道路照明的接地故障保护和短路保护.pdf

建 虢电乞 I I B Ul L D NG Z口 1 1年 第4 期l EL Rle 道路照明的接地故障保护和短路保护 千素兰 机械工业部 第五设计研究院 天津市3 0 0 1 9 0 Gr o u n d in g Fa u lt Pr o t e ct io n a n d S h o r t Cir cu it P r o t e ct io n f o r Ro a d Lig h t in g Q ia n S u la n T h e F i ft h I n s t it u t e o f P r o j e ct P la n n in g R e s e a r ch o f M a ch in e r y I n d u s t ry T i a n j in 3 0 0 1 9 0 C h in a Ab s t r a ct Th is p a p e r d is cu s s e s d if f e r e n t t y p e s o f e a r t h i n g f o r t h e d i s t r ib ut io n s y s t e m a s we ll a s t h e p r o t e c t io n o f d i s t ri b u t io n l in e s for r o a d l ig h t in g p o in t s o u t t h e ch a r a ct e ri s t i c s o f e a ch t y p e o f e a r t h i n g a s we ll a s t h e i r r e s p e ct i v e p r o b le ms I t a ls o p r o v id e s q u a n t it a t i v e b a s i s f o r r o a d li g h t in g d e s ig n b y ca l c u l a t io n a n d co mp a ri s o n b a s e d o n i n s t a n ce s Ke y wo r ds Ro a d lig h t i n g S h o r t ci r cu i t p r o t e ct io n Gr o u n d in g f a u l t p r o t e ct io n L e a k a g e cu r r e n t S e n s it iv it y Eq u ip o t e n t ia l b o n d i n g 摘要探 讨道路 照明配 电系统的接地形 式和 配 电线路 的保护 指 出不 同接地形式的特 点及 不同接地 形式下存在 的问题 并通过 实例进行计算比较 给道 路 照 明配 电设 计 提 供 量化 的依 据 关键词 道路 照 明 短 路 保护 接 地 故 障保护 泄 漏 电流灵敏 度等 电位 联 结 0 引言 道路照明具有照 明设备设于户外 负荷分散 线 路较长 无法实施等电位联 结的特点 其供电安全性 及可靠性尤为重要 C J J 4 5 2 0 0 6 城 市道路 照明设计标 准 6 1 9 条 规 定 道 路 照 明 配 电 系统 的接 地 形 式 宜 采 用 T N S系统或 T T系统 金属灯杆及 构件 灯具外壳 配 电及控 制箱屏等的外露可导电部分 应进行保 护接 地 并应符合 国家现行 相关标准 的要求 本文探讨 照明配电线路 的保护设置 保护 电器的整定 剩余 电 流动作保护装置额定剩余动作 电流值的设定等照 明配 电设计 中的相关 问题 文 中通过实例进行计 算 比较 旨在给道路照明配 电设计提供量化 的依据 1 道 路照明采 用 T N S 或 T T接地 形式 的 特点及存在的问题 1 1 道路照明采用 TN S接地形式 