LED光源具有環(huán)保、節(jié)能、高效、可控、環(huán)境 適應(yīng)性強(qiáng)、更換周期長等優(yōu)勢(shì)。盡管其顯色指數(shù)、 透霧能力和藍(lán)光控制尚在發(fā)展和研究中，但由于庭 院燈所處環(huán)境并非工作場所且人們逗留時(shí)間較短， 因此LED是1種較為理想的庭院燈光源。LED光源屬 于直流負(fù)載，采用交流供電需要在每個(gè)燈具處單獨(dú) 設(shè)置整流、濾波、以及功率因數(shù)控制等裝置。如果 采用直流配電則有利于簡化單燈構(gòu)造，提升LED燈 具的壽命。而且，直流電壓的安全閾值要高于工頻 交流電壓，電擊風(fēng)險(xiǎn)更小[1。2】。 盡管直流配電有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) 尚不完善，配套產(chǎn)品尚不成熟。 對(duì)于處于起步階段 的直流配電而言，首先要解決的問題便是電壓等級(jí) 的選擇。近年來國外研究較多的直流配電電壓等 級(jí)為：美國有關(guān)高校選用的DC380 V、DC48 V、 DC400 V電壓等級(jí)；日本有關(guān)高校選用的DC340 V、DCl00 V電壓等級(jí)；歐洲有關(guān)高校選用的DC750 V、DCl20 V的電壓等級(jí)【3】。與此同時(shí)，國內(nèi)有關(guān)高 校和科研機(jī)構(gòu)也展開了相關(guān)的研究，如文獻(xiàn)[4]提出 的DC750 V、DC400 V、DCll0 V、DC48 V多級(jí)電 壓等級(jí)，文獻(xiàn)[5]提出的DC230／460 V雙極直流配電 電壓等級(jí)等。不同文獻(xiàn)采取的電壓等級(jí)方案各有側(cè) 重，且均沒有專門針對(duì)室外照明場所的研究。本文 將通過分析室外低壓直流配電的電擊風(fēng)險(xiǎn)和供電能 力，來探討可用于室外LED庭院燈的直流配電電壓 等級(jí)。 1 LED庭院燈交流配電時(shí)的用電安全分析 對(duì)于工頻交流而言，一般取50、作為干燥場所的 安全電壓值，25 V作為潮濕場所的安全電壓值嘲。

LED庭院燈通常采用AC220 V工頻交流電壓配電，由于 庭院燈通常工作于室外露天場所，故設(shè)計(jì)時(shí)其安全 接觸電壓通常取25 V。 由文獻(xiàn)[7]可知，當(dāng)燈具距離建筑物小于20 m 時(shí)，應(yīng)采用與建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)相同的接地形 式(通常為TN—S式)；當(dāng)距離大于20 m時(shí)，宜采用 TT接地形式。對(duì)于TN—S系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生接地故 障時(shí)，燈具外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓可高達(dá)約100 v；當(dāng)10 kv側(cè)(小電流接地系統(tǒng))發(fā)生單相接地故 障時(shí)，變配電房共用接地網(wǎng)的對(duì)地電壓較長時(shí)間內(nèi) 將可能高達(dá)約60 V。而對(duì)于室外場所，PE線傳導(dǎo)高 電位將會(huì)增加電擊風(fēng)險(xiǎn)。有鑒于此，部分研究對(duì)于 室外照明的配電系統(tǒng)更傾向于采用TT形式[8J。 TT系統(tǒng)中附加電擊保護(hù)主要依賴于剩余電流動(dòng) 作保護(hù)器(Residual Current Devices，RCD)，而實(shí) 際應(yīng)用中，由于回路泄漏電流的變化及RCD自身因 素，不免出現(xiàn)RCD誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況，給使用帶來 困擾和危險(xiǎn)。且RCD需要定期按動(dòng)實(shí)驗(yàn)按鈕進(jìn)行測(cè) 試，而TT系統(tǒng)中RCD的數(shù)量眾多，對(duì)于RCD的定期測(cè)試又常常容易被忽略。由文獻(xiàn)[9】可知，局部TT 系統(tǒng)存在1處N線對(duì)地絕緣損壞而另l處L線對(duì)地故障 時(shí)，RCD不能檢測(cè)到泄漏電流的情況。由此可知， 對(duì)于TT形式，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)一旦RCD不能及時(shí) 脫扣，燈具外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓將可能高達(dá) 約220V。 因此，對(duì)于LED庭院燈交流配電，由于室外沒 有天然的等電位條件，盡管在設(shè)計(jì)中設(shè)置了相關(guān)附 加電擊防護(hù)措施，但電擊風(fēng)險(xiǎn)依然較大。 2直流電流對(duì)人體的效應(yīng)及安全閾值 2．1 直流電流對(duì)人體的效應(yīng) 由文獻(xiàn)[2]可知，人體對(duì)直流電流(含有不大于 10％方均根值的正弦紋波電流的直流)的感應(yīng)閾約 為2 mA，但沒有確切的擺脫閾。對(duì)于縱向向下的直 流電流路徑(雙腳為負(fù)極性)，其安全系數(shù)近似于 縱向向上的直流電流路徑(雙腳為正極性)的2倍。 對(duì)于電流路徑為左手到雙腳，縱向向上的直流電流 對(duì)人的效應(yīng)。

