道路照明接地系統(tǒng)的若干問(wèn)題探討

袁鋒，王詩(shī)薇

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071）

道路照明接地系統(tǒng)的若干問(wèn)題探討

袁鋒，王詩(shī)薇

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071）

目前，在道路照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中，由于經(jīng)濟(jì)因素和習(xí)慣做法等各種原因，存在著一些不合理因素。論文針對(duì)道路照明工程接地的做法和配電線(xiàn)路保護(hù)等問(wèn)題進(jìn)行了探討和分析，提出了不同接地方式下可能存在的問(wèn)題和解決方法。

道路照明；接地系統(tǒng)；RCD（漏電保護(hù)）

1 引言

在道路照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中，由于經(jīng)濟(jì)因素和做法等各種原因，存在著一些不合理因素。如供電線(xiàn)路較長(zhǎng)的情況下，電纜截面過(guò)小，線(xiàn)路末端發(fā)生單相接地短路時(shí)，斷路器不能及時(shí)動(dòng)作；接地系統(tǒng)與RCD的選擇不合理導(dǎo)致誤跳而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行等。合理的配電設(shè)計(jì)方案能有效防止安全事故，也能避免項(xiàng)目維護(hù)和改造而造成的不必要浪費(fèi)。

2 道路照明接地系統(tǒng)分析

依據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45—2006），道路照明配電系統(tǒng)的接地形式宜采用TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)，金屬燈桿及構(gòu)件、燈具外殼、配電及控制箱屏等的外露可導(dǎo)電部分，應(yīng)進(jìn)行保護(hù)接地，并應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[1]。

2.1 TT接地系統(tǒng)

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

2.2 TN-S接地系統(tǒng)

TN-S接地系統(tǒng)是電源中性點(diǎn)直接接地時(shí)電器設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過(guò)零線(xiàn)接地的接零保護(hù)系統(tǒng)。工作零線(xiàn)N和專(zhuān)用保護(hù)線(xiàn)PE嚴(yán)格分開(kāi)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專(zhuān)用保護(hù)線(xiàn)上沒(méi)有電流，只是工作零線(xiàn)上有不平衡電流。PE線(xiàn)對(duì)地沒(méi)有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護(hù)是接在專(zhuān)用的保護(hù)線(xiàn)PE上。道路照明中常規(guī)的做法是每座路燈桿基礎(chǔ)旁打角鋼接地極（L50mm×5mm，L=2.5m，并在路燈線(xiàn)路的始、末端及分支處增設(shè)角鋼接地極，將PE線(xiàn)與金屬燈桿、箱變外殼、燈具外殼、基礎(chǔ)內(nèi)地腳螺栓、穿線(xiàn)鋼管和人工接地極連成一個(gè)整體。

3 配電線(xiàn)路電纜截面和斷路器的選擇

在設(shè)計(jì)和施工中，存在一些電纜截面選擇過(guò)大造成浪費(fèi)或過(guò)小不能滿(mǎn)足電壓降要求及斷路器靈敏度校驗(yàn)等問(wèn)題，配電線(xiàn)路電纜截面和斷路器的選擇應(yīng)結(jié)合負(fù)荷大小、配電線(xiàn)路長(zhǎng)度等各種因素綜合考慮。

在道路照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，存在著僅按照導(dǎo)體計(jì)算電流選擇電纜的現(xiàn)象；事實(shí)上，供電線(xiàn)路長(zhǎng)且負(fù)荷較大時(shí)，線(xiàn)路電壓降損失的校驗(yàn)十分有必要，由于氣體放電燈具可能產(chǎn)生諧波電流，設(shè)計(jì)階段難以獲得設(shè)備參數(shù)等準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，一般電壓降損失宜控制在5%以?xún)?nèi)；而路燈單相接地故障靈敏度校驗(yàn)最為重要，由于計(jì)算復(fù)雜也容易被忽視，在配電線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)、電纜截面過(guò)小或斷路器整定電流過(guò)大時(shí)，都可能存在線(xiàn)路末端單相接地故障時(shí)斷路器不能及時(shí)脫扣，從而存在安全隱患。

4 工程實(shí)例分析

以某城市次干道道路照明工程為例，變壓器型號(hào)SCB10-100/10，（10±2）×2.5%/0.4kV，D,yn11，Uk=4%，箱變內(nèi)自帶硬銅母線(xiàn)，規(guī)格為T(mén)MY-4(50×5)，長(zhǎng)度為5m。供電半徑分別選取500m，600m，700m，800m進(jìn)行計(jì)算。低壓配電電壓為380V/220V，低壓系統(tǒng)接地型式采用TN-S系統(tǒng)，采用三相電源供電，電纜選用1kV交聯(lián)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(jìn)行計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)路段采用雙臂鋼桿路燈,高壓鈉燈150W+高壓鈉燈70W，標(biāo)準(zhǔn)燈桿間距為31.5m，每回路所帶路燈負(fù)荷根據(jù)回路長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。本工程路燈照明配電回路設(shè)置于箱變低壓柜中，未單獨(dú)設(shè)置路燈照明配電箱，低壓母線(xiàn)至低壓柜電纜忽略不計(jì)。

4.1 配電線(xiàn)路單相接地故障保護(hù)靈敏度校驗(yàn)

根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，取最不利情況，線(xiàn)路末端單相接地短路故障時(shí)，如果能滿(mǎn)足斷路器瞬時(shí)或短延時(shí)脫扣，一般也能滿(mǎn)足電壓損失的要求。本案例僅對(duì)線(xiàn)路末端單相接地短路故障時(shí)，斷路器靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算，本案例中斷路器長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定值取16A較為合適。