当道路照明线路长度在一定 的范围内 配电系统 采用 T N S接地形式时 用断路器或熔 断器能在规定 时间 5 s 内切 断 故 障 回路 满 足 灵敏 度 的 校 验 依据 GB 5 0 0 5 4 9 5 低压配 电设计规 范 以 下简称 低规 第 4 4 1 0条的规定 宜采用过电流 保护兼作接地故障保护 这种配 电方式线路简单 供 电可靠性高 但存在 以下缺点 a 断路器需 做灵 敏度校验 当线路超过能满 足 灵敏度校验 的最大长度时 则需要采取相应 的措施来 解决 例如增大 P E线截面等 b 路灯设 于户外 易遭受雷击 沿 P E线可能 把高电位 引入配 出电源的建筑物 也可能把 电源侧 的 故障电压传导至路灯从 而造成人身伤害事故 有的设计者在采用 T N S接地形式时 往往忽视 了每杆路灯的重复接地 仅仅将 P E线与灯杆 的金属 部分相连 这是不够的 通常的做法是 采用 T N S接地形式时 在每杆 路灯下打一根 5 0 m m 5 0 m mx 5 m m 长度 2 5 0 0 mm 的角钢接地极 将 P E线与金属灯杆 及构件 灯具外 壳 灯杆基 础内钢筋 人工接地极 连接成一个 整体 由于人工接地极造价高 在设计时可根据路灯基础的 情况充分利用 自然接地体作为接地极 作 者 信 息 千素兰 女 机械工业部第五设计研究院 高级工程师 AD 2 01 1 Vo l 3 0 No 4 1 2道路照明采用 TT接地形式 道路照明中采用 TT接地形式 其特点为 a 电源 的接 地线 与路 灯接 地 线 是分 开 的 T T 接 地形 式不 会将 室外 的高 电位 引入 室 内 也避 免 了 电源侧 的故 障电压传导到路灯设备 从而保证 了人身 安全 b 配 电线路 的 R C D保护整定有些 困难 由于室 外环境 的特殊性 线路泄漏 电流的随机性 要使 R C D 整定值躲过正常的泄漏电流 当线 路较长 灯具 较多 时 实在难以整定 当然 必要时在不 同的季节 不 同的气 候条件 下 对线路泄漏 电流进行实 际测量 以确 定 R C D的整定值 是最有效 的解决办法 在采用 TT接地形式 时 有些设计者 只将每杆路 灯做接地 而不将各个路灯接地极相连 认为这样做 可 以比 T N S 省 去一根 P E线 事实上 这样做 违反 了 低 规 第 4 4 1 2条 的规定 TT系统配 电线路 内由同一接地故 障保 护 电器保 护的外露 可导 电部分 应用 P E线连接 至共用 的接地极上 当有多级保护 时 各级宜有各 自的接地极 另外 增加一根 P E线可 以 降低每杆路灯 的接地 电阻值 因此即使采用 TT接地 形式 这根 P E线也是必不可少的 正确的做法是 采用 T T接地形 式时 在每杆 路 灯下打一根 5 0mm 5 0mm 5mm 长度 25 0 0mm 的角钢接地极 整个路灯沿线敷设一条 4 0 mm 4 mm 镀锌扁钢作 P E线 将 P E线 与金属灯杆及 构件 灯具 外 壳 灯 杆基 础 内钢筋 人 工接地 极连 接成 一 个整 体 该 P E线 与电源接地线是分离 的 但是 低规 第 4 4 1 2条 的条文说 明也指 出 做到这 点实 际上可 能遇到困难 因此本条不作硬性规定 1 3 灯杆的接地电阻 已被 C J J 4 5 2 0 0 6取代 的原行业标准 C J J 4 5 9 1 城市道路 照明设计标 准 5 1 9条规 定 可 触及 的 金属灯 杆 需保 护接 地 接地 电阻应 小 于 1 O Q 这个 阻值并 非是每杆 路灯独 立 的接地 电阻值 对 T N 接地形式 该 电阻值是与 P E线相连 的多个路灯 和 P E 线 的综合接 地电阻值 对 T T接地形式 该 电阻值是 由 P E线相连的多个路 灯 灯杆基础 人工接地 极和 P E线 的综 合接地 电阻值 在 C J J 4 5 2 0 0 6 城 市道 路照 明设计 标准 以下简称 道路 照明标准 中 