道路照明接地系統的若干問題探討

袁鋒，王詩薇

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢 430071）

道路照明接地系統的若干問題探討

袁鋒，王詩薇

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢 430071）

目前，在道路照明配電系統設計和施工中，由于經濟因素和習慣做法等各種原因，存在著一些不合理因素。論文針對道路照明工程接地的做法和配電線路保護等問題進行了探討和分析，提出了不同接地方式下可能存在的問題和解決方法。

道路照明；接地系統；RCD（漏電保護）

1 引言

在道路照明配電系統設計和施工中，由于經濟因素和做法等各種原因，存在著一些不合理因素。如供電線路較長的情況下，電纜截面過小，線路末端發生單相接地短路時，斷路器不能及時動作；接地系統與RCD的選擇不合理導致誤跳而影響系統正常運行等。合理的配電設計方案能有效防止安全事故，也能避免項目維護和改造而造成的不必要浪費。

2 道路照明接地系統分析

依據《城市道路照明設計標準》（CJJ45—2006），道路照明配電系統的接地形式宜采用TN-S系統或TT系統，金屬燈桿及構件、燈具外殼、配電及控制箱屏等的外露可導電部分，應進行保護接地，并應符合國家現行相關標準的要求[1]。

2.1 TT接地系統

TT接地系統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統。道路照明中常規的做法是配電線路全線敷設一根40m× 4m的鍍鋅扁鋼作為PE線，每座路燈桿基礎旁打角鋼接地極（L50m×5mm，L=2.5m)，并在路燈線路的始、末端及分支處增設角鋼接地極，將PE線與金屬燈桿、箱變外殼、燈具外殼、基礎內地腳螺栓、穿線鋼管和人工接地極連成一個整體。

2.2 TN-S接地系統

TN-S接地系統是電源中性點直接接地時電器設備外露可導電部分通過零線接地的接零保護系統。工作零線N和專用保護線PE嚴格分開，系統正常運行時，專用保護線上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上。道路照明中常規的做法是每座路燈桿基礎旁打角鋼接地極（L50mm×5mm，L=2.5m，并在路燈線路的始、末端及分支處增設角鋼接地極，將PE線與金屬燈桿、箱變外殼、燈具外殼、基礎內地腳螺栓、穿線鋼管和人工接地極連成一個整體。

3 配電線路電纜截面和斷路器的選擇

在設計和施工中，存在一些電纜截面選擇過大造成浪費或過小不能滿足電壓降要求及斷路器靈敏度校驗等問題，配電線路電纜截面和斷路器的選擇應結合負荷大小、配電線路長度等各種因素綜合考慮。

在道路照明配電系統設計中，存在著僅按照導體計算電流選擇電纜的現象；事實上，供電線路長且負荷較大時，線路電壓降損失的校驗十分有必要，由于氣體放電燈具可能產生諧波電流，設計階段難以獲得設備參數等準確數據，一般電壓降損失宜控制在5%以內；而路燈單相接地故障靈敏度校驗最為重要，由于計算復雜也容易被忽視，在配電線路過長、電纜截面過小或斷路器整定電流過大時，都可能存在線路末端單相接地故障時斷路器不能及時脫扣，從而存在安全隱患。

4 工程實例分析

以某城市次干道道路照明工程為例，變壓器型號SCB10-100/10，（10±2）×2.5%/0.4kV，D,yn11，Uk=4%，箱變內自帶硬銅母線，規格為TMY-4(50×5)，長度為5m。供電半徑分別選取500m，600m，700m，800m進行計算。低壓配電電壓為380V/220V，低壓系統接地型式采用TN-S系統，采用三相電源供電，電纜選用1kV交聯聚乙烯銅芯電力電纜，截面分別選取5×16mm2，4×25mm2+1×16mm2，5×25mm2，4×35mm2+1× 16mm2進行計算。標準路段采用雙臂鋼桿路燈,高壓鈉燈150W+高壓鈉燈70W，標準燈桿間距為31.5m，每回路所帶路燈負荷根據回路長度進行計算。本工程路燈照明配電回路設置于箱變低壓柜中，未單獨設置路燈照明配電箱，低壓母線至低壓柜電纜忽略不計。

4.1 配電線路單相接地故障保護靈敏度校驗

根據計算經驗，取最不利情況，線路末端單相接地短路故障時，如果能滿足斷路器瞬時或短延時脫扣，一般也能滿足電壓損失的要求。本案例僅對線路末端單相接地短路故障時，斷路器靈敏度進行校驗。經計算，本案例中斷路器長延時過電流脫扣器整定值取16A較為合適。

在TN-S系統中，當利用低壓斷路器作接地故障保護時，保護靈敏度的校驗應符合式（1）：

式中，ld為單相接地短路電流，A；ln為斷路器長延時動作電流，A;kn為脫扣器的短延時或瞬時動作電流倍數，本案例kn取6。在TN-S系統中，線路末端單相接地短路電流計算式為：

