道路照明配电系统的接地方式(任元会).doc

转载任老师文章道路照明配电系统的接地方式中国航空工业规划设计研究院 任元会1 概述城市道路照明是城市安全、城市道路交通正常运作的重要保证，同时也是城市商业、文化发展以及活跃人们生活的需要，甚至是城市的一道景观。道路照明的主要功能是为机动车道和人行道提供必要的亮度和照度，以及符合行驶要求的照明质量。保证实现这个功能的基本前提就是安全用电。安全用电涉及多方面的技术内容和管理维护要求，本文仅就道路照明低压配电系统的接地方式问题进行探讨。接地方式和配电线路保护关系到以下两个问题：使维护人员和广大行人免遭电击的危害；保证道路照明的正常运行，防止电路故障（短路、接地等）导致线路损坏，减少不必要的停电。2 低压配电系统的接地方式和应用状况2.1 接地方式种类按我国标准和国际电工委员会（IEC）标准，低压配电系统接地方式分为以下三类：2.1.1 TN方式电源端（配电变压器低压侧中性点）直接接地，用电端（用电设备外露导电部分）通过一条导线连接到电源端中性点。由于连接导线的方式不同，又可分为下列三种：TN-C：利用配电线路的中性线（N）作接地连接线，称为PEN线；TN-S：增加一条专用的连接导线，即PE线；TN-C-S：以上两种的综合，前半部采用TN-C，后半部采用TN-S。2.1.2 TT方式电源端直接接地，用电端也直接接地。2.1.3 IT方式电源端不接地（或高阻抗接地），用电端直接接地。建筑物内低压配电系统，过去多采用TN-C方式，近20多年随着现代化、信息化进程，和更高的安全要求，TN-C方式存在很多缺点，采用TN-S、TN-C-S以及TT方式越来越多，运行可靠性要求特别高的设备，IT方式也有应用。2.2 道路照明配电系统的接地方式应用状况如前述，在建筑物内采用TN-S及TN-C-S方式比较多，但处于室外环境的道路照明，条件不尽相同，使用TN-S仍然不能完全保证安全。其中一个重要因素是室内环境要求作等电位联结，作为防电击的重要措施之一；而处于室外环境的道路照明则难以作等电位联结，这是TN-S广泛应用于建筑物内，而不适宜于室外的主要原因。在已经有较完善的剩余电流动作保护器的今天，有条件采用TT方式，对于道路照明更符合安全要求。3TN-S方式用于道路照明的问题3.1 可能导致电击的不安全因素TN-S方式，灯具、电杆、电器盒等的外露导电部分是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地，当该变压器其他部分发生对地直接连接之类故障时，保护电器难以断开，故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使中性点电位升高，此电位经过PE线传至灯杆等处露导电部分；除非变压器接地电阻非常小，此电位就有可能超过安全电压限值（通常为交流50V，而对户外照明，考虑雨天等条件，应为交流25V）。由于故障电流很小而无法使保护电器动作，因此不能完全保证安全。3.2 配电线路保护的灵敏性难以满足要求道路照明负载分散，配电线路较长，当线路末端发生接地故障时，其故障电流往往较小，难以使线路首端的保护电器（熔断器或断路器）动作，不能切断故障电路。为了说明问题，举一个具体例子说明。设定一回配电线路，供电给60基电杆的路灯，每杆装一只400W高压钠灯，安装功率26.4kW（含10%镇流器功耗），单灯设补偿电容，cos=0.85，用三相线路供电，线路计算电流达47.2A。选用25mm2电缆，保护电器用63A熔断器或用63A断路器（长延时脱扣器电流63A，瞬时脱扣器315A）。若线路长1000m，经计算末端接地故障电流仅为几十安培，无论用熔断器还是带瞬时脱扣的断路器，均不能按规定时间断开。按低压配电设计规范（GB50054-95）的规定：TN方式用63A熔断器，要求在5s内切断，则接地故障电流（Id1）不应小于5倍，即315A；用断路器时，不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即3151.3=409A。如果将线路截面加大到铜芯35mm2，PE线也加到35mm2，则Id1可达150A左右，和规定要求仍相距甚大。既便是线路缩短到500m（仅1416基杆），还是不能满足上述要求。可见TN方式用于道路照明配电线路，一般难以满足保护灵敏性要求，将导致不安全因素。4 TT方式用于道路照明的优势4.1 TT方式保护动作更灵敏，安全更有保证TT方式的接地故障电流（Id1）比TN方式更小，使用熔断器或断路器更不能满足规范要求，所以应选用剩余电流动作保护器，这种保护器的动作电流仅为几十、以至几百毫安，最大达几安培，容易使之动作，更能保证安全。4.2 节省一根PE线附加一个好处，是TT方式，不设PE线，比TN-S方式省了一条线，对三相配电线路，选用四芯电缆（或架空线）即可。TT方式要求灯杆接地，由于多数使用金属灯杆，有良好接地条件，使用钢筋混凝土杆，接地条件也较好。TT方式的接地电阻要求不高，比之TN方式要求重复接地，并不会增加费用。5TT方式采用剩余电流保护的整定在室内，剩余电流保护用于TT方式，和TN方式的插座回路，以及供移动式、手持式用电设备的回路，一般线路较短，大多在几米到几十米。为了保护直接接触，而导致电击，要求动作电流不超过30mA，有些特殊场所整定值要求更小。由于线路短，正常泄漏电流较小，一般不致引起正常运行时误动作。道路照明情况大不相同，一回配电线路延伸几百米，乃至千多米，在这种条件下，如果保护动作电流还整定为30mA，正常运行时，泄漏电流较大而导致跳闸，实属必然之事。有的使用单位反映误动作太多，就不足为奇了。怎样整定剩余电流保护器的动作电流（In）值呢？应符合以下两方面要求：接地故障时应保证可靠动作按GB50054-95的规定，剩余电流保护的动作电流In应符合下式：Id11.3 In 一般说In值整定到几百毫安，甚至1A，接地故障电流Id1大于其1.3倍，是不难满足的。正常运行时，应保证不会动作为实现这项要求，整定值In应符合下式：In（2.53.0）IL 式中，IL正常运行条件下，线路和灯具等可能产生的最大泄漏电流。式（2）中的2.53.0倍是保证不会误动作的可靠系数。因为剩余电流动作保护器的动作电流为In，而保证不会动作的不动作电流Ino为In的50%。必须使In值大于正常泄漏电流的50%，并留有必要余地，才能保证不误动作。通常选用25mm2左右的铜芯电缆，估算每km的泄漏电流IL约为3050mA，线路长度在800米以内时，In可取100mA；线路长度在2000米时，In值不应小于300mA。可见，不论具体条件，一律取30mA，是不能保证正常运行的。6 结论意见按照道路照明的特