取消了对保护接地 电阻值的要求 有人实测过 对于 TT接地形 式 如果省掉公 共 P E干线 在 每杆路灯下打一根 5 0mm 5 0m m 5mm 长度 L 2 5 0 0 mm的角钢接地极 每杆路 灯的接 地电 阻不超过 2 0 n 3 1 根据 低规 第 4 4 1 1 条 如剩 余电流动作保护 电器 的额定动作 电流 厶为 1 0 0 m A 2 0 Q 1 0 0 mA 2 V 远小 于 5 0 V 或潮 湿环境下 的 2 5 V 可见 这种做 法达到 的接地 电阻值 已经是很 安 全 的 了 1 4断路器灵敏 度校验不够的解决方 法 采 用 T N S接 地 形 式 断 路 器应 保 证 末 端 单 相接地短路 时满 足 5 S 切 断故 障电路 的要求 同样 采 用 T T接地 形式 断 路 器也应 保 证末 端单 相短 路 时满足 5 S 切断故障 电路 的要求 因此 断路器 的灵 敏度 是值 得注 意 的一个 问题 在线 路较 长时 应采 取减小 断路器整定值 加大导线截面 调整分配 电箱 等办法 来解 决 道路 照 明标 准 6 1 6条 规定 道 路 照 明配 电 回 路 应 设 保 护 装 置 每 个 灯 具 应 设 有 单 独保 护装 置 据 此 在 每杆 路灯 处 设熔 断 器 保护 也不 失为 解决 断路 器灵 敏度 校验不 够 的一个 办法 并在该条文说明 中明确 目的是避免单灯故障造 成大面积灭灯 尽可能减小故障影响范围 根据相关 电气标准的要求 除非是上一级 线路的保护电器已能 保护截面减小的那 一段线路或分支线 或 回路 电流在 2 0A以下 才可 以不必单独设置保护 据此 笔者在 园区照明 厂区照明设计 时 因每个 回路一般在 2 0A 以下 每盏路灯未设熔断器保护 2 道路照 明配 电线路的保护设置 道路照 明配电线路一般 比较长 线路末端 发生接 地故障 单相短路时 其 故障电流一般 比较小 根据 低 规 的规定 在发生短路时 保护 电器应在 5 s内 切断故障电路 因此 道路 照明配电线路需 正确设 置 短路保护 过负荷保 护及接地故 障保护 本文仅讨论设置断路器的情况 2 1 道 路 照 明配 电线路 的 短路 保护 及过 负荷 保护 要求 路灯光 源采用高压钠灯 道路照明配 电线路 的短 路 过负荷保护可采用断路器 其长延时和瞬时过电 流脱扣器整定 电流分别为 鹭墨 旦 的攘 苎垫 望曼堡 一 l千 主 4 5 g t 丢 U L D G 2n 1 1年 第4 期I ELECT TV 1 3 K 如 f 2 式 中 断路 器长 延 时过 电流 脱扣 器整 定 电 流 A 照明线路计算 电流 A m 断 路 器 瞬 时 过 电 流 脱 扣 器 整 定 电 流 A f 断路器瞬时过 电流脱扣器可靠 系数 取 决 于电光 源启 动状况 和断 路器特 性 高压钠灯取 4 7 根据 低规 第 4 2 3条的规定 i 1 3 3 式 中 d 照明线路预期短路 电流 中的最小 短 路 电流 A 按最不利条件考虑 当采用 T N S系统 时 为线路末端 单相接 地短路 电流 当采用 T T系统 时 为线路末端单相短路 电流 同时满足 1 3 式时 即认 为该断路 器整 定值能够满足配电线路 的短路保护及过负荷保护 以 及采用 T N系统的配电线路的接地故 障保护 2 2道路照明配电线路的接地 故障保护要求 根据 低规 的规定 采用 T N系统 的配 电线路 当断路器过电流保护能满足切断接地故障回路 的时问 要求 即当发生接地故 障时 保护电器切 断故 障回路 的时 间不 宜大于 5 s 时 宜采用 过 电流保 护兼作接 地故障保护 同时指出 当过电流保护不能满足切断故障回路 的时间要求时 应采用剩余电流保护 电器作接地故障 保护 对 于采用 T T系统 的道 路 照明配 电线 路 变 压 器 中性点接地 电阻为 1 路灯接地 电阻设为 2 0 Q 忽 略系统及 线路阻抗 