的事故时有发生，而园区内的大型广场，往往是举办重大活动的场所，其安全照明的供电可靠性也显得尤为重要。因此，大型游园活动场所的疏散道路上应设置应急照明，如图1所示。

图1 北京平谷万亩森林公园中心下沉广场舞台照明配电系统图

3 智能控制

新规范7.3.3条规定：“园内照明应根据使用性质设置不同的开灯模式，宜采用智能控制方式，并具备手动控制功能。”本条规范为新加条文，且规范的初稿中，本条文和规范7.3.2条规定：“园内照明宜采用分回路、分区域及分使用功能的集中控制。”在评审会中，与会专家一致认为此条应单独设置，以突出其重要性，从而对电气设计中的节能方面提出要求。智能控制系统是公园配电设计中的重要环节，系统设计、产品选择直接影响以后园区照明用电的节能效果。园区内的景观照明灯具分为功能性照明灯具：庭院道路灯、草坪灯；景观性照明灯具：照LOGO墙灯、照树灯、地埋装饰灯等。对这些灯具的控制，要分为平时、普通节日、重大节日进行具体的程序设计，既要表现出应有的夜景照明效果，也要做到节能。由于现在生产照明自动控制器的厂家很多，且各有其优缺点，设计人可根据所设计工程的实际情况，灵活选择智能照明控制系统，对此，规范不做具体要求。如图2所示。

4 TT系统

新规范7.3.8条：“园区配电线路接地宜采用TT系统，设置剩余电流保护器（RCD）作接地故障保护，其剩余电流值为100mA，脱扣时间不大于0.3s，配电系统接地电阻不大于250Ω。”本条规范为新加条文，确定了公园配电系统采用TT接地系统的原则。TT接地系统如图3所示。

4.1 TT接地系统为何适用于园林工程

图2 智能照明控制系统

从图3可知，TT系统的电气装置保护接地各有各的接地极。正常时装置内的外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互窜，很好地解决了园区内难以实施等电位联结的问题，比较安全可靠。

图3 TT接地系统

4.2 TT接地系统的接地故障保护

《民用建筑电气设计规范》第7.7.7条规定：TT系统接地故障保护的动作特性应符合下式要求：

式中RA为接地极和外露可导电部分的保护导体电阻之和，单位为欧姆；Ia为保护电器的动作电流（对剩余电流动作保护器，应是额定剩余动作电流，单位为安培）；其中50V为正常环境的安全电压限值。室外照明设计中，室外照明灯具属于固定使用的用电设备，但应考虑到雨雪天气时环境潮湿，安全电压限值应为25V，则公式1为：

即要求RA≤25V/Ia。当Ia=I△n=100 mA时，RA≤25 / 0.1→RA≤250Ω。这个电阻值很大且容易实现，因此漏电保护可以作为TT系统户外照明装置的接地故障保护。实际工作中一般要求灯具的接地电阻小于等于100Ω，远小于规范要求，从而保证了发生漏电情况时对人体的安全性。

4.3 剩余电流动作保护器（RCD）在TT系统中使用的必要性

TT接地系统内发生接地故障时，其故障电流需通过保护接地RA和系统接地RB两个接地电阻返回电源，由于这两个接地电阻的限制，故障电流较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。因此为防人身电击事故发生应安装RCD来快速切断电源。

4.4 剩余动作电流值的整定

《民用建筑电气设计规范》中7.7.10规定：“手持式或移动式用电设备、插座回路等回路均应设置剩余电流动作保护。”室内配电线路一般在几米到几十米之间，为避免维护人员直接接触而遭电击，要求剩余动作电流I△n≤30mA。由于线路短，正常泄露电流较小，日常运行时发生误动作机率小。而园林室外照明和室内的情况大不相同，配电线路的长度大多数在100m～200m之间，甚至更长，再加上灯具与电缆本身也有一定的泄露电流，正常运行时，配电回路的泄露电流较大。所以若仍然设定剩余动作电流为30mA，会经常发生因误动作而出现跳闸的现象，从而使供电的可靠性大大降低。因此为确保户外照明装置的供电可靠性，应正确地选择漏电保护器（RCD）的额定剩余动作电流I△n。剩余电流保护器的动作电流（I△n）整定值应符合两方面的要求：

