剩余電流測(cè)量在排查路燈漏電隱患中的應(yīng)用

歐陽永忠

(深圳市燈光環(huán)境管理中心，廣東 深圳 518000)

引言

路燈是指給道路提供照明功能的一種用電設(shè)備，其特點(diǎn)是分布廣、燈桿基本使用鋼鐵材料，燈桿頂部的燈具、燈桿內(nèi)的電纜線都帶電。由于路燈桿較多分布于人行道或綠化帶，燈桿與人很容易接觸到，因此，當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，很容易引起人體觸電的事故。

近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口與日俱增，城市照明范圍也隨著日益擴(kuò)大，市民也對(duì)城市照明提出了更高的要求。在這個(gè)背景下，路燈設(shè)施的數(shù)量和密度在不斷增加，這也給城市照明設(shè)施的管理增加了難度。而時(shí)有發(fā)生的路燈漏電傷人事件，也給城市照明設(shè)施的管理者提出了一個(gè)難題：如何做到既能保證照明的效果，又能把安全隱患消除。

本文將主要探討漏電現(xiàn)象的原理、如何快速排查隱患并分享實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)。

1 漏電原因分析

路燈設(shè)施漏電分為“燈桿帶電”和“電纜漏電”，這兩類現(xiàn)象產(chǎn)生的場(chǎng)景有以下幾種：

1)路燈桿內(nèi)電纜絕緣損壞導(dǎo)致電線與燈桿接觸，使燈桿帶電。

2)燈頭漏電。照明燈頭雖然設(shè)計(jì)有防水功能，但絕緣發(fā)生變化或者線路被雷擊后，燈頭存在漏電的可能。

3)路面積水侵入燈桿內(nèi)部導(dǎo)致漏電。城市內(nèi)澇時(shí)，路燈桿若淹沒于水中，水位超過燈門高度，接線頭防水措施不足會(huì)導(dǎo)致漏電。

4)電纜絕緣變化。路燈供電線路比較長，有的線路可能長達(dá)數(shù)公里，并且都埋于地下，時(shí)間久了會(huì)受侵蝕發(fā)生絕緣變化，或受外力影響導(dǎo)致電纜皮破損，電纜絕緣降低就可能導(dǎo)致漏電。

在電路分析中，以上漏電現(xiàn)象多為單相接地故障。《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50054—2011)第5.2.9條規(guī)定“TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間，應(yīng)符合下列規(guī)定：配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不宜大于5 s”。假設(shè)某一段路燈線路長1km，采用VV-1kV 4×25 mm2+1×16 mm2電纜，當(dāng)線路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，故障電流Id=122.3 A，對(duì)于常用的額定電流為63 A的斷路器，很難在5 s內(nèi)切斷電路。如果發(fā)生單相非金屬性接地故障，現(xiàn)有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路[1]。

單相接地故障中，故障點(diǎn)電壓會(huì)下降，另外兩相電壓會(huì)升高，但是由于LED路燈電源大多數(shù)是寬范圍設(shè)計(jì)，電壓低至90 V也可以正常工作，因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發(fā)現(xiàn)故障。路燈線路由于電纜與大地接觸，且距離很長，電纜的對(duì)地分布電容所產(chǎn)生的漏電容易超過一般漏電保護(hù)器的整定范圍，導(dǎo)致無法合閘，常規(guī)的漏電保護(hù)器也無法加裝。

因此，在實(shí)際的維護(hù)管理中，我們需要增加人工排查故障的方式，提高線路的安全性。單相接地故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)導(dǎo)體(PE)線內(nèi)會(huì)流過漏電電流，我們可以通過測(cè)量出漏電電流來排查出故障回路[2]。

2 不同類型電流產(chǎn)生的原理

2.1 不平衡電流產(chǎn)生的原理

三相五線制中時(shí)，任何一相總的單相負(fù)荷都有兩個(gè)回路。一是和零線組成220 V回路，二是和另一相串聯(lián)構(gòu)成380 V回路。

當(dāng)三相平衡的時(shí)候，電源相間的線電壓與每一相回路的相電壓之間會(huì)形成一個(gè)和諧的回路，而此時(shí)零線上是沒有電流的。當(dāng)負(fù)荷不平衡的時(shí)候，串聯(lián)在線電壓之間的兩相負(fù)荷就不一樣大了，而由于串聯(lián)電路中電流相等，于是負(fù)荷大的一相多余的電流就從零線流走了。這個(gè)電流就是不平衡電流[3]。

如圖1所示，假設(shè)L1相接了一個(gè)燈，L2相接了兩個(gè)燈，L3相接了三個(gè)燈，L1相的一個(gè)燈通過零線和L2相兩個(gè)燈串聯(lián)接于L1L2線電壓，L1相的一個(gè)燈也通過零線和L3相三個(gè)燈串聯(lián)接于L1L3線電壓，此時(shí)系統(tǒng)處于不對(duì)稱狀態(tài)，三相不平衡。在線電壓與L1相L2相共三個(gè)燈的回路中，電流處處相等，而L1相和L2相各自回路的負(fù)載電流卻不等，而系統(tǒng)之所以還可以運(yùn)行，是因?yàn)長1L2相多余負(fù)荷的電流從零線走了。因此，此時(shí)的N線是帶電的。

