淺談包頭建設路體育館建筑景觀照明配電設計

摘 要：為了保證景觀燈具能夠達到照明設計師的設計要求和燈具的使用安全，提高燈具的壽命，需要電氣設計人員做好景觀照明配電設計。從以下四點，來闡述景觀照明配電設計方法：配電箱定位、配電纜線路由的選取、剩余電流動作保護器的選擇、景觀照明燈具接地保護。設計通過對包頭建設路體育館景觀照明配電設計在細節上的把控，不僅可以保證景觀照明的藝術效果，還可以減少燈具維修次數，在經濟上為業主單位節省維修費用。當人體接觸到燈具時不會被電擊傷。燈具安裝在高層建筑外立面時合理的接地保護可以保證燈具的正常使用。

關鍵詞：景觀照明；配電設計；剩余電流動作保護器；接地

0 引言

目前，隨著我國城市建設的加速發展，建筑立面景觀照明發展很快，景觀照明的配電根據燈具設備的更新也在不斷發展。景觀照明配電與室內相比，更注重燈具的使用壽命和燈具暴露在室外惡劣的環境下，會造成燈具和導線絕緣老化，易發生人體電擊的情況。因此合理地選擇供電路由和燈具上級保護開關相當重要。現今在高層建筑外立面LED燈具做建筑勾邊照明非常普遍，燈具外殼在室外環境下會積聚電荷，因此合理地設計釋放這些電荷的方法對于燈具正常工作非常重要。

本文結合《民用建筑電氣設計規范》上對景觀照明配電設計的要求，完成了包頭建設路體育館景觀照明配電設計。在設計過程中對燈具數量和導線供電距離進行限制，使燈具在正常工作時泄露電流不會對人體造成電擊傷害，對LED燈具進行靜放電抗擾度檢測，LED燈具在空氣和接觸靜放電條件下可以正常工作，達到了效果和安全共贏的要求。

1 景觀配電系統可行性研究

1.1 建筑概述

包頭建設路體育館平面由圓形和長方形疊加組合構成，外部為半徑58米的圓形。內部看臺與比賽大廳為長方形。比賽場地設計尺寸為70米長、40米寬，可滿足體操、手球、籃球、排球等單項比賽的要求，有7800個座位。可以通過布置活動座位來調節場地大小，從而取得較好的比賽觀看效果。體育館的看臺分上下兩層。總建筑面積23460平方米，占地面積12920平方米。由山東冠魯集團下屬冠魯建設股份有限公司承建。

1.2 景觀配電系統研究

包頭建設路體育館景觀照明歸由當地的市政路燈管理處管理，電源由體育館內的配電室低壓柜提供。從建筑電氣設計了解：本館景觀照明屬于三級負荷，電源部分采用220V/380V，TN-S供電系統。場館是圓形建筑設計，地上四層，地下一層，地下一層東西各有一個配電室。因此可以把場館分成東西兩區，在東西配電室各設一個照明總箱，西區稱為JG-AL1，東區稱為JG-AL2。在一層和三層為每個總箱配一個照明分箱，分別承擔兩層景觀照明負荷，確保末端設備至電源箱的距離不超過100m。用電計量設在兩個總箱中。用電計量主要是為了方便物業統計景觀照明的用電量。體育館高度超過24米，屬于一類建筑且在開運動會時人流密集，因此配電主電源和各個分支回路均采用WDZ-YJ（F）E電纜穿SC（鍍鋅鋼管）敷設。

2 景觀配電系統可行性設計

2.1 景觀照明燈具周邊環境簡介

IEC（國際電工委員會）將室外照明設備列為電擊危險大的特殊裝置。這是因為室外照明裝置需承受種種惡劣環境條件的影響，例如雨淋、日曬、風吹等氣候條件以及當地某些腐蝕性氣體和塵土的危害。它還暴露于不懂電氣安裝的公眾前，也易受鳥類或其他動物的觸動。這些不利因素使它易受機械損傷，其絕緣水平也易下降，從而導致電氣事故的發生。和其他室外電氣裝置一樣，它還存在另一些不利因素，即它通常處于無等電位聯結的場所，在相同故障情況下室外照明裝置較室內照明裝置的接觸電壓高，從而增大了電擊致傷的危險。

