道路照明間接接觸防護(hù)

【摘 要】結(jié)合新版GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》探討道路照明接地形式及間接接觸防護(hù)措施，分析不同接地形式的特點(diǎn)及存在的問題，喚起大家對(duì)道路照明間接接觸防護(hù)的重視，給道路照明配電設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】道路照明；間接接觸防護(hù)；接地形式

1.引言

隨著本市城市建設(shè)的發(fā)展，特別是新區(qū)的啟動(dòng)，城市道路照明規(guī)模也不斷擴(kuò)大，大量的照明裝置在新建的廣場、街道、公園、道路、居住小區(qū)都隨處可見，與人們生活的環(huán)境密切相關(guān)。因此，道路照明裝置的用電安全性及配電可靠性，是一個(gè)不可忽視的重要問題。

很多人在討論TT還是TN-S接地形式的安全性，也在討論在燈頭加漏電開關(guān)還是熔斷器，但是忽略了線路上的問題，現(xiàn)在路燈供電距離都很長，一個(gè)回路超過500米很常見，有的甚至能達(dá)到1000米，有沒有考慮如何對(duì)末端單相接地短路電流進(jìn)行保護(hù)呢？ 甚至一些設(shè)計(jì)師僅關(guān)注電壓降問題，對(duì)路燈間接接觸防護(hù)根本不考慮。由于道路照明裝置用電情況的特殊性，其接地故障保護(hù)值得引起更多的關(guān)注和思考。

2.道路照明間接接觸防護(hù)措施及接地形式

路燈由于暴露于戶外、常受風(fēng)霜雨雪的侵蝕，負(fù)荷分散、線路長、泄漏電流大，又屬于Ⅰ類電擊防護(hù)等級(jí)的設(shè)備，其金屬燈桿及構(gòu)件、殼體常處于人體容易觸及的范圍。當(dāng)發(fā)生接地故障而使金屬燈桿及構(gòu)件、殼體帶電時(shí)，人體與之接觸將招致電擊，而危及人身安全。這方面的案例已經(jīng)很多，造成人員傷亡、賠償、追究責(zé)任的事件屢見不鮮。

根據(jù)新版GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.1條間接接觸防護(hù)措施為：

（1）采用Ⅱ類設(shè)備；

（2）采取電氣分隔措施；

（3）采用特低電壓供電；

（4）將電氣設(shè)備安裝在非導(dǎo)電場所內(nèi)；

（5）設(shè)備不接地的等電位聯(lián)結(jié)。

在使用Ⅰ類設(shè)備。預(yù)期接觸電壓限制為50V的場所，當(dāng)回路或設(shè)備中發(fā)生帶電導(dǎo)體與外露可導(dǎo)電部分或保護(hù)導(dǎo)體之間的故障時(shí)，間接接觸防護(hù)電器應(yīng)能在預(yù)期接觸電壓超過50V且持續(xù)時(shí)間足以引起對(duì)人體有害的病理生理效應(yīng)前切斷該回路或設(shè)備電源。

城市道路照明配電系統(tǒng)的接地形式主要是從間接接觸電擊防護(hù)的角度來考慮，其中，自動(dòng)切斷電源是通常普遍采用的保護(hù)方法。

CJJ45-2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》6.1.9條規(guī)定，道路照明配電系統(tǒng)的接地形式宜采用TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。目前當(dāng)?shù)刂鞴懿块T還未統(tǒng)一這方面的做法，現(xiàn)行兩種接地形式都有在使用。本文分別討論在不同接地形式下路燈的間接接觸防護(hù)。

3.道路照明TN-S接地形式

TN-S接地形式是把工作中性線N和專用保護(hù)線PE嚴(yán)格分開，采用它的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專用保護(hù)線上沒有電流，只是工作中性線上有不平衡電流。PE線對(duì)地沒有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護(hù)是接在專用的保護(hù)線PE上，安全可靠；其缺點(diǎn)是路燈設(shè)于戶外，易遭受雷擊，沿PE線可能把高電位引入配出電源的建筑物，也可能把電源側(cè)的故障電壓傳導(dǎo)至路燈從而造成人身傷害事故。

由參考文獻(xiàn)【4】及中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院任元會(huì)老師有關(guān)《城市道路照明配電系統(tǒng)接地方式和配電線路保護(hù)的探討》文獻(xiàn)的要點(diǎn)，本文按常用的情況來設(shè)定幾種參數(shù)進(jìn)行通用分析，按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）P154～P163表4-21、表4-24、表4-25等提供的計(jì)算方法來計(jì)算接地故障電流，得出下面兩個(gè)表格供大家參考。

