室外电气设备电击防护措施及接地形式浅探

室外电气设备电击防护措施及接地形式浅探

卢灿球

身份证号码：441900199703131078

摘要：室外电气设备由于所处露天环境中，缺少等电位联结，所以很容易受到天气变化以及人为操作失误等因素所影响，而出现一定的雷击或电击风险，这在某种程度上就会给人们的正常生活及人身安全造成较大威胁。基于此，要想改善现状。就要对室外电气设备加大电击防护力度，并做好其接地设计工作，这样才能更好地保障电气设备的安全稳定运行。本文主要以室外电动车充电桩以及室外路灯为例，对其所采取的电击防护措施与接地形式展开着重分析，以便为相关人士提供参考。

关键词：室外电动车充电桩；室外路灯、电击防护措施；接地形式

前言

不同类型的室外电气设备，其所采取的电击保护措施和接地形式也是不尽相同，按照相应的建筑电气智能化通用规范来划分，可将其分为两种形式，即 TN系统和TT系统。无论哪种电机保护和接地形式，在具体实施过程中都要严格按照国家相应的电气设计规范和标准要求来进行，如IEC标准。这样才能确保室外电气设备的安全稳定运行，进而切实满足人们的日常使用及安全使用需求。

1.电击防护机理分析

1.1TN系统防护机理

当室外电气设备发生接地故障时，TN系统可以第一时间利用自身的保护电器及回路阻抗来满足自动电源切断要求。其工作机理可用公式（1）进行表示，在该式中，Z s是指接地故障回路阻抗、

Ia是指故障防护电器实施故障回路切断动作的电流、U0是指相导体对地电压。首先，当设备处在供电距离远、故障回路阻抗明显的环境下时，一旦相线与设备外壳出现碰壳故障，如图一所示。若接地故障电流Id不明显，且过电流保护器无法发挥正常保护动作时，就要合理设计剩余电流保护器，并将其作为设备接地故障防护措施。其次，当设备相线与中性线之间出现短路故障，如图二所示，且故障电流Id 未流经 PE线，而RCD也无法产生任何动作的情况下，要想实现对室外电气设备的电击保护，就要通过适当缩小供电距离、放大电缆截面等措施来实现这一目标。最后，当室外配电箱中其他配电回路发生接地故障时，PE导体就会很容易将故障电压传导至室外电气设备的外壳，进而使其在缺少等电位联结以及故障回路不能第一时间切断的情况下产生相应的电击风险。针对这种电击风险，就要通过在室外设置人工等电位联结网的形式来应对，在这一过程中，必须确保设备接触电压最大限制达到25 V，这样才能实现对设备安全的有效保护[1]。

图一 相线与设备外壳之间的碰壳故障

图二 相线与中性线之间的短路故障

图三 PE 导体传导故障

1.2TT系统防护机理

RCD作为室外电气设备的主要保护电器，其防护机理可通过公式（2）进行表示。在该式中，RA 是指室外电气设备外露的导电部分与接地极和PE导体之间产生的供电电阻；IΔn是指RCD保护器的额定剩余动作电流。

2.电击防护及接地形式设计要点分析

2.1室外新能源汽车充电桩的电击保护及接地形式

新能源汽车充电桩在日常使用时，由于需要人工手持充电插头，所以一旦其出现电击事故，势必会给人们的生命财产安全构成较大威胁。基于此，为了避免这种情况的发生，就要将剩余动作电流小于30mA 的RCD作为充电桩的电击防护措施。另外，由于充电桩的充电回路可以实现AC-DC 变换，所以其内部很容易存有一定的泄露电流，这就需要在设置电击防护措施时，要将A型或 B型剩余电流保护器作为主要选择对象。但当室外充电桩处在TN-S系统供电保护环境中时，其配电系统难免会出现PE 导体传导故障。这种情况下，为了实现对充电桩的全面防护，不仅要采用额定剩余动作电流不超过 30 mA的RCD作为保护电器，还要按照相应的电气设计规范合理设置辅助等电位联结网。相对而言，若充电桩处在局部 TT系统供电保护环境下，在设计其电击防护措施和接地形式时，就要采用额定动作电流为30 mA的RCD，同时还要根据潮湿环境的安全电压25V，按照公式（2）对充电桩外露可导电部分的接地极和 PE 导体的电阻予以准确计算，当计算结果为833Ω时，证明电击防护措施完全满足RCD 可靠性动作要求[2]。