對(duì)于庭院燈可能出現(xiàn)的手到雙腳電 流路徑的安全電流閾值，當(dāng)接觸電壓為正極時(shí)，為 不小于256 mA，負(fù)極時(shí)，為不小于128 mA。對(duì)于跨 步電壓，盡管安全電流閾值較高，但考慮跨步電流 可能導(dǎo)致肌肉收縮從而引起人體摔倒，繼而電流路 徑可能變?yōu)槠渌撝蹈〉穆窂?。因此，本文參?交流配電系統(tǒng)，以接觸安全電壓值作為跨步安全電 壓參考值。 綜合圖1、表1可知，當(dāng)長期通過人體的電流超 過表2所列相應(yīng)安全閾值時(shí)，可能會(huì)危及生命安全。 如果可以將電擊電流控制在相應(yīng)安全閾值范圍內(nèi)， 或者通過切斷故障電源將電流．時(shí)間特性限制到圖1 中c1曲線左側(cè)，則可以有效降低電擊風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到 切斷故障電源會(huì)影響到人們對(duì)室外照明的需求，因 此本文優(yōu)先考慮限制接觸電壓的方式。 3接觸電壓分析 3．1直流電壓與人體電阻 由文獻(xiàn)[2]可知，不同直流接觸電壓對(duì)應(yīng)的人體 電阻及計(jì)算電流如表3、表4所示(原文獻(xiàn)中50％級(jí) 阻抗值被認(rèn)為是可取的)。鑒于庭院燈通常的工作 環(huán)境，本文僅分析干燥和水濕潤的條件，不考慮燈 桿浸入水中的情況。 對(duì)表3、表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，大約200 V是左手到雙腳電流路徑縱向向下電流的安全電壓閾 值，大約120 V是左手到雙腳電流路徑縱向向上電流 的安全電壓閾值。 3．2計(jì)算接觸電壓值 一般而言，室外的電擊風(fēng)險(xiǎn)高于建筑物內(nèi)普通 場所，且縱向向下電流路徑的安全電流閾值較大。 為兼顧照明需求和用電安全，本文考慮采用正極 DC200 V作為配電電壓。由于TN系統(tǒng)具有簡單、可 靠、短路電流大的特點(diǎn)，因此優(yōu)先采用TN接地形式 進(jìn)行分析

當(dāng)采用正極DC200 V作為配電電壓時(shí)，若發(fā)生 接地故障，燈具外露可導(dǎo)電部分的接觸電壓一般不 超過DCl00 V，該電壓比原ACl00 V在用電安全上 有了很大的提高?？紤]發(fā)生接地故障時(shí)PE線斷裂的 情況，此時(shí)配電回路將由TN系統(tǒng)變?yōu)門T系統(tǒng)。一 般情況下，我國大多數(shù)城市的土壤電阻率主要分布 于100～500 Q·m之間，燈桿基礎(chǔ)的自然接地電阻約為30～150 Q，計(jì)算故障電流為1．3-6．7 A。此時(shí)， 各單燈支路處和回路首端的短路保護(hù)器均不能可靠 動(dòng)作，燈具外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地電壓可能接近 DC200 V。為避免燈具表面長期存在較高的接觸電 壓產(chǎn)生安全隱患，應(yīng)考慮在回路首端設(shè)置帶報(bào)警功 能的RCD，以便及時(shí)排除接地故障。 文獻(xiàn)[10]中對(duì)1組垂直接地極(接地極共3根， 每根長9 m，極間距10 m，單根接地極的接地電阻均 略小于2 Q，人地電流均約為20 A)進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù) 據(jù)顯示，接地極附近的跨步電壓最大，離接地極5 m 處跨步電壓為接地極附近的10％，10 m遠(yuǎn)處跨步電 壓接近為零。從垂直接地極的頂端至底端，散流逐 漸加大，且有明顯的端部效應(yīng)。對(duì)于不同的土壤電 阻率，接地極上端部散流越大時(shí)，跨步電壓越高。 鑒于此，由于燈桿的自然接地體埋深通常較淺，散 流區(qū)幾乎在地表附近。因而本文取燈桿外露可導(dǎo)電 部分的直流對(duì)地電壓為接觸電壓考慮。 另外，工程應(yīng)用中，通常配電回路首端電壓會(huì) 達(dá)到標(biāo)稱電壓的105％【6】，對(duì)于標(biāo)稱電壓為DC200 V 時(shí)，首端電壓可達(dá)DC210 V。因此，將庭院燈的標(biāo) 稱供電電壓調(diào)整為正極DCl 90 V時(shí)，回路首端電壓 為DCl99．5 v是符合計(jì)算要求的。 4 LED庭院燈直流配電時(shí)的供電能力 由文獻(xiàn)[7】可知，夜景照明設(shè)備供電半徑不宜超 過0．5 km，照明分支線路每1單相回路電流不宜超過 30 A。以某小區(qū)為例，庭院燈采用16LED．HP高功 率顆粒LED燈具，光源色溫4 000 K，光通量2 500 lm，單燈功率為37．5 W，功率因數(shù)為0．9。以1個(gè)回 路35盞燈具考慮，則回路總功率為1 312．5 w。當(dāng)采 用AC220 V供電時(shí)，計(jì)算電流為6．63 A，采用DCl90 V供電時(shí)，不考慮減少整流電路等元器件對(duì)計(jì)算結(jié) 果的影響時(shí)，計(jì)算電流為6．91 A。由此可知，采用 DCl90 V時(shí)的供電能力與AC220 V時(shí)的相當(dāng)。 5結(jié)束語 綜上可知，對(duì)LED庭院燈采用正極DC 1 90 V直 流配電，不但有利于簡化LED燈具的構(gòu)造、提升 單燈壽命，而且在與AC220 V相同供電能力的前提 下，還能較大地提高室外場所的用電安全性。因 此，該電壓等級(jí)可以作為未來室夕bLED庭院燈照明 配電的1種參考。

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