道路照明由一臺(tái)SCB-9-10/0.4kV， 200 kVA ，D，Yn-11（Uk=4.5%）箱變供電。箱變內(nèi)帶3m長TMY-4（40×4）低壓母線。箱變到路燈控制箱干線為YJV-1/0.6KV- 4x35+1x16。系統(tǒng)短路容量Sd =300MVA。

根據(jù)GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.4條規(guī)定：

Iset1≥IC （1）

Iset3≥Krel3 Iset1 （2）

Idmin≥1.3 Iset3 （3）

式中：Idmin——照明線路預(yù)期短路電流中的最小短路電流，A。

Iset1——斷路器長延時(shí)過電流脫扣器整定電流，A。

IC—— 照明線路計(jì)算電流，A。

Iset3——斷路器瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流，A。

Krel3——斷路器瞬時(shí)過電流脫扣器可靠系數(shù)，取決于電光源啟動(dòng)狀況和斷路器特性，高壓鈉燈取4～7，本次按5考慮。

表一 TN-S系統(tǒng)不同規(guī)格（YJV）銅芯電纜的單相接地短路電流 （A）

電纜規(guī)格mm2配電線路長度（m）

4005006007008009001000

5x1616413211094837466

4x25+1x162031631361171039182

5x25253203170146128114103

4x35+1x1622317915012911310191

5x35349281236203178159143

表二 TN-S系統(tǒng)用斷路器時(shí)符合公式（3）規(guī)定的Iset1/ Iset3最大允許值

電纜規(guī)格mm2配電線路長度（m）

4005006007008009001000

5x16≤25/125------

4x25+1x16≤25/125≤25/125-----

5x25≤32/160≤25/125≤25/125----

4x35+1x16≤32/160≤25/125-----

5x35≤50/250≤40/200≤32/160≤25/125≤25/125--

通過上面計(jì)算表格可知，只要電纜截面與電纜長度滿足對(duì)應(yīng)的選擇關(guān)系，就可以認(rèn)為配電回路能滿足接地故障保護(hù)靈敏性的要求，并得出以下結(jié)論【4】：

a.線路長度在500米以下時(shí)，斷路器可以滿足短路保護(hù)（TT系統(tǒng)能滿足除接地故障外的短路保護(hù)），TN-S系統(tǒng)能兼作接地故障保護(hù)；線路長度在800米以上時(shí)，基本上不能滿足保護(hù)要求。

b.能滿足保護(hù)要求的，也是靠加大電纜截面才能達(dá)到。

c.采用TN-S系統(tǒng)，加大電纜PE線截面，比加大相線截面更有效，如用1（5x25mm2）比用1（4x35+1x16mm2） 電纜的接地故障電流明顯要大。

d.建議線路長度在500m以上時(shí)，采取分區(qū)配電，增設(shè)路燈配電箱。

如上可知：當(dāng)?shù)缆氛彰鞯呐潆娋€路不很長，用斷路器兼作接地故障保護(hù)，經(jīng)計(jì)算能符合GB50054-2011規(guī)定時(shí)，可以采用TN-S接地方式。

值得注意的是，由推倒公式：

RB≤0.29RE（正常干燥場所）【1】

RB≤0.13RE（潮濕場所）

式中RB——TN系統(tǒng)中所有PE線并聯(lián)的接地極的接地電阻，Ω；

RE——不與PE線相連接的裝置外導(dǎo)電部分與大地間的最小接觸電阻，Ω。

因RE是隨機(jī)值，難以對(duì)其規(guī)定一個(gè)安全限值。從防電擊考慮，應(yīng)盡量降低變壓器中性點(diǎn)接地電阻RB值，有專家建議電源系統(tǒng)接地電阻小于2Ω較好。同時(shí)降低金屬電桿的接地電阻值，如在保護(hù)線（PE）上多做重復(fù)接地。在路燈設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中，通常的做法是：當(dāng)采用TN-S接地形式時(shí)，在每桿路燈下打一根50mmx50mmx5mm、長度2500mm的角鋼接地極，將PE線與金屬燈桿及構(gòu)件、燈具外殼、燈桿基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋、人工接地極等連接成一個(gè)整體。

我們可以根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)，依據(jù)路燈配電箱的配電距離，選擇適當(dāng)?shù)慕孛婧团潆姺绞絹碚〝嗦菲鳎詽M足間接接觸防護(hù)保護(hù)的要求。

4.道路照明TT接地形式

在TN-S系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)缆氛彰鞯呐潆娋€路較長，線路末端（按最不利因素考慮）發(fā)生接地故障時(shí)，其接地故障電流比較小；配電線路首端的斷路器采用瞬時(shí)過電流脫扣器兼作接地故障保護(hù)時(shí)，很難保證按GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，在5s內(nèi)切斷故障電路。