圖1 三相五線制原理圖

2.2 零序電流產(chǎn)生的原理

三相系統(tǒng)的電壓、電流都可以分解為正序、負(fù)序和零序分量，在三相平衡且無故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)處于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，沒有負(fù)序零序分量，只有正序分量。若出現(xiàn)了負(fù)序或零序分量，則說明系統(tǒng)存在問題[4]。單相接地故障會(huì)產(chǎn)生零序電流，假設(shè)三相平衡，當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過，這時(shí)三相電流相量和不等于零，其相量和為Ia+Ib+Ic=I(I即零序電流)[5]。

雖說單相接地故障會(huì)產(chǎn)生零序電壓和零序電流，但是，在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)，由于路燈低壓設(shè)施數(shù)量龐大、線路長、接線不規(guī)范等諸多問題，導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行中，三相不平衡的情況較為常見，線路中經(jīng)常有不平衡電流。因此我們難以通過直接測(cè)量零序電流的方式去排查單相接地故障。

2.3 漏電電流產(chǎn)生的原理

我們?cè)谟^察剩余電流保護(hù)器的工作原理時(shí)發(fā)現(xiàn)，可以模仿剩余電流保護(hù)器的原理，用人工的方法快速檢測(cè)線路中的剩余電流。既然如此，我們就可以通過測(cè)量剩余電流的方式快速方便地排查出單相接地故障。

剩余電流保護(hù)的原理，是讓三相線路及中性線共同穿過一個(gè)CT(電流互感器)，如下圖，三相線路與中性線的電流矢量和為IA+IB+IC+IN，當(dāng)線路正常沒有發(fā)生單相接地故障時(shí)，此電流矢量和為0(忽略正常泄露電流)；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，PE線會(huì)流過接地故障電流ID，則電流矢量和為IA+IB+IC+IN=ID[6]。

圖2 剩余電流保護(hù)器原理圖

3 漏電電流的檢測(cè)

在實(shí)際操作時(shí)，我們?cè)诼窡粝渥兊牡蛪撼鼍€端，任選一個(gè)回路，用鉗形表把A相、B相、C相和零線用鉗形表同時(shí)鉗住，此時(shí)測(cè)得的電流數(shù)值就是IA+IB+IC+IN，而這個(gè)數(shù)值也等于ID，也就是故障電流(漏電電流)，在這個(gè)過程中，不對(duì)稱分量被抵消，因此測(cè)得的剩余電流，由單相接地故障所產(chǎn)生的漏電電流[7]。圖3是現(xiàn)場(chǎng)操作的圖片。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)操作圖

4 實(shí)際應(yīng)用

我們用這個(gè)方法對(duì)133臺(tái)箱變進(jìn)行了剩余電流的檢測(cè)，表1和表2是部分測(cè)量數(shù)據(jù)，其中N1～N10代表回路編號(hào)。

表1中，有一臺(tái)箱變NS3-100的 N5回路的數(shù)值達(dá)到了20.2 A，明顯超出正常范圍。經(jīng)過排查后，我們?cè)谝惶師魲U內(nèi)找到了故障原因。如圖4所示,該燈桿燈門內(nèi)的接線端，被外力拉入至底下的燈盤位置。我們猜測(cè)，可能是臺(tái)風(fēng)“山竹”襲來時(shí)，倒伏樹木牽扯了路燈電纜，導(dǎo)致接線端被拉到低位。而該燈桿內(nèi)低位非常潮濕，導(dǎo)致接線頭絕緣老化加速，潮濕的環(huán)境使線頭產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使燈桿帶上漏電壓，其電壓達(dá)到了103 V。由于只是其中一相的絕緣老化，擊穿空氣通過燈桿與大地連接，產(chǎn)生的漏電流只有十幾安培，空氣開關(guān)無法跳閘，導(dǎo)致此燈桿可以“帶病工作”，且能正常亮燈，常規(guī)巡查難以發(fā)現(xiàn)故障。

表2中，也有一臺(tái)箱變NS3-125的N2回路數(shù)值明顯較大，達(dá)到了23 A。我們對(duì)該回路進(jìn)行排查后，找到了故障點(diǎn)。故障點(diǎn)也在一處燈桿內(nèi)，該燈桿的燈門內(nèi)電纜接線頭絕緣膠布燒斷，導(dǎo)致電纜頭散開，電纜頭與燈桿金屬表面直接接觸，造成了單相接地故障。

表1和表2中，除兩個(gè)故障回路外，其余大部分回路測(cè)得的數(shù)值相對(duì)較低。由于路燈線路長，且每個(gè)回路的總長度差異較大，電纜對(duì)地的分布電容也會(huì)產(chǎn)生些許的漏電流，因此并不是說測(cè)出了剩余電流數(shù)值，就說明回路存在故障，正常的線路也可能被檢測(cè)出輕微的剩余電流。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們暫時(shí)無法給出一個(gè)精確的安全數(shù)值，只能在維護(hù)作業(yè)時(shí)，從數(shù)值最大的回路開始逐個(gè)排查。

表1 部分測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 部分測(cè)量數(shù)據(jù)

圖4 故障點(diǎn)

5 結(jié)束語

我們使用的這種快速檢測(cè)剩余電流的方法，可以在路燈維護(hù)作業(yè)過程中，提高人工排查故障回路的效率，快速發(fā)現(xiàn)漏電安全隱患。通過一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，確定了該方法的可操作性。但是我們還無法整定出安全數(shù)值，使得檢測(cè)的過程還存在瑕疵。未來，我們還將對(duì)回路長度與電纜對(duì)地分布電容造成的泄漏電流之間的關(guān)系進(jìn)行研究，完善通過檢測(cè)剩余電流排查路燈漏電隱患的方法。