单相接地短路 电流 粗 略估 算 为 2 2 0 1 2 0 1 0 5 A 单相接地短 路电流 不能满足 3 式 从而不 能满足规范接地 故障保护的要求 故需在道路照明线 4 6 l 21 4 路 电源 出线端加装剩余 电流动作保护 电器作接地故障 保护 3 道路照明配 电线路及保护电器 的设定 现对按常规设定的几个参数进行通用分析 3 1 配电线路参数 a 道路照明配 电线路长度设定为 4 0 0 1 0 0 0 I n 分 为 6档 b 线 路设定 为交联 聚乙烯 电缆 Y J V 型 截 面 分别 为 1 6 m m 2 2 5 m m 3 5 m m 的电力电缆 N线 取与相线 同截 面 P E线取与相线同截面 P E线取相 线 1 2截 面 共 5种规 格 1 5 X 1 6 mm 1 4 X 2 5 mm 1 X 1 6 mm 1 5 2 5 mm 1 4 X 3 5 mm 1 1 6 mm 1 5 X 3 5 mm 3 2保护电器参数 用 断路 器保护 其长 延时 过 电流脱扣 器整定 值 训 取 6 3 A 5 0 A 4 0 A 3 2 A 2 5 A 5 级 3 可 取 的 5倍 即取 3 1 5 A 2 5 0 A 2 0 0 A 1 6 0 A 1 2 5A 3 3 配电系统参数 变 压 器 为 S C B 9 1 0 0 4 k V 1 0 0 0 k VA D y n l1 连接 U K 6 7 6 k W 变 压器高压 侧短路容量为 2 0 0 MVA 变压器低压侧母 线规格为 T MY一4 1 0 0 1 0 n 1 1 1 1 1 8 0 8 1 1 1 i 1 长度 为 5 1 1 低压配 电屏至路灯配 电箱 出线规格 为 Y J V 一 1 4 X 3 5 n lm2 1 X 1 6mm2 长度为 5m 路灯配电 箱设置在变配 电所值班室 内 3 4短路 电流计算 3 4 1 计算实例 1 路灯线 路采用 丫 J V 2 1 5 x 1 6 l llm 长度 为 4 0 0 m T N S系统 末端单相接地短路 电流 计算 见表 1 同理 可计算 出 T N S系统 不 同规格 路灯线 缆 在不同敷设长度时的末端单相接地短路 电流 见表 2 3 4 2 计算实例 2 路 灯线路 采用 Y J V 一I 4 X 1 6 mm 长度 为 4 0 0 m 局部 T T系统 低压配电屏至路灯配电箱采用 T N S 路灯 配 电箱至 路灯 采用 TT 末 端相 线 L 与 中性线 N问的单相 短路 电流 计 算见表 3 同理 可计算 出不 同规格路灯线缆在不 同敷设 长 度 时的末端相线 L与中性线 N间的单相 短路电流 见 表 4 3 5短路计算 结果分析 由表 2的计算结果可 以看 出 T N S系统 中满 足 3 式的 I s 刚 最大允许值 见表 5 由表 4的计 算 结 果可 以看 出 T T系统 中满 足 3 式 的 川 最 大允许值 见表 6 由表 5 表 6可 以看出 a 线路长度在 5 0 0m 以下时 断路器可 以满 足 短路 保 护 T T系统 能 满 足除 接 地故 障 外 的短 路 保 护 T N S系统能兼 作接地 故障保 护 线路长度 在 表 l T N S系 统 单 相 接地 短 路 电流 计算 Ta b 1 Ca lcu la t ion o f t he s h o r t cir cuit cur r e n t f o r s ing le pha s e ea r t h in g o f TN S s y s t e m 元 件阻抗 mn 短路点阻抗 mll 单相接地短路 电流 A 序号 电路元件 线路 长度 m 矗 咖 J P 丽 l 2 2 0 1 0 0 0 f 1 系 统 0 O 5 0 5 3 2 变压 器 1 2 2 9 5 2 3 母 线 5 O 2 8 1 9 0 4 YJ V一1 4 3 5 1 1 6 5 l1 9 