近年來，許多業(yè)界專家和學(xué)者對(duì)室外道路照明配電系統(tǒng)的接地形式進(jìn)行了很深入的分析和討論，認(rèn)為“道路照明的間接接觸防護(hù)保護(hù)及有關(guān)的接地形式最好采用TT接地形式”【2】，筆者對(duì)此表示贊同。

TT接地形式是將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地，因而可以減少觸電的危險(xiǎn)性，采用它的優(yōu)點(diǎn)是更安全，缺點(diǎn)是其故障電流小，不能用熔斷器或斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器兼做接地故障保護(hù)，而應(yīng)使用剩余電流保護(hù)器作接地故障保護(hù)（GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.18條）。此時(shí)，其保護(hù)靈敏度更高；但由于戶外潮濕等因素，如果線路過長，其泄漏電流較大，如果整定電流不當(dāng)（整定值過小），將會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作，所以要求正確合理整定其動(dòng)作電流。

由上可知：采用TT系統(tǒng)時(shí)，正確合理地選擇漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流非常重要。

4.1. TT系統(tǒng)額定剩余動(dòng)作電流值選擇的依據(jù)

GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》5.7.5條規(guī)定：“選用的剩余電流保護(hù)裝置的額定剩余不動(dòng)作電流，應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)泄漏電流最大值的2倍。同時(shí)本規(guī)范附錄B.6指出：“額定剩余不動(dòng)作電流的優(yōu)先值為0.5 I△n。如采用其他值時(shí)，應(yīng)大于0.5 I△n”。即有：

I△n≥4Imax

式中：I△n——剩余電流保護(hù)裝置的額定剩余動(dòng)作電流。

Imax——被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)泄漏電流最大值

4.2. TT系統(tǒng)干線額定剩余動(dòng)作電流值的設(shè)定

路燈回路正常運(yùn)行泄漏電流Imax主要由三部分組成：各燈具正常泄漏電Ix1、各燈具引接線正常泄漏電流Ix2和干線正常泄漏電流Ix3。

a.對(duì)于Ix1，根據(jù)GB7248-87《電光源的安全要求》規(guī)定，“B15d、B22d、E27、E40和G13型燈頭的絕緣電阻，在正常氣候下不應(yīng)低于50MΩ，在潮濕氣候下不應(yīng)低于2MΩ”。由此推算HID燈（220V）的正常泄漏電流，分別應(yīng)是220V/（50～2）MΩ=0.0044～ 0.11mA。

對(duì)于單相回路的路燈而言，燈具總泄漏電流即為各燈具泄漏電流之代數(shù)和。而對(duì)于三相回路燈而言，因路燈干線為三相配電且均衡分布，則其泄漏電流之矢量和Ix1基本為0。這也是按三相配電的優(yōu)勢(shì)所在。

b.單套燈具的引接線（BVV線，12米高路燈長度為15m）正常泄漏電流可查《工業(yè)與民用配電手冊(cè)》第二版第637頁表11-43，近似為50mA/km。若為三相配電回路，可認(rèn)為其矢量和Ix2為0。

c.若選用25mm2左右的YJV銅芯電纜（YJV電纜為聚乙烯絕緣，泄漏電流比采用聚氯乙烯絕緣的VV電纜小很多且兩者價(jià)位相差不大），由配電手冊(cè)表11-43可知，每KM的泄漏電流約為29mA，線路長度在800m以內(nèi)時(shí)，則Ix3=（800m/1000m）×29.0 mA=23.2mA。于是，一個(gè)完整的三相路燈回路的正常最大泄漏電流理論值為Imax= Ix1+ Ix2+ Ix3≈23.2（mA）。

因此，干線開關(guān)RCD的額定漏電動(dòng)作電流I△n≥4Ix =4×23.2mA=92.8mA。根據(jù)RCD的制作規(guī)格（優(yōu)選值）， I△n取值為100mA、300mA、500mA等，受限于電纜敷設(shè)施工質(zhì)量、電纜接頭絕緣水平、雨天潮濕天氣等因素的影響，100mA的漏保動(dòng)作電流偏小，影響路燈的正常運(yùn)行。根據(jù)市政路燈維護(hù)部門的經(jīng)驗(yàn)，如采用漏電開關(guān)，漏保動(dòng)作電流可取300mA。

以上舉例介紹了漏電電流的確定過程，大家可根據(jù)實(shí)際工程情況借鑒。由于室外環(huán)境的特殊性、 線路泄漏電流的隨機(jī)性， 要使RCD整定值躲過正常的泄漏電流，當(dāng)線路較長、燈具較多時(shí)，實(shí)在難以整定。當(dāng)然，必要時(shí)在不同的季節(jié)、不同的氣候條件下，對(duì)線路泄漏電流進(jìn)行實(shí)際測量以確定RCD的整定值，采用可調(diào)的RCD是最有效的解決辦法。

