道路照明配电断路器短路灵敏度对配电线路长度的影响

1、道路照明配电断路器短路灵敏度对配电线路长度的影响1、引 言 随着我国现代化建设的不断发展 ,国家经济实力的不断 增强 ,城乡建设也在发生着翻天覆地的变化 ,人民生活水平不 断提高的同时，对生存环境的要求也在不断的加强。道路照 明作为其中的一个主要因素也必须适应新形势的需要，不仅 要满足最基本的照明要求 ,更应能满足用电的安全性。 道路照 明是属于 I 类电击防护等级的用电设备 ,其金属杆灯柱、 计控 箱壳体等常处于人体易接触的范围内。当它们发生接地故障 而使灯柱、 控制箱金属壳体等呈现故障电压时 ,如果人体与之 接触 ,将会导致电击 ,从而危及人身安全。因此 ,只有做好道路 照明的接地故障安全

2、保护 ,采用合理的接地形式 ,才能保证其 用电的安全性和可靠性。2、配电线路的保护 根据现行的国家标准低压配电设计规范 (GB50054-2011 )的定义，低压配电线路保护分为三种，即 短路保护、过负荷保护、配电线路电气火灾保护。在此我们 重点要说的是短路保护。2.1、短路保护低压配电设计规范（GB50054-2011 ）中322条规定:选择导体截面，应符合下列要求 : （1）按敷设方式及环境条 件确定的导体载流量，不应小于计算电流； （ 2）导体应满足 线路保护的要求； （ 3）导体应满足动稳定与热稳定的要求；（ 4 ）线路电压损伤应满足用电设备正常工作及启动时端电 压的要求；（ 5）导体

3、最小截面应满足机械强度的要求。配电线路的短路保护电器， 应在短路电流对导体和联 结处产生的热作用和机械作用造成危害之前切断电源。当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流（ Id ）不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流（Ie）的1.3倍。道路照明配电出线回路供电线路长、负荷小，一般在出 线回路首端安装断路器达到短路保护、过负荷保护及配电线 路电气火灾保护目的，所以说断路器的选择计算整定值是非 常重要的，断路器动作情况直接影响整个出线回路的安全。 、根据电压降初步确定照明配电线路电缆截面及长度:路灯线路因为电压较低，不必计算电晕，不考虑电导（无 漏电），一般只考虑电阻和电抗两个

4、参数，路灯线路常用导 线截面一般都小于 1 2 0mm2 ，所以路灯线路电阻接近直流电 阻，我们可以直接查表得到导线电阻/公里（Q /km）和导线电抗/公里（Q /km）,现在城市道路照明一般都采用电缆穿管敷设，由三相四线制供电，线路分支有两相三线线路和单相双线线路供电。城市道路照明设计标准(CJJ45-2006 )中条规定，照明线路零线的材料、截面与相线相同，线路 末端电压降损失简化计算公式：( U% )单相=2 Mi * ( Ua%);( U% )二相=1.5 Mi * ( Ua%);(A U% )三相=Mi* ( A Ua%) Ua%-单位长度线路电压损失百分数(/A.km )可直接查表

5、得出。Mi-单位电流矩(A.km ), Mi=I丄 (A.km )。I 线路计算电流。L线路始端至末端的距离(km )。电能质量 供电电压偏差(GB12325-2008 )中4.2条:20kV 及以下三相供电电压偏差为标称电压的士 7%。城市 道路照明设计标准 (CJJ45-2006 条)允许电压损失， 正常运行情况下，照明灯具端电压应维持在额定电压的90%-105%，对于380V供电则为354407V ; 220V单相供 电为额定电压的+ 5%， 10%，则为198231V，就是说 只要末端电压不低于 354V和198V ,就符合要求。为了估算 电缆最大供电半径取三相供电线路末端电压降损失

6、A U%=7% (供电电源点-线路末端)，这样根据用电负荷，我们 可以初步估算出线路电缆长度，接下来估算相线(零线)截面按如下公式计算：铜线：S= IL / 54.4* U铝线：S= IL / 34* UP=Ulcos l=P/ ( U.cos )I 导线中通过的最大电流 (A)L 导线的长度 (M)P负载功率(W)U 工作电压( V )COS 功率因素 U充许的电压降(V)S 导线的截面积(mm2)这样我们可以初步估算出相线(零线)电缆截面。 按城市道路照明工程施工及验收规程( CJJ89-2012 条)，保护线 SPE 的截面可按以下条件选择： 当 SW 10mm2 时 SPE=S 当 1