式中，Rphp為配電回路中高壓系統、變壓器、低壓母線和低壓電纜的電阻之和，mA；Xphp為配電回路中高壓系統、變壓器、低壓母線和低壓電纜的電抗之和,mA。

高壓側系統阻抗(歸算到400V側)：因路燈箱變遠離發電機組，根據《中國南方電網城市配電網技術導則》中的相關規定，可設本系統短路容量Sd=300MV·A，查《工業與民用配電設計手冊》[2]表4-21可取高壓側系統阻抗0.03mΩ，高壓側系統電抗0.35mΩ。

變壓器的阻抗：查相關廠家資料可取變壓器阻抗33.68mΩ，變壓器電抗63.64mΩ。

低壓母線的阻抗：查《工業與民用配電設計手冊》表4-24可取低壓母線阻抗5×0.238=1.19 mΩ，低壓母線電抗5× 0.423=2.115mΩ。

低壓電纜的阻抗：查《工業與民用配電設計手冊》表4-25，根據不同情況進行計算。

配電線路末端單相接地短路電流計算結果見表1。將計算結果帶入式（1）進行驗算。得出保護靈敏度校驗結果表2。從計算和校驗結果可以看出，配電線路越長，線路末端單相接地短路電流越小，越難滿足斷路器靈敏度的校驗條件；增大電纜截面能顯著增大末端單相接地短路電流，且增大PE線截面比增大相線界面更為有效。不難看出，kn的取值對校驗結果也會產生較大影響，kn越大越難滿足校驗條件；斷路器長延時過電流脫扣器整定值的不同一樣會對校驗結果產生影響，而這項取值由不同工程項目配電回路的計算電流決定，取值越大越難滿足校驗條件。

表1 配電線路末端單相接地短路電流值

表2 保護靈敏度校驗結果表

4.2 RCD保護的選擇當配電線路末端單相接地短路電流不能滿足線路首端斷路器保護靈敏度的要求時，配電線路需加裝RCD保護。參照《工業與民用配電設計手冊》表11-43，當電纜截面選取16～35mm2時，聚乙烯絕緣電纜埋地敷設泄漏電流約為26～33mA/km；配電線路長500～800m時，單純電纜的泄漏電流約為13～26.4mA；考慮路燈設備泄漏電流和環境因素，正常運行泄露電流按照25～40mA進行估算，配電線路的剩余電流動作保護器動作電流應不小于正常運行泄露電流的2.5倍，即62.5～100mA。

依據《低壓配電設計規范》（GB50054—2011）[3]，為減少接地故障引起的電氣火災危險而裝設的剩余電流檢測或保護電器，其動作電流不應大于300mA。當動作于切斷電源時，應斷開回路的所有帶電導體。由于線路泄露電流受限于電纜敷設施工質量、電纜接頭絕緣水平、雨天潮濕天氣等因素的影響，實際測量會較為準確。根據多家市政路燈維護部門的經驗，配電線路首端RCD動作電流可取300mA，用于防止電氣火災。

為保護人身安全，每座路燈桿分支線路還應設置單燈保護裝置（熔斷器）和高靈敏度RCD，RCD動作電流取30mA。

5 結論

道路照明配電系統中，考慮經濟因素，通常配電回路大于500m，甚至可能長達800m。如果采用TT接地系統，需正確整定RCD保護電流，避免誤跳閘的同時躲過線路正常泄漏電流。如果采用TN-S接地系統，是否能滿足線路末端單向接地短路時斷路器及時動作是必要的校驗步驟。不能滿足時，可采

用以下方法：1）適當縮短配電線路長度；2）適當加大電纜截面，尤其是PE線截面；3）選擇合適的斷路器整定電流，可選擇Kn取值較小的電磁脫扣器產品或能夠整定為短延時脫扣的電子脫扣器；4）配電線路首端加裝合適的RCD保護裝置。

設計階段可根據項目所在地的實際情況，綜合考慮經濟等因素來進行配電系統的合理優化，從而提高工程質量。

【1】CJJ45—2006城市道路照明設計標準[S].

【2】中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊（第三版）[K].北京：中國電力出版社，2005.

【3】GB 50054—2011低壓配電設計規范[S].

Discussion on GroundSystem of Road LightingSystem

YUAN Feng,WANGShi-wei
(CCCCSencondHarborConsultantsCo.Ltd.,Wuhan 430071,China)

At present,there are some unreasonable factors in the design and construction of road lighting distribution system due to econom ic factors and practices.This paper discusses and analyzes the grounding of road lighting project and the protection of distribution lines,andputsforwardsomepossibleproblemsandsolutionsindifferentways.

municipal road；streetlighting；lightingdesign

U491.5+3

A

1007-9467（2016）08-0132-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.035

2016-06-06

袁峰（1985～），男，北京人，助理工程師，從事電氣設計與研究，（電子信箱）775645658@qq.com。