城市道路照明單相短路電流的計算和保護選擇

楊喜云

(廈門市市政工程管理處，福建 廈門　361004)

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城市道路照明單相短路電流的計算和保護選擇

楊喜云

(廈門市市政工程管理處，福建 廈門361004)

摘要：闡述了道路照明單相(接地)短路故障電流計算和保護選擇的重要性，并通過單相(接地)短路故障電流計算和低壓斷路器的選擇實例，簡單介紹了在實際運用中，針對低壓斷路器動作靈敏性不足的問題采取的比較有效的保護措施。

關鍵詞：道路照明；單相短路電流；計算；斷路器；保護；保護措施

引言

道路照明低壓配電系統的主要特點有：配電半徑長(一般要幾百米，甚至上千米)；用電負荷分散；行人觸及的可能性大。這種系統發生三相或二相短路，一般用熔斷器或斷路器即可自動切斷電源。但對單相(接地)短路故障，由于線路較長，故障電流較小，常規的保護裝置就無法切斷或無法很快的切斷故障線路，行人一旦接觸，發生電擊的危險就很大。因此，道路照明系統單相(接地)短路故障的故障電流計算和保護選擇顯得尤為重要。本文通過一個案例來介紹如何進行短路電流計算，并對如何選擇保護方面做些探討。

1單相短路電流值的計算

如圖1所示，已知變壓器高壓側短路容量為100MVA，變壓器采用SCB200/10/0.4kV一臺，D，yn11結線形式。單向供電940m的配電線路中，照明燈具按40m間距布置，三相供電照明燈具采用400W的高壓鈉燈，其中在340m路口處采用一組半高桿燈7×NG400W，功率因數均補償至0.85以上，在200m和700m處各有一座公交候車亭，每座用電負荷預計1500W，功率因素要求補償至0.85，照明干線采用YJV-1kV-4×35+1×16的電力電纜穿保護管敷設，計算線路末端發生單相短路時的短路電流①注：一般實際案例中，主干道道路照明控制箱的出線回路至少4個，若設置半夜燈則要8個，考慮到本文主要為了說明問題，圖1僅為實際案例中的一個出線回路，可達到簡單明了的目的。。

首先，筆者選擇YJV-1kV-4×35+1×16，截面是否考慮過大，這里簡單解釋如下：

回路電流計算值為

式中，系數1.1為高壓鈉燈鎮流器的損耗。

電纜截面的選擇主要依據溫升、經濟電流、電壓損失、機械強度等條件來選擇。對于三相供電的道路照明線路，主要依據經濟電流選擇的電纜截面，溫升、機械強度一般都能滿足要求，電壓損失也能達到要求(而道路照明單相供電時選擇電纜截面主要考慮的條件是電壓損失)。查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表9-58，上述電纜的截面應選擇25mm2。但考慮到在實際應用中，為了減少變壓器的設置數量，降低投資，一般都是在主干道的道路照明設計時綜合考慮周邊次干道、支路等照明用電，因此在主干道照明變壓器的容量設置和電纜選擇時會適當考慮加大截面，故上述案例中電纜截面選擇35mm2。

圖1　道路照明設計案例(其中一個回路)Fig.1　Curve: Road lighting design case(One of the circuits)

1.1高壓側系統阻抗的計算

采用D，yn11連接的配電變壓器，當低壓側發生單相短路時，零序電流不能在高壓側繞組流通，高壓側對于零序電流相當于開路狀態，故在計算單相接地短路電流時視若無此阻抗。查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表4-21可知，當變壓器高壓側短路容量為100MVA時，高壓側系統相保電阻、電抗為：Rphp·s=0.11mΩ，Xphp·s=1.06mΩ。

1.2變壓器阻抗的計算

查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表4-23可知，當采用SCB200/10/0.4kV，D，yn11結線形式的變壓器時，變壓器相保電阻、電抗為：Rphp·T=8.96mΩ，Xphp·T=29.93mΩ。

1.3其他元件阻抗及母線阻抗的計算

自動開關、接觸器、電流互感器的接觸電阻、線圈電阻及線圈電抗在長距離配電系統中遠小于其他元件的電阻電抗值，可以忽略不計。母線長度較短，計算中忽略不計，其他元件及母線相保電阻、電抗為：Rphp·M=0mΩ，Xphp·M=0mΩ。

1.4線路相保阻抗的計算

自動開關、接觸器、電流互感器的接觸電阻、線圈電阻及線圈電抗在長距離配電系統中遠小于其他元件的電阻電抗值，可以忽略不計。母線長度較短，計算中忽略不計。查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表4-25可知，交聯聚乙烯絕緣電力電纜YJV-1kV-4×35+1×16的相保電阻為2.397mΩ/m，相保電抗為0.191mΩ/m。