7、6mm2 W S50mm2 时 SPE=0.5SS:相线截面。这里要说明的是这仅仅是满足了压降这个条件，很多施 工设计人员就以该长度作为设计标准，这个概念是不完善 的。按末端路灯单相接地故障灵敏度来校验确定路灯干线电缆最大长度：道路照明供电线路长、负荷小、导线截面较小，则回路 阻抗较大，故其末端单相短路电流较小，这样就有可能在发 生末端单相或两相短路故障时干线保护开关不动作，在实际 工作中也经常出现这样的问题，所以还要按末端路灯单相接 地故障灵敏度来校验，才能确定路灯干线电缆最大长度。以 单相接地故障（短路电流小）效验为例来说明，先看断路器 工作原理，如图 1 所示。其中：1主触头 2自由脱扣

8、器 3过 电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器6欠电压脱扣器 7 按钮低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触 点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流 脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱 扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过 电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开 主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片 上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压 脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则 作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需 要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动

9、自由 脱扣机构动作，使主触点断开。设断路器瞬时过电流脱扣器整定电流为le,线路计算电流为Ijs,照明线路末端的短路电流为Id。根据城市道路照明设计标准(CJJ45-2006)中条规定，道路照明配电系统的接地形式宜采用TN-S系统或TT系统，铜芯电缆的截面积16mm2,零线重 复接地，如图 2 所示。及其可能发生的触电事故，如图 3 所 示。a直接接触防护故障电流等于相线对 PE 线短路电流, 故障电流产生危险 的接触电压，电源电压降至0.8Uo，当PE线和相线尺寸相同, 接触电压是 Uf=0.8 x Uo/2=88V>UL (50V)断路器脱扣。 Uo 相线对地标称电压, 220VUL

10、安全电压限值，50Vb、间接接触防护当单相接地故障发生在回路的最末端时,根据施耐德培 训手册提供的 TN 系统短路电流计算公式有：Id= () /p (1+m)LUo-相电压，220V。Sph-相线截面(mm2 )。p -正常温度条件下导体的电阻率(Q mm),当温度为90C 时 P =0.0226。m-相线截面与 PE线截面之比 m=Sph/Spe。L- 计算回路总长。断路器瞬时脱扣条件：(ld/le ) 1.3假设一路灯回路长 600m，光源为250W高压钠灯(加电 容补偿，cos =0.85，镇流器损耗为10%)功率P=275W。 灯间距为30m，共计N=17基路灯，采用一台100KVA

11、的路 灯专用箱变来供电，箱变内带3m长LMY-4 (40X4)低压母线。采用三相配电， 电缆截面为 YJV-4X25+1X16 。灯具引接 线为 BVV-3X2.5 ，灯杆高为 10米，计算干线末端单相接地 故障电流？ 忽略(高压系统、变压器、低压母线、灯头引接线等)的影 响。代入公式有： ld=(0.8x220x25)/0.0226x(1+25/16)x600=126.63 ( A)Ijsd=NP/ ( Uo x cos ) =17x275/ (220x0.85) =25 (A)，按 le=1.3ljsd 取值 Ie=32.5 (A),选用 Ie=40(A)的断路器，按(Id/Ie ) 1.

12、3 校验，126.63/40=3.17 1.3,灵敏度满足断路器瞬时脱扣要求。道路照明供电负荷较小一般使用的是具有限流作用的微 型断路器 (MCB) 符合 GB10963 (idt IEC 60898) ，例如： C120,C65 电流范围 1A 至 125A ,Icu = Ics ，25 kA 以下 ,灵敏度一般在 1.4-2.0 范围内，按(ld/le ) 2.0 校验，126.63/40=3.17 2，灵敏度也满足断路器瞬时脱扣要求。下面是道路照明常采用的 TN 系统，出线回路选用 Multi 9 断路器 4 所配置电缆的最大长度表： 当脱扣条件不满足 时我们可以减少磁脱扣设定值、加零序

13、保护及配置 RCD 。这里要说明一点的是对 TN-S 系统如断路器本身的保护 条件不能满足瞬时脱扣要求，可加 RCD 提供保护。对于有 些城市道路照明工程，由于配电线路比较长，剩余电流比较 大，根据低压配电设计规范 ( GB50054-2011 )中 条 规定：为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电 流监测或保护电器，其动作电流不应小于 300mA 。当动作于切断电源时， 应断 开回路的所有带电导体，在出线回路首端装设 RCD 目的是 防火灾保护。3、结论：本文主要是对道路照明配电的出线回路采用断路器保护 实际应用提供一些设计上的参考数据。在城市道路照明配电 系统中，对线路短路保护不但要进行电压降计算确定照明配 电线路电缆截面及长度，而且还要按末端路灯单相接地故障 来校验断路器短路灵敏度确定路灯干线电缆最大长度，这样 才能保证干线末端路灯出现单相接地故障时断路器瞬