由于包頭地區多風沙，所以景觀照明燈具燈具防護等級應都在IP54以上。第一個數字是放固體異物進入的要求：5即表示防塵。第二個數字是防水進入的要求：4即表示防濺水。

2.2 景觀照明燈具上級開關保護

根據《民用建筑電氣設計規范 JGJ16-2008》10.9.3.4室外分支線路應裝設剩余電流動作保護器。[1]在考慮動作電流和動作時間時，應參照表1的曲線：

圖1 交流電流通過人體時的效應

因為電流通過人體時引起的心室纖維性顫動是電擊致死的主要原因，通過人體的電流越大，電流效應作用的時間越長，人體電擊致死的危險越大。因此為避免人體電擊致死，應盡量限制通過人體的電流，并盡量縮短電流通過人體的持續時間。

在圖1中有4個電流效應的區域，在各區域內人體對電流效應的生理反應是這樣的：

○1區直線a左側的區域，通常無感覺。此值與電流通過的持續時間長短無關。

○2區直線a與折線b之間的區域，有電的感覺，但無病理反應。

○3區折線b至曲線c之間的區域，通常無器官損傷，可能出現肌肉收縮、呼吸困難、心房纖顫、無心室纖顫的短暫心臟停跳，此等病理反應隨電流和時間的增大而加劇。

○4區曲線c右側的區域，除出現③區的病理反應外，還出現導致死亡的心室纖顫以及心臟停跳、呼吸停止、嚴重燒傷等反應，它隨電流和時間的增大而加劇。

通常以③區內離曲線c一段距離的曲線L作為人體是否安全的界限，如圖1所示。從曲線L可知，通過人體電流小于30mA，人體就不致因發生心室纖顫而電擊致死。據此在建筑外立面上安裝的景觀照明燈具上級開關都選用額定動作電流值取為30mA的高靈敏度剩余電流動作保護器。[2]

由于配電線路和用電設備本身會有一定的泄露電流，根據《工業與民用配電設計手冊（第三版）》的要求“配電線路的剩余電流動作保護器動作電流應不小于正常運行泄露電流的2.5倍，同時還應不小于其中泄露電流最大的一臺用電設備正常運行泄露電流的4倍。”

在體育館景觀照明項目中，筆者在布置室外分支回路時保證供電距離最遠要求不超過100m。

表1 單相及三相線路埋地、沿墻敷設穿管電線每千米泄露電流 單位：mA/km

絕緣材料

截面（mm2）

4

6

10

16

聚乙烯

17

20

25

26

剩余電流動作保護器的額定動作電流應大于被保護回路的正常泄漏電流，并留有一定的裕量，以適應電纜線日久回路絕緣電阻降低、用電設備增加以及氣候變化等因素引起的泄漏電流增大。基于這些考慮，在設計安裝中應限制剩余電流動作保護器所保護回路內的設備數量，使通過剩余電流動作保護器的正常泄漏電流不超過額定動作電流的0.4倍，即12 mA。[2]筆者在配電箱內選用的是動作電流為30mA，動作時間為0.1s的剩余電流動作保護器。[3]拿JG-AL1箱的WL2回路舉例：這個回路帶了10盞70W金鹵投光燈，單燈的泄露電流在0.2～0.3mA之間，10盞燈具泄露電流為0.3×10=3mA。經現場測量回路WDZ-YJ（F）E-3×4電纜約90米，電纜的泄露電流為17÷1000×90=1.53mA。此回路燈具和電纜總泄露電流為3+1.53=4.53 mA<12mA。在設計景觀照明燈具時還要注意供電距離不要太遠，首先是壓降問題，其次如果離配電箱開關過遠，工人在檢查燈具時可能造成配電箱被人誤合開關造成觸電事故。

