綜合桿配電線路的故障防護

袁超

(上海市城市綜合管理事務(wù)中心，上海 200023)

0 引 言

城市道路照明是交通安全的重要因素，道路照明水平及照明能效越來越受到關(guān)注。然而關(guān)系到用電安全的照明配電，往往會被人忽視。近年來燈桿漏電在全國各地偶有發(fā)生，雖是小概率事件，但一旦發(fā)生卻極易造成嚴重的人身安全事故。

2018年以來，上海大力推進綜合桿建設(shè)，按照多桿合一的要求，在綜合桿上搭載監(jiān)控設(shè)施、信號燈、交通標志和路名牌等。綜合桿作為道路桿上設(shè)施搭載平臺，桿體與人接觸的幾率遠遠高于照明燈桿，綜合桿配電線路的故障防護必須受到重視[1-2]。

綜合桿由照明燈桿發(fā)展而來，接地型式參照道路照明相關(guān)標準。CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計標準》規(guī)定，照明配電系統(tǒng)的接地型式應(yīng)采用TT系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)[3]。本文將分別討論TN-S系統(tǒng)、TT系統(tǒng)綜合桿配電線路的故障防護。

1 TN-S系統(tǒng)綜合桿配電線路的故障防護

1.1 故障防護要求

GB 16895.21—2011《低壓電氣裝置第4-41部分：安全防護電擊防護》規(guī)定[4]，當(dāng)120 V

配電線路的故障防護采用斷路器保護或熔斷器保護。

采用斷路器保護時，

Ik≥krel×kop×ISET3

(1)

式中：Ik為最小接地故障電流，A；krel為斷路器瞬時脫扣器動作誤差系數(shù)，電磁脫扣器為1.2，電子脫扣器為1.1；kop為斷路器動作系數(shù)，三極和四極斷路器為1.2倍約定脫扣電流，二極斷路器為1.1倍約定脫扣電流；ISET3為斷路器的瞬時過電流脫扣器整定電流，A。

采用熔斷器保護時，

Ik≥Id=kr×IN

(2)

式中：Ik為最小接地故障電流，A；Id為熔斷電流，A；kr為保證熔斷器的熔斷體在規(guī)定時間內(nèi)熔斷的電流倍數(shù)，取值如表1及表2所示；IN為熔斷體額定電流，A。

表1 TN系統(tǒng)故障防護采用熔斷器切斷故障回路時間≤5 s時Id/IN推薦值(Uo=220 V)

表2 TN系統(tǒng)故障防護采用熔斷器切斷故障回路時間≤0.4 s時Id/IN推薦值(Uo=220 V)

1.2 故障防護方案

1.2.1 線路末端接地故障電流計算

按照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第四版)提供的計算公式[5]，最小接地故障電流：

(3)

式中：Ik為最小接地故障電流，A；Uo為相對地標稱電壓，V；S為相導(dǎo)體截面積，mm2；k1為電纜電抗校正系數(shù)；k2為多根相導(dǎo)體并聯(lián)使用的校正系數(shù)，k2=4×(n-1)/n，n是每相并聯(lián)的導(dǎo)體根數(shù)；ρ為20 ℃時的導(dǎo)體電阻率，銅導(dǎo)體取0.017 2 Ω·mm2/m，鋁導(dǎo)體取0.028 2 Ω·mm2/m；m為材料相同的每相導(dǎo)體總截面積(Sn)與PE導(dǎo)體截面積(SPE)之比；L為電纜長度，m。

綜合桿配電線路長度按350 m、400 m、450 m、500 m、550 m和600 m分為6檔；選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜(YJV型)，相線截面取16 mm2、25 mm2和35 mm2三種規(guī)格，N線、PE線取相線同截面。綜合桿配電線路末端接地故障電流值如表3所示。

表3 綜合桿配電線路末端接地故障電流值 A

1.2.2 故障防護方案實例分析

由于配電線路的最小接地故障電流較小，因此保護電器電流規(guī)格和電纜截面和線路長度的合理選擇是故障防護的關(guān)鍵點。

新華路(淮海西路-凱旋路)合桿整治工程全長約1.6 km，工程范圍內(nèi)設(shè)置2座綜合電源箱，最長配電線路約450 m。根據(jù)接管部門需求，路燈配電回路的故障防護采用熔斷器保護，配電系統(tǒng)如圖1所示。設(shè)備箱配電回路的故障防護采用斷路器保護，配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 路燈控制倉配電系統(tǒng)圖