1.5單相接地(零)短路電流的計算

單機接地(零)短路電流的計算如下：

式中，R=Rphp·s+Rphp·T+Rphp·m+Rphp·L

=0.11+8.96+0+2397×0.94

=2262.25mΩ

Xphp=Xphp·s+Xphp·T+Xphp·m+Xphp·L

=1.06+29.93+0+191×0.94=210.53mΩ

2低壓斷路器的選擇

2.1低壓斷路器的過電流脫扣器的整定

根據上述計算，該回路道路照明計算電流為Ic=31.5A，則斷路器反時限和瞬時過電流脫扣器整定電流分別為

Iset1≥Krel1Ic=1.0×31.5=31.5A

Iset3≥Krel3Ic=4.0×31.5=126.0A

式中，Ic為照明線路的計算電流；Krel1、Krel3分別為反時限和瞬時過電流脫扣器可靠系數，查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表11-42，高壓鈉燈取值Krel1=1.0，Krel3=4。

2.2按短路電流校驗低壓斷路器動作的靈敏性

為使低壓斷路器可靠切斷接地故障電路，必須按下式來校驗斷路器瞬時過電流脫扣器動作的靈敏性，即

Idmin≥KrelIset3=1.3×126=163.8A

該道路照明工程線路末端接地故障電流為96.8A，顯然低壓斷路器動作電流不能滿足靈敏性要求。

3針對低壓斷路器動作靈敏性不足采取的措施

在目前道路照明工程中，針對單相接地(零)短路電流值小，低壓斷路器動作靈敏性不足這種情況，較有效的措施主要有：

1)選用D，yn11接線組別變壓器取代Y，yn0接線組別變壓器，單相接地故障電流Id值將有明顯增大，但從上述道路照明工程案例中可以看出，即使按D，yn11接線組別變壓器設計，動作靈敏性仍然達不到要求。

2)加大相導體及保護接地導體截面。該措施對于截面較小的電纜和穿管絕緣線，單線接地故障電流Id值有較大增加。

如上述案例中電纜改用YJV-1kV-5×35, 查《工業與民用配電設計手冊》[1](第三版)表4-25可知，其相保電阻為1.503mΩ/m，相保電抗為0.191mΩ/m ，則單相接地(零)短路電流為

式中，R=Rphp·s+Rphp·T+Rphp·m+Rphp·L

=0.11+8.96+0+1.503×940

=1421.89mΩ

Xphp=Xphp·s+Xphp·T+Xphp·m+Xphp·L

=1.06+29.93+0+0.191×940

=210.53mΩ

由此可知，加大保護接地導體截面，單線接地故障電流Id值有了顯著的增加，接近于靈敏度要求。

3)采用帶短延時過電流脫扣器的斷路器。采用熔斷器或斷路器的瞬時過電流脫扣器不能滿足接地故障要求時，則可采用帶短延時過電流脫扣器的斷路器作接地故障保護，斷路器短延時過電流脫扣器整定電流Iset2應符合下式要求，即

Id≥1.3Iset2

對于同一斷路器，由于短延時過電流脫扣器整定電流值Iset2通常只有瞬時過電流脫扣器整定電流值Iset3的1/5～1/3左右，即Id≥1.3Iset2=1.3×(25.2～42)=32.8～54.6A，根據上述案例計算可知Id=96.8A，顯然能夠滿足Id≥1.3Iset2的要求。

IPE(G)≥1.3Iset4

由于路燈配電處于室外，配電環境較復雜，路燈漏電如誤動作會給安全照明帶來隱患，因此結合路燈實際，一般情況下，道路照明工程的剩余流動作值選擇不小于300mA。

綜上所述，對于道路照明接地故障的保護選擇，最有效的措施和方式是：1)提高保護接地線的截面(當相線截面在35mm2及以下時，保護接地線的最小截面不應小于相線的截面；當相線截面在35mm2以上時，保護接地線的最小截面不得小于相線截面的50%，詳見《城市道路照明工程施工及驗收規程》[2](CJJ89—2012)。2)采用帶短延時過電流脫扣器的斷路器。3)采用帶接地故障保護中剩余電流保護方式的斷路器，剩余電流動作值選擇不小于300mA。

4結束語

近年來關于路燈因下雨漏電或保護措施不當，導致觸電事故時有發生，這不能不引起道路照明行業的重視。在道路照明設計時一定要采取行之有效的保護措施和保護方式，在實際運行管理時，也要根據實際負荷的變化及時調整保護的整定值，必要時應更換低壓斷路器。只有這樣才能確保道路照明的正常運行，確保人們的生命和財產安全。

參考文獻

[1] 任元會,卞鎧生,姚家偉.工業與民用配電設計手冊[M].第三版.北京：中國電力出版社， 2005.

[2] 城市道路照明工程施工及驗收規程:CJJ89—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

Calculation and Protection Selection of Single-phase Short-circuit Current for the City Road Lighting

Yang Xiyun

(XiamenMunicipalEngineeringManagementOffice,Xiamen361004,China)

Abstract：This paper expounds the importance of the single-phase (grounding) short-circuit current calculation and protection selection for the road lighting. And through the instance of the single-phase (grounding) short-circuit current calculation and the instance of choosing low-voltage circuit-breakers, this paper introduces the effective protective measures towards the problem of the low-voltage circuit-breaker’s lack of action sensitivity in practical use.

Key words:road lighting; single-phase short-circuit current; calculation; circuit-breaker; protection; protective measures

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.03.020