道路照明接地型式及防電擊措施

文/劉芹

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民物質(zhì)水平的提高，人們對于居住的城市環(huán)境尤其是夜間環(huán)境要求越來越高。道路照明對城市夜間交通安全，保障城市治安環(huán)境起到了非常重要的作用。

由于道路照明屬戶外照明設(shè)施，極易受到各種外部惡劣環(huán)境的影響，如風(fēng)吹日曬、機(jī)械損傷等均會導(dǎo)致其絕緣水平的降低。加之無法實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)，在同樣故障的情況下，戶外照明裝置較戶內(nèi)照明裝置的接觸電壓高，電擊危險性更大，合理選擇配電系統(tǒng)接地型式及防電擊措施非常重要。

1 道路照明接地形式

根據(jù)道路照明相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，道路照明配電系統(tǒng)的接地形式應(yīng)采用TT 或TN-S 系統(tǒng)。

1.1 TT系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)是有一個直接接地點，電氣裝置的外露導(dǎo)電部分接至電氣上與低壓系統(tǒng)的接地點無關(guān)的接地裝置。

1.2 TN-S系統(tǒng)

TN 系統(tǒng)是有一點直接接地，電氣裝置的外露導(dǎo)電部分用保護(hù)線與該點連接。TN 系統(tǒng)有TN-S、TN-C、TN-C-S 三種型式。TN-S 系統(tǒng)即在全系統(tǒng)內(nèi)N 線和PE 線是分開的。

2 不同的接地系統(tǒng)道路照明的故障防護(hù)措施

2.1 自動切斷電源措施的幾個基本要求

道路照明燈具通常采用的是I 類燈具。對于I 類燈具的外露導(dǎo)電部分應(yīng)按不同接地系統(tǒng)的不同要求，經(jīng)PE 線作保護(hù)接地，如果沒有作接地，僅僅自動切斷電源不能單獨成為一個防電擊措施。

表1：三相四線制配電線路（TN-S）末端接地故障電流Id(A)

根據(jù)IEC 的規(guī)定，干燥和潮濕環(huán)境條件下的預(yù)期接觸電壓限值分別是50V 和25V，自動切斷電源這一防間接接觸電擊措施的采用應(yīng)按不同環(huán)境條件不同接觸電壓限值要求處理。

當(dāng)TT 系統(tǒng)或TN 系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)某一處發(fā)生接地故障時，該處的電源應(yīng)由一保護(hù)電器自動及時切斷，使電氣裝置內(nèi)由此引起的危險接觸電壓不持續(xù)存在，TT 系統(tǒng)內(nèi)配電回路其切斷電源的時間不允許超過1s，TN 系統(tǒng)內(nèi)配電回路其切斷電源的時間不允許超過5s。

2.2 TT接地系統(tǒng)的故障保護(hù)措施

TT 系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障時，故障回路包含有電氣裝置外露導(dǎo)電部分保護(hù)接地的接地極和電源處系統(tǒng)接地的接地極的接地電阻，與TN 系統(tǒng)相比，TT 系統(tǒng)故障回路的阻抗較大，故障電流會相對較小，故障點未被熔焊而呈現(xiàn)接觸電阻，其阻值難以估算。因此用預(yù)期接觸電壓值來規(guī)定對保護(hù)電器動作特性的要求，即Id=50/Ra ≥Ia 或Ra*Ia ≤50，當(dāng)預(yù)期接觸電壓超過50V 時，保護(hù)電器應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障電路。

當(dāng)接地故障的保護(hù)電器采用剩余保護(hù)電器RCD 時，Ia 為RCD 的額定動作電流IΔn；當(dāng)采用瞬時動作的低壓斷路器時，為斷路器瞬時過電流脫扣器整定電流的1.3 倍；當(dāng)采用熔斷器時，其熔斷時間應(yīng)符合Ra*Ia ≤50 的時間要求。由于TT 系統(tǒng)的故障電流不易準(zhǔn)確地計算，長延時過電流保護(hù)的Ia 值實際上難以確定，而TT 系統(tǒng)的故障電較小，過電流保護(hù)常難以滿足靈敏度要求，因此在TT 系統(tǒng)中應(yīng)采用RCD 作接地故障保護(hù)。

剩余電流保護(hù)電器RCD 作接地故障電流保護(hù)其動作電流整定值IΔn 應(yīng)符合以下要求：

（1）發(fā)生接地故障時，漏電保護(hù)電器一定能保證可靠動作。

（2）正常運行時，不應(yīng)發(fā)生誤動作。

因為正常運行中，線路對地電容將產(chǎn)生泄漏電流，不同類型的電纜、不同的敷設(shè)條件其泄漏電流大小都不相同。額定動作電流IΔn 應(yīng)能充分保證人體遭受間接接觸電擊時的安全，其額定不動作電流IΔn0 ≥0.5IΔn，它應(yīng)大于被保護(hù)回路的正常泄漏電流，并留有一定的裕量，以適應(yīng)日久回路絕緣電阻降低、用電設(shè)備增加、電壓偏差以及氣候變化等因素引起的泄漏電流增加。基于這個考慮，IΔn 整定值應(yīng)等于或大于正常泄漏電流的2.5～3 倍。考慮道路照明配電線路一般較長，IΔn 整定一般按100～500mA整定是合適的，如果整定值IΔn 還按室內(nèi)插座回路取30mA 話，正常運行時，剩余電流斷路器有可能就會動作。

