煤礦工業(yè)場地道路照明接地系統(tǒng)問題探討

許 濤

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

煤礦工業(yè)場地道路照明的主要功能是為煤礦工業(yè)場地提供符合規(guī)范的照明質量以及滿足各種生產、生活車輛和行人的適合照度和亮度。隨著現代化礦井對亮化工程及景觀照明的需求不斷提高，當今的煤礦場地道路照明不僅作為礦井安全生產、場內交通安全、車輛有序運行的必要保障，同時也承擔著美化場區(qū)環(huán)境、方便人員活動的使命。因此場內道路照明覆蓋面變得更大、系統(tǒng)變得比以前更為復雜，隨之而來的是照明用電安全問題也日益突出。

工業(yè)場地道路照明配電系統(tǒng)的選擇、保護裝置參數的設定，決定著路燈系統(tǒng)的安全、維護成本、系統(tǒng)可靠等諸多管理問題，值得重視和探究。

1 道路照明接地系統(tǒng)

配電系統(tǒng)的接地方式分為IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，其文字符號的第一個字母表示電源端帶電導體與大地的關系：T表示直接接地，I表示對地絕緣或經高阻抗接地；第二個字母表示電氣裝置的外露導電部分與大地的關系：T表示直接接地，N表示通過與接地的電源中性點的連接而接地。其中TN系統(tǒng)按中性線和PE線的不同組合方式又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種類型：TN-C的N線和PE 線在全系統(tǒng)內是合一的；TN-S的N線和PE 線在全系統(tǒng)內是分開的；TN-C-S系統(tǒng)中，在電氣裝置電源進線前N線和PE 線是合一的，電源接入電氣裝置后N線和PE 線分開[1]。

《城市道路照明設計標準》(CJJ 45—2015)第6.1.8條規(guī)定：“道路照明配電系統(tǒng)的接地形式應采用 TT 系統(tǒng)或 TN-S 系統(tǒng)”。

對于常用于照明配電的TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，由于這兩種接地方式各有其優(yōu)缺點，道路照明應采用何種接地方式，一直存在爭議。文獻[2]認為在路燈照明配電系統(tǒng)中采用TN-S接地系統(tǒng)優(yōu)于TT系統(tǒng)。其理由是：由于TT系統(tǒng)漏電電流較小，存在漏電時保護開關并不跳閘，需要增設漏電保護器，從而增加了成本；而TN-S系統(tǒng)中一旦設備外殼帶電，大的短路電流會很快引起保護元件動作，因而比較安全且節(jié)省安裝費用[2]。文獻[3]則從TN-S系統(tǒng)的主要特點以及《建筑物防雷設計規(guī)范》的要求角度對道路照明配電采用何種接地方式進行了比較，也認為用TN-S接地系統(tǒng)優(yōu)于TT系統(tǒng)，認為TT系統(tǒng)由于需要增設漏電保護裝置而提高了維護成本，只有在利用原有三相四線制的供電線路條件下進行路燈設施建設時才只能采用TT系統(tǒng)[3]。不過，隨著國內的財力增長和國產電氣設備的性能提高，特別是在電氣行業(yè)知名專家的大力推崇下，道路照明采用TT系統(tǒng)逐漸成為共識。 例如，任元會認為TN-S這種接地方式用于道路照明存在導致電擊的不安全因素和配電線路保護的靈敏性難以滿足要求等問題；而TT方式由于選用剩余電流保護器，動作電流小，更能保證安全，而且TT系統(tǒng)相比TN-S系統(tǒng)在線路敷設時節(jié)省一根PE線，雖然TT方式需要燈桿接地，但由于多數使用金屬燈桿或鋼筋混凝土燈桿，接地條件良好，且TT方式的接地電阻要求不高，比TN方式的重復接地要求相比，并不會增加費用[4-8]。王厚余則認為：“世界上沒有最好的接地系統(tǒng)，應根據具體情況選用合適的接地系統(tǒng)”[7]。

2 煤礦工業(yè)場地道路照明配電系統(tǒng)接地系統(tǒng)選擇

煤礦工業(yè)場地總平面布置根據生產工藝流程特證，結合地形條件，按其功能分區(qū)組合，結合人流、物流及氣候等因素靈活布置。工業(yè)場地道路是聯(lián)接各個生產、辦公、生活區(qū)域的通道，場內道路分為主干道、次干道和支道三種，其主要特征是道路相對集中、長度相對較短。既具有道路照明的特點，又不完全同于一般的道路照明。和一般的道路照明相比，煤礦工業(yè)場地有諸多生活設施，是人員活動的中心，因此其供電安全性、可靠性尤為重要[9，10]。

TN-S接地系統(tǒng)用于戶外照明由于很難作等電位聯(lián)結而難以保證安全性。采用TN-S接地系統(tǒng)的路燈照明回路中，燈具、電桿、配電盒等的外露導電部分通過PE線接到配電變壓器中性點接地，當同一變壓器的配電系統(tǒng)內其他部分發(fā)生對地短路故障時，故障電流經大地流回變壓器中性點，使中性點電位升高，這種高電位會通過PE線傳到燈桿等處露導電部分，對人身安全造成威脅，尤其是陰雨天氣等情況下存在較大隱患[11-13]。