（1）接地故障时应保证可靠动作

按GB 50054-95的规定，剩余电流保护的动作电流I△n应符合下式：

Id1≥ 1.3I△n，一般情况下 I△n整定值不会超过300mA，接地故障电流Id1大于其1.3倍，比较容易满足。

（2）正常运行时，应保证不会动作

为实现这项要求，按IEC标准，I△n应符合IL≤0.3I△n，IL正常运行条件下，线路和灯具等可能产生最大泄漏电流。式中的0.3倍是保证不会影响动作的可靠系数。因为剩余电流动作保护器的动作电流为I△n，而保证不会动作的不动作电流I△no为I△n的50%。必须使I△n值大于正常泄露电流的50%，并留有必要余地，才能保证不误动作。通常选用6mm2左右的铜芯电缆，经查表得每千米的泄漏电流IL约为52mA，线路长度在300m以内时，考虑到气候变化以及灯具泄漏电流因素，且I△n取30mA显然不能保证正常运行，I△n取100mA可保证不会误动作。

4.5 TN-S接地系统应用于园林工程所存在的问题

公园内照明灯具的接地形式若采用TN-S接地系统是有安全隐患的，甚至可能导致电击的严重后果。TN-S接地系统的灯具、电杆、电器盒等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如图4所示的经大地而不是经PE线返回电源的接地故障时，会因故障电流Id不够大，过电流保护电器难以断开，导致故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使变压器中性点电位升高，此电位经过PE线传至灯杆等处外露可导电部分。除非变压器接地电阻较小，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。若以数据说明，在图4中，建筑物由低压架空线路供电，因相线落入水塘而发生接地故障，受图中变电所接地电阻RB和故障点接地电阻RE的限制，接地故障电流不大，假设为20A，它不足以使变电所出现过电流保护电器切断电源。设RB=4Ω，则RB上的持续电压降，即PEN线以及与其连接的PE线、中性线上的持续故障电压Uf=Id×RB=20×4=80V。当Uf沿PE线传导到建筑物内所有外露导电部分上时，由于总等电位联结的作用，建筑物内电气装置外露导电部分和装置外导电部分都处于同一电位水平上。虽然整个建筑物对地电位升高至Uf=80V，建筑物内不会出现电位差且不会发生电击事故。但该电气装置的户外部分并不具备等电位联结的作用，图4中户外的一台设备因PE线传导电位而带Uf=80V的故障电压，人站立的地面的电位却仍为0V，接触此设备的人员不可避免的会遭受电击。在这种情况下，即使线路上的空气开关加装了RCD也无济于事，因为RCD只能在所保护的回路内发生故障时起作用，不能防止从别处沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压引起的电击事故。

5 太阳能灯的使用

图4 TN系统PE线传导故障电压可在室外引起电击事故

新规范7.3.12条：“公园照明应以功能照明为主，景观及装饰性照明应考虑生态及周边环境的影响，灯具应选用效率高且节能型产品，市电供电困难的地方宜采用太阳能灯具。”此条文特别指出了太阳能灯的适用范围。近年来，很多公园内的道路照明都大量采用太阳能灯，但经过实际使用，发现了很多问题。太阳能灯有其节能、环保的优点，可它价格昂贵、光效差、太阳能蓄电池板需要定期更换且易被盗窃。因此在使用太阳能灯具时，要根据现场的实际情况谨慎使用。当园区离变电所距离很远，且市电供电困难或者在山区等地，电缆难以敷设时，可优先采用太阳能灯。其他场所应谨慎使用太阳能灯，否则不仅达不到节能的目的，反而会造成不必要的浪费和二次投资。