2.2室外路灯的电击保护及接地形式

在这一环节，主要以居民小区道路、公共空间、停车场等人员密集场所的室外照明系统为例。因为这些场所中的室外路灯不仅缺少等电位联结，而且路灯布置也是较为分散。若是采用TN系统供电作为其电击保护形式，由于供电距离远，且接地故障电流小，所以很难让RCD在规定时间内做出相应的电源保护动作。另外，若是将等电位联结网作为各路灯的附加保护措施，还会大大增加接地设计成本。基于此，要想最大化减少PE导体传导故障的发生，就要将TT系统供电作为室外路灯配电防护措施和接地形式。

在具体设计时，应掌握以下两方面设计要点：首先，要合理选择路灯回路泄漏电流及RCD 动作保护电流。与室外充电桩相比，室外路灯的配电供电距离相对较远，且各RCD需承担多套路灯的电击防护功能，这就导致路灯线路及用电设备产生较大的泄漏电流。而依据TT系统户外照明单相供电流程，如图四所示。若室外路灯单相供电电距离为500m时，在设计220/380 V单相及三相线路穿管敷设电线泄漏电流时，就要依据表一中的参数来实施。从该表可以得知，RCD1处的泄漏电流可以设置为16.5 mA、RCD2 处的泄漏电流可设置为0.1 mA，这样才能满足相应的民用供配电设计规范要求。另外，为了避免室外路灯照明装置在绝缘老化的情况下，会产生更大的泄漏电流，还要根据实际情况，适当减小单相供电距离，并采用三相供电，这样就会通过三相泄漏电流的矢量来抵消一部分泄漏电流；其次，合理设置TT系统路灯回路RCD。在这一过程中，应严格按照IEC标准开展实施。不仅要将I

Δn小于30 mA的RCD作为路灯附加防护措施。而且还要将剩余电流动作保护器作为室外照明配电终端回路的附加防护措施，这样既可以满足室外路灯的安全使用和运行需求，同时也降低RCD 误动作风险发生概率。此外，还要充分考虑泄漏电流对路灯的影响，严格按照建筑电气与智能化通用规范，在各路灯灯杆处配置30 mA的RCD，而配电回路出线处的电击防护措施和接地形式，就要根据RCD 额定动作电流和动作时间的级差来选择，如图五所示。尽可能保证RCD1的额定动作电流远大于RCD2的额定动作电流。但RCD1的额定动作时间要小于RCD2的额定动作时间[3]。

图四 TT系统户外照明单相供电流程

表一 220/380 V单相及三相线路穿管敷设电线泄漏电流设计值mA/km

图五 TT系统路灯回路RCD布置流程

结束语：

综上所述，室外路灯和新能源电动充电桩都是常见的室外电气设备。为了使其在运行使用过程中不会出现电击风险，前提条件就是要按照相应的通电规范，结合实际情况，对其电击防护及接地形式实施科学合理的布置。在具体执行时，必须确保相关工作人员的专业化水平，使其能够全面掌握室外电气设备的电击防护需求和IEC标准，这样才能保证所选的电击防护措施和接地形式可以充分满足室外电气设备的安全稳定运行需求。

参考文献

[1]陈壬贤,朱涛,郑书洧.兼顾安全和可靠的道路照明电击防护形式[J].照明工程学报, 2019, (05):22-23.

[2]陈谦.室外充电桩接触电压和跨步电压防护分析[J].建筑电气, 2023,

(11):42-43.

[3]陈天铭,陈旭文.室外长距离照明配电接地型式及电击防护研究[J].建筑电气, 2020, (07):10-11.