2.3 TN-S接地系統(tǒng)的故障保護(hù)措施

TN-S 系統(tǒng)內(nèi)因絕緣損壞而引起接地故障有多種可能，容易使人產(chǎn)生電擊的一種是兩金屬部分熔化后互相焊牢，使故障繼續(xù)存在，其故障點阻抗可忽略不計，如果故障電流足夠大，過電流防護(hù)電器能迅速切斷電源，則可以避免電擊事故的發(fā)生。如果故障電流不足以使電流防護(hù)電器動作或者防護(hù)電器動作不及時，而PE 線上的接觸電壓超過其限值，這時如果人體接觸到帶電設(shè)備外露導(dǎo)電部分，就有可能發(fā)生電擊。還有一種情況是本回路并未發(fā)生接地故障，而是TN 系統(tǒng)內(nèi)其他回路發(fā)生接地故障，故障電壓沿PE 線傳導(dǎo)，使無故障回路內(nèi)其外露導(dǎo)電部分也呈現(xiàn)故障電壓，導(dǎo)致使用該回路電氣設(shè)備的人遭受電擊。

當(dāng)發(fā)生接地故障時，TN 系統(tǒng)的保護(hù)電器以及回路的阻抗應(yīng)能滿足在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷電源的要求，即Zs*Ia ≤Uo

TN 系統(tǒng)故障可以采用過電流保護(hù)電器和RCD。

當(dāng)采用斷路器作為短路保護(hù)電器時，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3 倍，即Id ≥1.3Iset3 或Id ≥1.3Iset2。

由于道路照明配電線路一般按400～1000m設(shè)定，配電電纜一般采用銅芯聚氯乙烯（VV）或交聯(lián)聚乙烯（YJV) 電纜，截面一般為16mm2、25mm2及35mm2三種規(guī)格的五芯電纜，根據(jù)相關(guān)資料查詢到的接地故障電流（Id）值列于表1。

從表1我們可以看到，配電線路越長，末端線路接地故障電流越小，斷路器的靈敏度要求越高；但對道路照明回路來說，配電線路越長，線路所帶負(fù)荷也越大，斷路器長延時過電流脫扣器整定電流相反會越大，相應(yīng)瞬時過電流脫扣器整定電流也越大，斷路器保護(hù)范圍會因此受到限制，所以道路照明配電線路長度一般都控制在500～800m 以內(nèi)，瞬時過電流脫扣器可靠系數(shù)通常按3～5 倍來選擇。

當(dāng)配電回路較長，接地故障電流較小，保護(hù)電器難以滿足接地故障保護(hù)靈敏性的要求時，還可以采取加大相導(dǎo)體及保護(hù)接地導(dǎo)體截面積，以提高接地故障電流。對于瞬時過電流脫扣器不能滿足接地故障要求時，則可采用帶短延時過電流脫扣器的斷路器作間接接觸防護(hù)。因為短延過電流脫扣器整定電流值Iset2通常只有瞬時過電流脫扣器整定電流值Iset3的1/5～1/3，所以間接接觸防護(hù)靈敏度更容易滿足。在線路過長，導(dǎo)線截面無法加大的情況下，采用帶接地故障保護(hù)的斷路器，為避免誤動作，斷路器剩余電流整定值應(yīng)按等于或大于正常泄漏電流的2.5～3 倍來整定。

由于道路照明處于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外環(huán)境，如果供電干線任一相在戶外發(fā)生接地故障，而對地故障電壓一旦超過50V，將對人身構(gòu)成危害，為此應(yīng)盡量使工作接地極的電阻Rb 與接地故障電阻Re 之比滿足下式要求：Rb/Re ≤50/(U0-50)≤0.29。

在道路照明設(shè)計中一般要求路燈基礎(chǔ)接地電阻不大于10Ω，所以在可能條件下應(yīng)盡量降低變電所低壓側(cè)中性點的接地電阻Rb，并應(yīng)在每桿路燈的進(jìn)線處將PE 線作重復(fù)接地。

3 結(jié)束語

對于道路照明，不同的接地型式應(yīng)采用不同的防電擊保護(hù)措施。TT 接地系統(tǒng)配電電纜采用的是四芯電纜，從投資成本上可以大大降低，同時采用的剩余電流斷路器作為防護(hù)電器，靈敏度也大大提高。但海南地處潮濕地帶，如果剩余電流斷路器整定值不合理，會導(dǎo)致大面積停電，影響整個城市的交通安全，所以，道路照明接地型式及防電擊措施應(yīng)結(jié)合實際情況合理設(shè)置。