9 O 9 6 5 YJ V2 2 1 5 1 6 4 00 1 31 6 6 9 6 0 l 2 3 4 5 短路 点 1 3 3 0 8 2 5 1 l 3 3 2 5 6 1 6 5 表 2不 同规 格 电缆 的单 相 接 地短 路 电流 Ta b 2 Sh o r t cir cu it C U lT e n t f o r s ing le p ha s e e a r t hin g o f diffe r e n t s iz e s ca b le s am 2 4 0 0 5 oo 6 o 0 7 o o 8 0 o 1 O o o 电缆规格 YJ V2 2 1 5 1 6 1 6 5 1 3 3 1 l1 9 5 8 3 6 7 Y l lV 2 2 1 4 2 5 1 1 6 2 O 1 1 6 l l3 5 ll6 1 O 1 8 1 YJ V2 2 1 5 2 5 2 5 6 2 0 5 1 7 2 1 4 7 1 2 9 1 0 3 Y J V 2 2 1 4 3 5 1 1 6 2 2 5 l 8 1 1 5 1 l3 O 1 l4 9 1 Y J V 2 2 1 5 3 5 3 5 5 2 8 5 2 3 9 2 0 5 l8 O l4 4 表 3 TT系 统 单 相短 路 电流 计 算 Ta b 3 Ca lcu lat io n o f t h e s ing le ph as e s h o rt cir cuit c u r r e n t o f T T s ys t e m 元件阻抗 m Q 短路点阻抗 m n 单相接地短路 电流 A 序号 电路元件 线路长度 m X R l d l l 0 0 0 2 2 0 1 系统 O 0 5 0 5 3 2 变压器 1 2 2 9 5 2 3 母 线 5 0 2 5 1 8 3 4 YJ V一1 4 3 5 1 1 6 5 7 5 2 O 8 0 5 Y J V 2 2 1 2 1 6 4 0 0 l 3 1 6 6 9 6 0 1 2 3 4 5 短路 点 l 3 2 5 8 2 2 8 1 3 2 7 9 9 1 6 6 47 曼矍 照堡 墼哮堡 妻 塑受堡 塑 王 点兰 j J I 5 建 虢电乞 一 I 2口 1 1年 第4 期I 柏 8lj lL 0 l G 莲 RI 8 0 0 IT I 以上 时 基 本上不能满足保护要求 b 能满足保护要求 的 也是靠加 大电缆截面才 能达到 c 采用 T N S系统 加大 电缆 P E线截 面 比 加 大 相 线 截 面更 有 效 如用 1 5 2 5 mm 2 比用 1 4 3 5 mi l l 4 1 x 1 6 mm 电 缆 的接 地故 障电 流 明显要大 d 建议线路长度在 5 0 01 T I 以上时 采取分 区配 电 增设路灯配电箱 4 TT系统 中额定剩余动作电流值的设定 4 1 设定的依据 剩余 电流动作保护电器 的额定剩余动作电流应躲 过正常运行 的最大泄漏电流 并 留有余地 配电线路 正常运行时 的泄漏电流 包括线路本身的泄漏 电流和 用电设备 的泄漏电流 两者之和 即为确定额定剩余动 作电流与校验额定剩余不动作 电流的依据 G B 1 3 9 5 5 2 0 0 5 剩余 电流动作保护装置安装和 运行 5 7 5条规定 选用 的剩余 电流保护装置 的 额定剩余不动作电流 应不小于被保护 电气线路和设 备 的正常运行时泄漏电流最大值 的 2 倍 即 加 2 m 4 式 中 剩余 电流动作保护装置的额定剩余 不 表 4不 同规 格 电缆 的单 相短 路 电流 T a b 4 S in g le p h a s e s h o r t cir cu it cu r r e n t o f d if f e r e n t s iz e s ca b le s I 8 0 0 1 0 00 曩 A m 1 1 11 1 1 2 4 0 0 5 0 0 6 