圖2 設(shè)備箱電源倉配電系統(tǒng)圖

路燈配電回路采用熔斷器進行線路故障防護，考慮線路正常運行時的工作電流，熔斷體額定電流(IN)應(yīng)≥16 A。根據(jù)表1～表3，當(dāng)IN取16 A時，熔斷電流Id最小值為90 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×16；當(dāng)IN取20 A時，熔斷電流Id最小值為130 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×25；當(dāng)IN取25 A時，熔斷電流Id最小值為170 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×25；當(dāng)IN取32 A時，熔斷電流Id最小值為220 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×35；當(dāng)IN取40 A時，熔斷電流Id最小值為172 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×25；當(dāng)IN取50 A時，熔斷電流Id最小值為220 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×35。由于YJV-5×35電纜較粗，工程實施困難，且投資較高，綜合考慮額定電流建議選≤25 A或40 A，配電電纜采用YJV-5×25，配電線路長度L≤450 m。

設(shè)備箱配電回路采用斷路器進行線路故障防護，考慮容量預(yù)留，斷路器額定電流(IN)應(yīng)≥16 A。由于綜合電源箱內(nèi)部空間有限，只能安裝微型斷路器，為降低瞬時過電流脫扣器整定電流以滿足保護需求，微型斷路器的脫扣形式應(yīng)選用5倍額定電流脫扣的B曲線。經(jīng)計算，當(dāng)IN取16 A時，最小接地故障電流應(yīng)>115 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×16；當(dāng)IN取20 A時，最小接地故障電流應(yīng)>144 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×25；當(dāng)IN取25 A時，最小接地故障電流應(yīng)>180 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×25；當(dāng)IN取32 A時，最小接地故障電流應(yīng)>230 A，電纜應(yīng)至少選用YJV-5×35；當(dāng)IN取40 A時，最小接地故障電流應(yīng)>288 A，YJV-5×35電纜也無法滿足故障防護要求。因此額定電流建議選≤25 A，配電電纜采用YJV-5×25，配電線路長度L≤450 m。

1.3 選型建議

綜合各方面因素，為滿足TN-S系統(tǒng)綜合桿配電線路的故障防護要求，建議如下:

(1)配電電纜選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜YJV-5×25。

(2)選用脫扣形式為B曲線的微型斷路器作為保護元器件時，斷路器額定電流IN≤25 A。

(3)選用熔斷器作為保護元器件時，熔斷體額定電流IN≤25 A或IN=40 A。

(4)配電線路長度L≤450 m。

2 TT系統(tǒng)綜合桿配電線路的故障防護

對于采用TT系統(tǒng)的綜合桿配電線路，最小接地故障電流值很小，粗略估算只有十幾安，必須采用剩余電流保護器作故障防護。估算線路正常運行泄漏電流、合理選取保護器額定剩余動作電流(IΔn)是故障防護的關(guān)鍵點。

IΔn應(yīng)滿足以下要求。

(1)正常運行時，不應(yīng)發(fā)生誤動作。

(2)發(fā)生接地故障時，剩余電流保護器一定能保證可靠動作。

配電線路正常運行時，線路對地電容將產(chǎn)生泄漏電流。聚氯乙烯絕緣電纜，導(dǎo)線截面積16 mm2泄漏電流約62 mA/km，截面積25 mm2及35 mm2泄漏電流約70 mA/km；聚乙烯絕緣電纜，導(dǎo)線截面積16 mm2泄漏電流約26 mA/km，截面積25 mm2泄漏電流約29 mA/km，截面積35 mm2泄漏電流約33 mA/km；500 m左右的配電回路，正常運行時的泄漏電流約有13～35 mA。

GB/T 13955—2017《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》第5.7條規(guī)定[6]：選用的RCD的額定剩余不動作電流，應(yīng)不小于被保護電氣線路和設(shè)備的正常運行時泄漏電流最大值的2倍。附錄B.6建議額定剩余不動作電流的優(yōu)先值為0.5IΔn，如采用其他值時應(yīng)>0.5IΔn。即如果正常泄漏電流超過0.5I△n時有可能使剩余電流保護器動作，因此IΔn應(yīng)選取正常泄漏電流的2.5～4.0倍。顯然如按照室內(nèi)插座回路IΔn選取30 mA是明顯不妥的，根據(jù)配電線路的長短、電纜絕緣材質(zhì)的不同，并考慮季節(jié)和天氣因素的影響，剩余電流保護器的IΔn建議選取100～500 mA。

3 結(jié)束語

隨著綜合桿的推廣，對于綜合桿配電線路的故障防護，行業(yè)相關(guān)人員務(wù)必高度重視，只有合理選擇配電電纜規(guī)格、保護電器參數(shù)和配電線路長度，采取行之有效的保護措施，才能保證綜合桿的正常運行，確保人身安全。