3 景觀照明燈具接地保護可行性設計

根據體育館建筑電氣設計圖紙，室內接地系統是TN-S系統。本景觀照明配電系統是在配電室低壓柜開關取電，總箱也設置在配電室旁邊的專用房間內，然后通過分支管線為燈具供電，燈具安裝于建筑屋頂和建筑外立面幕墻上，因此其接地系統應與建筑物室內系統接地形式相一致。在接地設計時做了如下方案：

凡正常不帶電而當絕緣破壞時有可能帶電的燈具外殼均應可靠接地。突出屋面的燈具、金屬管線及電氣設備外殼等應與建筑物避雷裝置可靠連接。建筑立面的管線就近與該建筑的防雷接地系統可靠聯接。當管線集中的地方可采用金屬線槽明敷，線槽全長應不少于2處就近與該建筑的接地干線可靠連接。

體育館外立面采用大量LED線型燈。因為現在的LED燈具都是從交流220V取電，經過隔離變壓器（集成在燈體或者單獨做一個電器盒）輸出直流24V或者12V為LED模組供電。如果模組在強磁場和大電壓化境下，會造成模組被燒毀，造成較大的損失。因此在燈具廠家供貨產品中，隨機選出燈具做了靜放電實驗，檢測LED燈具產品質量。

對LED做靜放電實驗需參照《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2；2001》。靜電放電抗擾度試驗主要檢查人或物體在接觸設備時所引起的放電（直接放電），以及人或物體對設備鄰近物體的放電（間接放電）時對設備工作造成的影響。所以靜電放電不會對人產生很大的傷害，但對集成電路芯片等電子產品可能產生破壞性的危害。靜電放電試驗對LED燈具的測試等級為：接觸放電4kV；空氣放電：8kV。[4]在檢測過程中燈具在接觸和空氣放電過程中，燈具光效不變或者只有瞬時閃爍，均算合格。如果試驗中燈具熄滅，實驗結束后也不能恢復工作狀態，即認為此燈具不合格。在廠家燈具做檢測時，發現一些廠家的燈具雖然滿足空氣放電的測試要求，但是在做接觸放電實驗燈具模組燒毀，其原因是燈具內部絕緣層不符合要求，甚至樣品燈內部就沒有絕緣材料。

LED燈具在室外工作環境下外殼會積累大量電荷，通過接地措施，將其釋放。做法是：外殼要與建筑的接地干線或者外甩點可靠連接。如：在建筑外立面的LED線型燈，最長的一條燈帶達23.8米，由23盞1米和1盞0.8米（定制）LED燈組成。具體實施：沿燈具敷設一條40*4的熱鍍鋅扁鋼。扁鋼首端與屋頂避雷帶、樓層均壓環外甩點可靠聯接，末端與建筑物底部接地外甩點可靠聯接，扁鋼首尾的連接點不應少于2處。每盞燈具外殼均用不小于6mm2銅線與扁鋼聯接。方案提出的時候業主認為，增加了大量的熱鍍鋅扁鋼，造價增高。但一個一米長LED燈具售價就在千余元左右，增加的扁鋼造價肯定要比日后維護、更換燈具的費用要低的多。業主采納了以上做法。

4 結語

（1）經過現場對燈具數量和供電距離的約束，在人體接觸外露燈具時即使有能使人產生電擊感覺的泄露電流，剩余電流動作保護器的也能在額定動作時間內斷開故障電流，保護人身安全。

（2）靜放電實驗能夠檢測LED燈具在空氣和接觸放電時的工作狀態。

（3）安裝在建筑外立面的LED燈外殼需要與建筑的接地系統可靠連接，來保證外殼多余電荷的釋放。這種措施可以保障燈具的正常工作。

參考文獻：

[1]民用建筑電氣設計規范[S].JGJ16-2008.

[2]王厚余.建筑物電氣裝置500問[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗[S].GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2，2001.