道路照明的接地故障保護和短路保護研究

摘要：隨著城市化的發展，如今人們對居住的城市有了更高的要求，作為市政公共標準配套設施的道路照明，也逐漸成為影響城市和交通安全的重要因素。因此，本文針對道路照明的接地故障保護和短路保護進行了研究分析。

關鍵詞：城市道路照明；接地系統；設計

一、城市道路照明設計時主要的接地方式

1.1 TN-S道路照明接地形式

城市道路照明系統的電源端直接接地，從配電變壓器低壓側中性點（電源端）引出中性線（N線）、保護線（PE線）至用電端。城市道路照明系統用電設備外露導電部分，接保護線（PE線）進行保護，中性線（N線）與保護線（PE線）要嚴格分開。

1.2TT道路照明接地形式

城市道路照明系統電源端直接接地，城市道路照明系統用電端也直接接地。TT道路照明接地形式中，不是從電源中性線引出保護線（PE線）接城市道路照明系統設備外殼。TT道路照明接地形式中，為城市道路照明系統專門設置接地極，引出保護線（PE線）接城市道路照明系統設備外殼。

二、TN接地方式供電

如果實現TN-S接地方式，因為線路長，末端的單相接地故障電流雖然可達幾百安，但斷路器的過流保護可能因靈敏度不夠而不能迅速切斷故障回路，故障電壓會沿著PE線傳輸到相連的各處，受環境限制又不能實施等電位聯結。而在潮濕環境安全電壓限值是25V（正常環境下是50V），危險性很大。

三、TT接地方式供電

TT方式供電，配出的線路不含PE線，設備外露可導電部分就在設備附近接地，接地故障電流雖將是更小，一般為安培級，但是可以選用帶有剩余電流保護功能的斷路器，其動作電流一般為幾百毫安，可靠動作。而且接地是在設備處實施，接地點的故障電壓不會傳輸到其它照明設備上，安全性很高。TT接地方式對戶外供電裝置具有一定的技術優勢。

四、TN接地方式供電，但采用帶剩余電流保護的斷路器

采用帶剩余電流保護的斷路器，雖也能解決接地保護的靈敏度問題，但無法解決故障時故障電壓沿PN線傳輸到各處的問題，而且因無法實現等電位聯結，無法解決接觸電壓對人身威脅的問題。

局部TT接地方式的具體做法供電電纜采用4芯，一般采用的截面為25、35mm2，電纜長度一般不宜超過500m，有學者稱，1000m時正常的泄漏電流約30～50mA，根據剩余電流保護的動作電流應不小于正常泄漏電流2.5倍的要求，則在電纜長度不超過500m時，動作電流選100mA。這樣才能使剩余電流保護的額定不動作電流（是額定動作電流的1/2）大于線路正常的泄漏電流，避免了誤動作的可能性，可不必校驗其動作的靈敏度。

每一路燈裝置設一根長度為2500mm的50×50×5角鋼作為接地極。一般情況下，接地電阻估計約為30Ω（砂質黏土）。

如果電纜長度為1000m（此時須作電壓損失校驗），由于泄漏電流增大，剩余電流保護的動作電流可選300mA。下面例證，可說明電纜長度還是不要超過500m為好。

在潮濕環境，人體的安全電壓限值是25V，如果動作電流取100mA，此時照明設備的接地電阻必須小于25/0.1，即250Ω，30<250，因此是非常安全的。

具體的接地故障電流是難以確定的，然而通過準確設定的動作電流（此處為0.1A）將安全要求（25V、250Ω）反映出來，是一種具有典型意義的工程處理方法。

還應注意的是斷路器應選四極的。

五、短路保護

以上所述都是針對照明設備的接地故障保護，事實上，剩余電流保護對三相短路、兩相相間短路或L線與N線的單相短路是不起作用的，還要依靠斷路器的過流保護，因此還要校驗短路保護的靈敏度。如果電纜長了，末端單相短路電流有可能無法使斷路器的過流保護動作。

如果照明電纜為4×35（銅芯），斷路器的長延時脫扣電流為50A，瞬時脫扣電流為250A（5倍），那么要求末端的單相短路電流至少應為325A（1.3倍

瞬時脫扣電流），根據筆者計算，電纜長度不能超過440m（此時末端單相短路電流是330A）。計算條件是：變壓器高壓側系統短路容量為200MVA，變壓器630kVA，D，y聯結，阻抗電壓4%，低壓母線80×8，銅，10m。如果照明電纜為3×35+1×16，電纜長度不能超過280m（末端單相短路電流是326A）。這是因為電纜的電阻明顯地限制了短路電流。上述1.3是要求的靈敏系數。因此電纜應選4芯等截面的。

根據同樣的條件計算，如果電纜為4×25，斷路器的長延時為40A，瞬時為200A，那么要求末端單相短路電流至少應為260A，經計算，電纜長度不能超過400m。

如果電纜為4×16，斷路器的長延時為32A，瞬時為160A，那么要求末端單相短路電流至少應為208A，經計算，電纜長度不能超過320m。

六、結論與意見

8.1當道路照明采用TN-S系統時，只有部分照明配電線路不是太長（800m以下）、且配電電纜截面達到25mm2以上時，才可以采用短延時過電流脫扣器兼作接地故障保護；當線路較長時，可以搭配RCD作道路照明接地故障保護

8.2當道路照明采用TT系統時，可直接搭配RCD作道路照明接地故障保護。

8.3道路照明配電系統選用TT系統相對于TN-S系統更能保證用電安全。

8.4采用RCD，其動作電流整定值（IΔn）應能夠避免正常運行時誤動作。應根據實際的配電線路長度、路燈數量，經過計算或實測其泄露電流IL值，來確定RCD的動作電流整定值（IΔn）。

參考文獻：

[1]住房和城鄉建設部.城市道路照明設計標準：CJJ45—2015[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[2]低壓配電設計規范：GB50054—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]中國航空工業規劃設計研究總院有限公司.工業與民用配電設計手冊[M].4版.北京.中國電力出版社，2016.

（作者單位：廣西交通設計集團有限公司）

作者簡介：蔣勇波（1982.10.21），性別：男，籍貫：廣西全州，民族：漢，學歷：大學本科，職務：電氣工程師，研究方向：市政電氣。