道路照明配電線路單相保護(hù)

鄧德源

（珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）

1 引言

道路照明負(fù)荷主要是單相負(fù)荷，為了盡可能減少電路故障對(duì)照明的影響，要求采用單相保護(hù)元件。當(dāng)采用三相電器進(jìn)行保護(hù)時(shí)，如其中一相發(fā)生故障，會(huì)引起三相跳閘，擴(kuò)大故障影響范圍。故《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 》(CJJ 45—2015)第 6.1.5條 規(guī)定，道路照明各單相回路應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行保護(hù)。但當(dāng)?shù)缆氛彰髋潆娋€路保護(hù)采用剩余電流保護(hù)電器時(shí)，單相保護(hù)的要求在某些情況下不能完全滿足。

2 道路照明配電線路故障保護(hù)

道路照明配電線路故障有3種：短路、 過負(fù)荷、接地故障。前2種統(tǒng)稱為過電流故障，其后果是導(dǎo)致配電線路和道路照明設(shè)備的過熱，使其溫度急劇上升（或緩慢上升），如沒有正確的防護(hù)措施，將導(dǎo)致導(dǎo)體的過熱， 超過其最終溫度（極限溫度）而導(dǎo)致?lián)p壞 （主要是絕緣損壞）。而接地故障， 除可能產(chǎn)生上述后果外，還將使道路照明裝置的外露可導(dǎo)電部分帶電，可能使操作人員或道路行人接觸危險(xiǎn)電壓而觸電。對(duì)于道路照明配電系統(tǒng)故障保護(hù)，已有許多文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述，有以下二點(diǎn)共識(shí)：

1）道路照明配電系統(tǒng)宜優(yōu)先采用TT系統(tǒng)，并以延時(shí)動(dòng)作的剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器（即RCD）自動(dòng)切斷故障電源。在規(guī)范CJJ89—2012《城市道路照明工程施工與驗(yàn)收規(guī)程》的7.2.4條亦明確規(guī)定：TT接地制式的配電系統(tǒng)必須安裝漏電保護(hù)電器（即RCD）。

2）道路照明配電系統(tǒng)采用TN—S系統(tǒng)時(shí)，所采用的過電流保護(hù)電器（斷路器或熔斷器）能在規(guī)定時(shí)間（≤5s）內(nèi)切斷故障回路，并滿足靈敏度的校驗(yàn)。當(dāng)靈敏度不能滿足時(shí)，需設(shè)置RCD或其它措施。

而在實(shí)際工程應(yīng)用中，為了減少變壓器的設(shè)置數(shù)量、降低投資，后續(xù)周邊小規(guī)模道路或支路等照明用電，一般都會(huì)考慮引接自現(xiàn)有道路照明配電干線，從而加大道路照明配電干線的供電范圍與供電距離，引起最不利接地故障電流變小及保護(hù)靈敏度得不到保障。此時(shí)，照明配電干線的保護(hù)電器一般會(huì)采用延時(shí)動(dòng)作的RCD。

基于以上分析，道路照明配電系統(tǒng)普遍采用RCD，以滿足道路照明配電系統(tǒng)的短路、過負(fù)荷、接地故障保護(hù)要求。

3 不同型式道路照明單相保護(hù)的分析

當(dāng)采用過電流保護(hù)電器作道路照明配電系統(tǒng)的故障保護(hù)時(shí)，各相配線相互獨(dú)立，保護(hù)電器檢測(cè)的參數(shù)與公共N線無關(guān)，此時(shí)單相保護(hù)不存在問題。故本文僅就采用RCD的照明配電系統(tǒng)作探討，探討的類型適用于TN-S（3芯或5芯電纜）或TT系統(tǒng)（2芯或4芯電纜）。

3.1 單相供電單相RCD保護(hù)

本類保護(hù)型式（見圖1）適用于小容量、短距離的道路照明供電回路（如：小區(qū)道路、公園道路等）。采用單相電纜供電，各回路設(shè)置的RCD后相線、N線獨(dú)立，即各相RCD與配線電纜獨(dú)立、互不影響，滿足單相保護(hù)要求。

圖1 單相供電單相RCD保護(hù)

圖2 二相供電單相RCD保護(hù)

3.2 二相供電單相RCD保護(hù)

本類保護(hù)型式（見圖2）適用于需要后半夜關(guān)閉間隔路燈的項(xiàng)目，采用5（4）芯電纜供電，各回路設(shè)置的RCD后相線、N線獨(dú)立，亦滿足單相保護(hù)要求。

但本類配電系統(tǒng)每回路采用二個(gè)相別負(fù)荷，三相平衡設(shè)置難以得到保證。另外當(dāng)三相電纜接電源時(shí)，需要一根電纜相線改為中性線之用，導(dǎo)致電纜線芯使用的顏色色譜不符合GB5023要求，為后期維護(hù)及安全運(yùn)行帶來不便。

3.3 三相供電單相RCD保護(hù)

道路照明配電線路采用三相供電單相過電流保護(hù)電器（見圖3）時(shí)，滿足單相保護(hù)要求，系統(tǒng)亦可正常運(yùn)行。當(dāng)采用三相供電單相RCD保護(hù)（見圖4）系統(tǒng)時(shí)，配電線路采用三相電纜供電，各回路設(shè)置的RCD后相線獨(dú)立，N線分開經(jīng)RCD后再合用電纜中性線，此時(shí)：