在TN-S系統(tǒng)中，當(dāng)利用低壓斷路器作接地故障保護(hù)時(shí)，保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)應(yīng)符合式（1）：

式中，ld為單相接地短路電流，A；ln為斷路器長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流，A;kn為脫扣器的短延時(shí)或瞬時(shí)動(dòng)作電流倍數(shù)，本案例kn取6。在TN-S系統(tǒng)中，線(xiàn)路末端單相接地短路電流計(jì)算式為：

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

高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗(歸算到400V側(cè))：因路燈箱變遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)組，根據(jù)《中國(guó)南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中的相關(guān)規(guī)定，可設(shè)本系統(tǒng)短路容量Sd=300MV·A，查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]表4-21可取高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗0.03mΩ，高壓側(cè)系統(tǒng)電抗0.35mΩ。

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

低壓母線(xiàn)的阻抗：查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4-24可取低壓母線(xiàn)阻抗5×0.238=1.19 mΩ，低壓母線(xiàn)電抗5× 0.423=2.115mΩ。

低壓電纜的阻抗：查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4-25，根據(jù)不同情況進(jìn)行計(jì)算。

配電線(xiàn)路末端單相接地短路電流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。將計(jì)算結(jié)果帶入式（1）進(jìn)行驗(yàn)算。得出保護(hù)靈敏度校驗(yàn)結(jié)果表2。從計(jì)算和校驗(yàn)結(jié)果可以看出，配電線(xiàn)路越長(zhǎng)，線(xiàn)路末端單相接地短路電流越小，越難滿(mǎn)足斷路器靈敏度的校驗(yàn)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(xiàn)截面比增大相線(xiàn)界面更為有效。不難看出，kn的取值對(duì)校驗(yàn)結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生較大影響，kn越大越難滿(mǎn)足校驗(yàn)條件；斷路器長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定值的不同一樣會(huì)對(duì)校驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，而這項(xiàng)取值由不同工程項(xiàng)目配電回路的計(jì)算電流決定，取值越大越難滿(mǎn)足校驗(yàn)條件。

表1 配電線(xiàn)路末端單相接地短路電流值

表2 保護(hù)靈敏度校驗(yàn)結(jié)果表

4.2 RCD保護(hù)的選擇當(dāng)配電線(xiàn)路末端單相接地短路電流不能滿(mǎn)足線(xiàn)路首端斷路器保護(hù)靈敏度的要求時(shí)，配電線(xiàn)路需加裝RCD保護(hù)。參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-43，當(dāng)電纜截面選取16～35mm2時(shí)，聚乙烯絕緣電纜埋地敷設(shè)泄漏電流約為26～33mA/km；配電線(xiàn)路長(zhǎng)500～800m時(shí)，單純電纜的泄漏電流約為13～26.4mA；考慮路燈設(shè)備泄漏電流和環(huán)境因素，正常運(yùn)行泄露電流按照25～40mA進(jìn)行估算，配電線(xiàn)路的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器動(dòng)作電流應(yīng)不小于正常運(yùn)行泄露電流的2.5倍，即62.5～100mA。

依據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054—2011）[3]，為減少接地故障引起的電氣火災(zāi)危險(xiǎn)而裝設(shè)的剩余電流檢測(cè)或保護(hù)電器，其動(dòng)作電流不應(yīng)大于300mA。當(dāng)動(dòng)作于切斷電源時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)回路的所有帶電導(dǎo)體。由于線(xiàn)路泄露電流受限于電纜敷設(shè)施工質(zhì)量、電纜接頭絕緣水平、雨天潮濕天氣等因素的影響，實(shí)際測(cè)量會(huì)較為準(zhǔn)確。根據(jù)多家市政路燈維護(hù)部門(mén)的經(jīng)驗(yàn)，配電線(xiàn)路首端RCD動(dòng)作電流可取300mA，用于防止電氣火災(zāi)。

為保護(hù)人身安全，每座路燈桿分支線(xiàn)路還應(yīng)設(shè)置單燈保護(hù)裝置（熔斷器）和高靈敏度RCD，RCD動(dòng)作電流取30mA。

5 結(jié)論

道路照明配電系統(tǒng)中，考慮經(jīng)濟(jì)因素，通常配電回路大于500m，甚至可能長(zhǎng)達(dá)800m。如果采用TT接地系統(tǒng)，需正確整定RCD保護(hù)電流，避免誤跳閘的同時(shí)躲過(guò)線(xiàn)路正常泄漏電流。如果采用TN-S接地系統(tǒng)，是否能滿(mǎn)足線(xiàn)路末端單向接地短路時(shí)斷路器及時(shí)動(dòng)作是必要的校驗(yàn)步驟。不能滿(mǎn)足時(shí)，可采

用以下方法：1）適當(dāng)縮短配電線(xiàn)路長(zhǎng)度；2）適當(dāng)加大電纜截面，尤其是PE線(xiàn)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(chǎn)品或能夠整定為短延時(shí)脫扣的電子脫扣器；4）配電線(xiàn)路首端加裝合適的RCD保護(hù)裝置。

設(shè)計(jì)階段可根據(jù)項(xiàng)目所在地的實(shí)際情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)等因素來(lái)進(jìn)行配電系統(tǒng)的合理優(yōu)化，從而提高工程質(zhì)量。

【1】CJJ45—2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

【2】中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[K].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

【3】GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）775645658@qq.com。