4.3. TT系統(tǒng)RCD的級(jí)間配合及接地

盡管規(guī)范未明確路燈線路是否要做到嚴(yán)格的級(jí)間配合，而在設(shè)計(jì)中則應(yīng)盡量予以滿足。當(dāng)末端燈具開關(guān)采用熔斷器，而干線開關(guān)采用RCD時(shí)，則無論在分?jǐn)鄷r(shí)間或動(dòng)作電流上，二者都較難配合，即當(dāng)熔斷器的負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，作為配電線路干線開關(guān)的RCD很可能出現(xiàn)越級(jí)跳閘。當(dāng)TT系統(tǒng)的路燈采用上、下兩級(jí)RCD保護(hù)時(shí)，若發(fā)生接地故障（常見），通過RCD的動(dòng)作時(shí)間差，無疑能滿足動(dòng)作選擇性要求【3】。可在末端燈具漏電開關(guān)采用I△n=30mA、分?jǐn)鄷r(shí)間為0.1s的單相RCD。當(dāng)要和末端燈具開關(guān)RCD（0.1s）作時(shí)間上的配合時(shí)，干線開關(guān)RCD的分?jǐn)鄷r(shí)間可取0.3s。

此時(shí) RA Ia≤50V

式中：RA——外露可導(dǎo)電部分的接地電阻和PE線電阻之和（Ω）；

Ia——保證保護(hù)裝置切斷故障回路的動(dòng)作電流（A）。

則：RA≤50V/0.3=166Ω；即使在潮濕環(huán)境下RA≤25V/0.3=83Ω。

可見，采用TT接地形式時(shí)接地電阻值的要求比較寬松。為留有必要余地，通常接地電阻不大于50Ω即可。

當(dāng)采用TT接地形式時(shí)，通常的做法是在每桿路燈下打一根50mmx50mmx5mm、長度2500mm的角鋼接地極，整個(gè)路燈沿線敷設(shè)一條40mmx4mm熱鍍鋅扁鋼或φ12熱鍍鋅圓鋼將金屬燈桿及構(gòu)件、燈具外殼、燈桿基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋、人工接地極等連接成一個(gè)整體（即共用接地體），且該連接線與電源接地線是分離的。

對(duì)于是否用扁鋼或圓鋼連接，新版GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.14條與老規(guī)范相比在條文解釋時(shí)進(jìn)行了明確說明：“當(dāng)TT系統(tǒng)配電線路內(nèi)由同一保護(hù)電器保護(hù)的幾個(gè)外露導(dǎo)電部分之間相距較遠(yuǎn)時(shí)，每個(gè)外露導(dǎo)電部分的保護(hù)導(dǎo)體可連接至各自的接地極上。當(dāng)有多級(jí)保護(hù)時(shí)，如果被保護(hù)的各級(jí)外露導(dǎo)電部分在一個(gè)建筑物內(nèi)，則應(yīng)采用共同的接地極；如果被保護(hù)的各級(jí)外露導(dǎo)電部分在不同的建筑物內(nèi)，或在屋外相距較遠(yuǎn)的地方，則各級(jí)應(yīng)采用各自的接地極。” 如新規(guī)范所示，像路燈這種戶外設(shè)備，各自單獨(dú)接地后，不需要再用連接線將各路燈連接。這樣才能保障TT系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，避免故障電壓經(jīng)過貫通的連接線蔓延至臨近路燈上。

5.結(jié)語

道路照明處于戶外公共場所，其電擊防護(hù)問題涉及公眾人身安全，應(yīng)引起大家的足夠重視。路燈線路的長度、線路的截面是影響末端短路電流的關(guān)鍵因數(shù)，推薦采用TT接地方式。 當(dāng)?shù)缆氛彰鞯呐潆娋€路不很長，用斷路器兼作接地故障保護(hù)，經(jīng)計(jì)算能符合GB50054-2011規(guī)定時(shí)，可以采用TN-S接地方式。大家可依據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]王厚余. 低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].第二版.北京：中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，中國電力出版社，2007

[2]任元會(huì). 道路照明電擊防護(hù)探討[J].成都：建筑電氣雜志社，2008，5：3-5

[3]李良勝 章友俊. 路燈配電系統(tǒng)若干問題的探討[J].成都：建筑電氣雜志社，2007，2：30-35

[4]千素蘭. 道路照明的接地故障保護(hù)和短路保護(hù)[J].成都：建筑電氣雜志社，2011，4：44-49