1）在道路照明三相負(fù)荷平衡時(shí)，電纜中性線IN矢量和為道路照明配電正常泄露電流；

2）RCD 運(yùn) 行 時(shí) 檢 測(cè) 的 I1+IN1、I2+IN2、I3+IN3值約為相電流，其值均遠(yuǎn)大于RCD整定值（mA級(jí)），RCD1、RCD2、RCD3均不能合閘。故供電系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，此保護(hù)型式無法滿足單相保護(hù)要求。

3.4 三相供電分體式三相RCD+單相過電流保護(hù)電器

基于3.3節(jié)的分析，三相供電單相RCD保護(hù)型式不能正常運(yùn)行。接下來分析采用分體式三相RCD+單相過電流組合型式（見圖5）。配電線路采用三相電纜供電，三相四極RCD

圖3 三相供電單相過流保護(hù)

圖5 三相供電三相RCD+單相過流保護(hù)

圖4 三相供電單相RCD保護(hù)后接單相過電流保護(hù)電器裝置，此時(shí)：①在道路照明三相負(fù)荷平衡時(shí)，RCD1正常運(yùn)行時(shí)檢測(cè)的I1+I2+I3+IN矢量和為照明線路正常泄露電流，合閘正常；②單相過電流保護(hù)電器合閘正常。

供電系統(tǒng)能正常運(yùn)行，配電線路發(fā)生單相接地故障導(dǎo)致RCD1動(dòng)作時(shí)，切斷的供電范圍為三相電源。

道路照明設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)定上下級(jí)保護(hù)電器（RCD1、QF）的動(dòng)作特性。過電流保護(hù)電器（QF1-3）對(duì)配電回路的過電流（短路與過負(fù)荷）進(jìn)行單相保護(hù)；RCD1選用延時(shí)動(dòng)作的剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器，對(duì)配電回路接地故障進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)發(fā)生接地故障RCD1延時(shí)跳閘時(shí)，可以單獨(dú)通過單相QF手動(dòng)切除故障相后，再重新合閘RCD1,可以保證另外兩個(gè)非故障相正常再供電。故通過手動(dòng)操作，本類保護(hù)型式可防止單點(diǎn)接地故障導(dǎo)致整條線路燈長(zhǎng)時(shí)間無法點(diǎn)亮，提高供電可靠性，縮小故障停電范圍。

本保護(hù)型式雖不能完全滿足規(guī)范要求的單相保護(hù)要求，但通過設(shè)置二種不同類型的保護(hù)電器，兼顧了安全運(yùn)行與供電可靠性要求。

由于道路照明發(fā)生單相接地（多為相線觸桿）故障為間接接觸，因此RCD1無需按照防止直接接觸帶電體的30mA要求整定剩余電流值，可根據(jù)線路正常泄露電流值選定（100～500mA）。

需要注意的是，本條討論的分體式三相RCD+單相過電流保護(hù)裝置，RCD可以是不配置過流保護(hù)功能，或者所配置的過流保護(hù)功能作為后續(xù)單相過電流保護(hù)裝置的后備保護(hù)。

4 剩余電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

從圖5分析知，采用三相四極RCD保護(hù)裝置，在線路漏電電流達(dá)到設(shè)定值自動(dòng)切斷電源時(shí)，會(huì)造成暫時(shí)大面積滅燈（在未檢查出接地故障相時(shí)）。

城市照明智能監(jiān)控系統(tǒng)正逐漸推廣，在照明智能監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)剩余電流監(jiān)測(cè)裝置成為可能。通過對(duì)線路漏電監(jiān)測(cè)電流異常變化值進(jìn)行全過程的記錄，取得配電線路剩余電流值一年變化經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為智能判斷正常泄露與接地故障提供依據(jù)。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在漏電安全隱患的漏電線路時(shí)，通過及時(shí)的查漏修復(fù)，避免運(yùn)行線路帶病運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生突發(fā)漏電故障時(shí)，剩余電流監(jiān)測(cè)裝置終端通過控制元器件能夠準(zhǔn)確、及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在漏電的線路進(jìn)行電源切斷，避免意外安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

業(yè)內(nèi)不同人員對(duì)CJJ 45—2015第6.1.5條規(guī)定理解不盡相同。有些同行認(rèn)為在此規(guī)范實(shí)施以前的傳統(tǒng)做法（如：每個(gè)光源設(shè)置單相過電流保護(hù)裝置、線路采用三相剩余電流保護(hù)裝置）就已滿足本條規(guī)范條款要求。但筆者認(rèn)為，本條規(guī)范條款是從道路照明線路故障時(shí)的供電可靠性角度，提出照明設(shè)施配電干線的單相保護(hù)要求。

總結(jié)以上分析，有以下結(jié)論：

1）城市照明配電系統(tǒng)采用單相過電流保護(hù)電器、并兼作接地故障保護(hù)時(shí)，單相保護(hù)要求可以滿足；

2）城市照明配電回路為單相或二相時(shí)、采用單相RCD作接地故障保護(hù)時(shí)，單相保護(hù)要求可以滿足。但采用二相配電時(shí)，5（4）芯電纜線芯使用的顏色色譜不符合GB5023要求，需要非標(biāo)訂制電纜；

3）城市照明配電回路為三相、采用單相RCD作接地故障保護(hù)時(shí)，RCD不能合閘，單相保護(hù)要求無法滿足；

4）城市照明配電回路為三相時(shí)，推薦采用延時(shí)動(dòng)作的三相RCD+單相過電流保護(hù)電器。

5）道路照明配電系統(tǒng)不必強(qiáng)制要求采用單相保護(hù)措施，應(yīng)結(jié)合供電可靠性、安全運(yùn)行等綜合確定配電線路的保護(hù)型式。

6）剩余電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用可以提高道路照明線路的安全運(yùn)行與供電可靠性。