此外，TN-S接地系統(tǒng)用于戶外照明時配電線路保護的靈敏度難以保障。由于工業(yè)場地道路照明負載分散，照明線路相對其他供電負荷來說較長，如果線路末端發(fā)生單相接地短路故障時，故障電流很小，位于電源端的保護元件不動作，不能迅速切斷短路故障電流。

例如，某礦工業(yè)場地一照明回路，線路總長度1200m，每間隔20m安裝一盞功率為400W的路燈，燈具功率因數0.85，線路額定計算電流Ie計算如下：

線路選用YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜供電。電源端保護元件選用長延時脫口電流63A的斷路器(瞬時脫扣器整定電流315A)或63A的熔斷器。查《工業(yè)與民用配電設計手冊》得YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜參數見表1。

表1 YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜參數

路末端短路時，單相短路電流如下：

=3246.98mΩ

(1)

《低壓配電設計規(guī)范》(GB 50054—2016)規(guī)定，TN系統(tǒng)中，電源端保護元件為斷路器時，瞬時脫扣電流應大于瞬時脫扣器整定電流的1.3倍，即315×1.3=409.5A；保護元件為熔斷器時，5s內熔斷器熔斷電流應大于5倍的熔斷器額定電流，即63×5=315A。而上述計算表明，1200m長的照明線路的單相短路電流Id=67A，熔斷器和帶瞬時脫扣的斷路器，都不能滿足保護靈敏度的要求[14，15]。

相比于TN-S系統(tǒng)，TT系統(tǒng)的接地故障電流更小，保護元件使用熔斷器或斷路器無法滿足規(guī)范要求，必須在配電回路中加裝剩余電流保護器(RCD)。由于RCD的動作電流可以設定在幾百甚至幾十毫安，在漏電值達到不安全程度之前就可以迅速動作，能夠更好地防止觸電事故和引起火災事故發(fā)生。

鑒于以上原因，目前多數煤礦工業(yè)場地的道路照明配電系統(tǒng)采用了TT接地方式。

3 煤礦工業(yè)場地道路照明配電系統(tǒng)采用TT接地系統(tǒng)需注意的問題

雖然TT接地方式是比較適用于煤礦工業(yè)場地道路照明的，但采用TT系統(tǒng)也存在不少問題，需要特別注意。

3.1 剩余電流動作保護器動作電流的設定

剩余電流保護檢測的是三相電流加中性線電流的相量和，電線路正常運行時剩余電流只是線路的漏泄電流，該電流值一般很小，即：

為了保證接地故障時剩余電流保護器能夠可靠動作，《低壓配電設計規(guī)范》(GB 50054—2016)規(guī)定了剩余電流保護整定值Iset和故障電流Id必須滿足的的關系，即：Id≥1.3Iset。

一般情況下場地照明回路剩余電流保護動作值整定到幾百毫安甚至1A。在場地照明配電回路中，線路末端單相接地故障單流Id最小可達幾十安，這個條件是很容易滿足的，也就是說剩余電流保護器的動作可靠性是很容易實現的。

3.2 剩余電流動作保護器靈敏度校驗

表2 220/380V單相及三相線路埋地、穿管敷設線路每千米泄露電流 mA/km

如前例中，YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜，每千米漏泄電流約為70mA，照明線路在700m長度時線路漏泄電流為49mA，剩余電流保護整定值Iset可整定為150mA；線路長度在2000m線時路漏泄電流為140mA，剩余電流保護整定值Iset可整定為400mA。以防止剩余電流保護誤動作。

3.3 TT系統(tǒng)的中性線不可重復接地

TT系統(tǒng)的中性線除在變壓器低壓出線端做一次系統(tǒng)接地外，不得再重復接地。因為TT系統(tǒng)的中性線重復接地，部分中性線上的負載電流將經大地返回電源而成為雜散電流。這一雜散電流會引起回路首端的RCD誤動作，所以TT系統(tǒng)中性線重復接地的供電線路上是不能裝設RCD用以發(fā)生接地故障時切斷電源或報警的[7]，而如果供電線路不設置接地保護是存在很大的安全隱患的。

N線重復接地產生的雜散電流，還會對地下的金屬構件、管道等造成電解腐蝕，當電流大到一定程度時甚至會破壞設備或降低運行性能。

對TT系統(tǒng)的中性線重復接地，有可能將N線與電氣裝置的外露導電部分的保護接地間接地產生電氣關聯(lián)，而將TT系統(tǒng)隱性地轉化為TN-C-S系統(tǒng)。這種由TT系統(tǒng)隱性轉化來的TN-C-S系統(tǒng)，往往帶有TN-C-S型式的缺陷而又不具備該型式的優(yōu)點，也不會采用TN-C-S型式的安全防護措施，因此采用N 線重復接地的TT型式安全性無法得到有效保證[8]。

4 結 語

煤礦工業(yè)場地道路照明配電回路，宜選用帶有剩余電流保護器的TT系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足線路末端單相接地故障保護要求，保證用電安全。需要注意的是，剩余電流保護器的整定電流應按照線路長度及導線選材進行合理計算或者實際測量后確定，不能籠統(tǒng)的整定為30mA，否則將會引起線路剩余電流保護器誤動作。