0 0 一 电流 长度 也缆规格 Y J V 2 2 1 2 1 6 1 6 6 1 3 3 1 1 1 9 5 8 3 6 7 Y J V 2 2 1 2 2 5 2 5 7 2 0 6 1 7 2 1 4 8 1 2 9 1 0 4 t Y J V 2 2 1 2 3 5 3 5 8 2 8 7 2 4 0 2 0 6 1 8 O 4 5 表 5满足 3 式的 s 最大允许值 T a b 5 T h e ma x i mu m a l lo w a b le v a l u e s o f m t h a t s a t is f i e d f o r mu la 3 t m 配电线路 一 最大允许值 A 长度 m mm2 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 1 0 0 0 誊 0 辔缆趣榕 Y J V2 2 1 5 1 6 2 5 l2 5 y J V 2 2 1 4 2 5 1 1 6 2 5 l2 5 Y J V 2 2 1 5 2 5 3 2 1 6 0 2 5 1 2 5 2 5 l2 5 Y J V2 2 1 4 3 5 1 1 6 3 2 l6 O 2 5 l2 5 V J V 2 2 1 5 3 5 5 O 2 5 0 4 0 2 0 0 3 2 l6 O 2 5 1 2 5 2 5 1 2 5 表 6 满足 3 式的 最大允许值 T a b 6 T h e maximH m a l lo w a b l e v a lu e s o f s c 3 t h a t s a t is f ie d f o r mu la 3 K 矗 最 大允许值A 度m mm2 4 0 0 5 0 0 6 o o 7 0 0 8 o o 1 0 0 0 薹 一 电缆规格 Y J V 2 2 1 2 1 6 2 5 I 2 5 Y J V 2 2 1 2 2 5 3 2 l6 0 2 5 l2 5 2 5 1 2 5 Y J V2 2 1 2 3 5 5 O 2 5 0 4 0 2 0 0 3 2 1 6 O 2 5 l2 5 2 5 1 2 5 动作 电流 被保护 电气线路和设备正 常运行时泄 漏电流最大值 GB 1 3 9 5 5 2 0 0 5附 录 B 6指 额定 剩余不 动 作 电流的优先值 为 0 5 J l 如采用其 他值 时 应大 于 堡 8 皇 l皇 壳断路 器 分断能 力满足要 求 路 灯出线开关 采用 在每单相配 电回路上装设带过 电流保护 的剩余 电流动 作微型断路器 这样 出现故障时 不会引起大面积停 电或整条路灯线路停 电 也不会 因短路故障影响到上 级开关 0 5 j 即 j 0 5 j 若取厶 0 5 j 则 5 结 语 4 m 5 式 中 厶 剩余 电流动作 保护装 置的额定 剩余动 作 电流 满足 5 式 的同时也就 满足了 4 式 这时可 不需对额定剩余不动作 电流进行校验 4 2 额定剩余动作 电流值 据 注 册 电气 工 程 师 考 试 辅 导 教 材 及 复 习 题 解 供配 电专 业技 能部分 电缆对地 分布 电容 很 大 泄漏 电流 由对地分布 电容决定 单相及三相 电缆 线 路 每 k m 按 2 1 6 6 m A 估算 加 上路 灯 设 备 的 泄 漏 电流 室 外路 灯 照 明线 路泄 漏 电流 一般 按 每 k m 3 0 4 0 m A估算 应是 比较合 适 的 由此可见 当路灯线路在 5 0 0 n l左右时 剩余 电 流动作保 护装置 的额定 剩余动作 电流选 1 0 0 mA 比较 合适 考虑到路灯线 路的户外环境 等因素 此值不能 设定得太小 否则保 护装置 容易发 生误 动作 但设定 得太大 保护装置的灵敏度 降低 了 也是不合适 的 另外 应 注意的是 本例 中路灯配 电箱安装 处三 相短路 电流为 1 9 k A 路灯配 电箱总进线 开关选用 塑 路灯线路的长