城市道路照明配電系統(tǒng)接地形式分析

劉海

【摘 要】為了實現(xiàn)城市道路照明配電系統(tǒng)的安全運行，探討了照明配電系統(tǒng)的接地形式。通過分析TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng)的安全關(guān)系式以及特點，指出TN-S系統(tǒng)用于道路照明系統(tǒng)存在的問題，說明了采用TT系統(tǒng)的合理性與必要性。在使用TT系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建議線路上下級分別采用剩余電流保護(hù)器（RCD）和斷路器進(jìn)行故障保護(hù)，并將RCD的額定動作電流整定為100～500mA。

【關(guān)鍵詞】道路照明；TN-S系統(tǒng)；TT系統(tǒng)；剩余電流保護(hù)器

前言

《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2006第6.1.9條規(guī)定："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)......"。TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng)是當(dāng)前城市道路照明配電系統(tǒng)的兩種最主要的接地形式，故本文主要對這兩種接地方式的特點進(jìn)行分析，通過對比兩者的優(yōu)勢與存在的問題，對道路照明配電系統(tǒng)的接地方式給出合理性建議。

1 TN-S接地系統(tǒng)

1.1 TN-S系統(tǒng)定義及系統(tǒng)安全關(guān)系式

TN-S系統(tǒng)是指電源端（配電變壓器低壓側(cè)中性點）直接接地，并從中性點引出有中性線（N線）、保護(hù)線（PE線）至用電端。用電設(shè)備外露導(dǎo)電部分接PE線保護(hù)，中性線與保護(hù)線嚴(yán)格分開。

在TN-S系統(tǒng)中，作為間接接觸防護(hù)，系統(tǒng)自動切斷電源的條件為：

（1）

式中：-接地故障回路阻抗，Ω；

-保護(hù)電器在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷電源的電流，A；

-相線對地標(biāo)稱電壓，V。

對于室內(nèi)電氣裝置，采用簡單可靠的過電流保護(hù)設(shè)備，很容易滿足上式的要求，并且通過等電位聯(lián)結(jié)顯著降低接觸電壓，故TN-S系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于建筑物內(nèi)部。

1.2 TN-S系統(tǒng)應(yīng)用于道路照明系統(tǒng)存在的問題

TN-S系統(tǒng)應(yīng)用于建筑物內(nèi)部可以取得很好的安全防護(hù)效果，而應(yīng)用于室外的道路照明系統(tǒng)，則存在安全問題。

（1）道路照明位于室外公眾場所，易受氣候、人為等因素影響，具有很大的不確定性。由于不具備建筑物內(nèi)部的等電位聯(lián)結(jié)條件，很難實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)。

（2）在同一變壓器供電范圍內(nèi)PE線都是連通的，任一地點發(fā)生接地故障，其故障電壓可沿PE線傳導(dǎo)至他處而可能引起危害。

（3）TN-S系統(tǒng)的配電距離受到過電流保護(hù)靈敏度和允許電壓損失兩種因素的制約。通常情況下，過電流保護(hù)靈敏度所確定的配電距離較按允許電壓損失所確定的配電距離小很多，這將會增加配電站的數(shù)量，增加道路照明的成本和復(fù)雜程度。在實際道路照明設(shè)計過程中，很多設(shè)計往往只重視配電距離的擴(kuò)大，而疏于對過電流保護(hù)靈敏度的校驗，使事故因素在設(shè)計階段即成為隱患，且不易發(fā)現(xiàn)。

（4）由于某些客觀因素，在設(shè)計階段很難獲得計算所需要的系統(tǒng)參數(shù)，如式（1）中的數(shù)據(jù)，故難以保證保護(hù)電器動作的有效性。

2 TT接地系統(tǒng)

2.1 TT系統(tǒng)定義及系統(tǒng)安全關(guān)系式

TT系統(tǒng)是指電源端（配電變壓器低壓側(cè)中性點）直接接地，用電端也直接接地。即不從電源中性線引出PE線接設(shè)備外殼，而為用電設(shè)備專門設(shè)置接地極引出PE線接設(shè)備外殼。

在TT接地系統(tǒng)中，電器設(shè)備的外露導(dǎo)電部分通過保護(hù)線與單獨的接地極接地，與電源在接地上無電氣聯(lián)系。TT系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，短路電流由于受到電源側(cè)系統(tǒng)接地電阻和電氣設(shè)備處保護(hù)接地電阻的限制，短路電流比較小。當(dāng)設(shè)備容量較大時，過流保護(hù)電器不能切斷電源，設(shè)備的金屬外殼將呈現(xiàn)危險電壓。因此，為了保證TT系統(tǒng)的用電安全，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分必須不大于安全電壓，故對于道路照明應(yīng)滿足下式：

（2）

式中：-保證保護(hù)電器能自動切斷的電流，A；

-外露導(dǎo)電部分的接地電阻和PE線電阻，Ω。

在正常干燥環(huán)境下，公式中的安全電壓設(shè)定為50V，當(dāng)處于潮濕環(huán)境時，安全電壓閾值應(yīng)由50V降低至25V。

2.2防止間接接觸電擊措施

對于TT接地系統(tǒng)，其自動切斷接地故障的保護(hù)有兩個選擇：過電流保護(hù)（斷路器或熔斷器）或者剩余電流保護(hù)器RCD（Residual Current Device）。在使用斷路器或熔斷器時，要滿足式（2）中的條件十分困難，因為的值比較大，必須保證的值很小。對于道路照明系統(tǒng)，要實現(xiàn)如此小的接地電阻，在技術(shù)上和成本上均存在很大難度，故在TT系統(tǒng)中優(yōu)先考慮使用RCD。

當(dāng)采用RCD進(jìn)行故障保護(hù)時，式（2）中的即為RCD額定剩余動作電流。RCD的分?jǐn)鄷r間很短，最大不超過0.2s，一般5倍的動作時間為0.04s。間接接觸時，接地故障電流遠(yuǎn)大于，所以不需要考慮自動切斷電源的時間。RCD的額定動作電流與相應(yīng)設(shè)備的保護(hù)接地電阻的關(guān)系如表1所示，從表中可以看出，設(shè)備的最大接地電阻值比較大，在實際工程中能夠保證實現(xiàn)。

2.3RCD的防誤動和上下級保護(hù)動作的選擇性

道路照明的配電回路長，戶外條件復(fù)雜，線路和設(shè)備的漏電電流較大，如果整定電流不當(dāng)，將會導(dǎo)致頻繁誤動作，降低道路照明配電回路的供電可靠性。在正常情況下，不考慮照明設(shè)備，照明線路的正常泄漏電流為每公里70mA左右，根據(jù)剩余電流動作整定值應(yīng)大于或等于正常泄漏電流的2.5～4倍的關(guān)系，1km線路剩余電流動作保護(hù)整定值取100～500mA比較合適。

對于一般照明線路，建議上級采用RCD，下級采用熔斷器，并將熔斷器作為主要的間接電擊防護(hù)。根據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》，選取熔體額定電流為4～10A，當(dāng)故障電流為熔體額定電流的8倍時，切斷電源時間s。由于接地故障電流較大，RCD的額定動作電流選取100～500mA，并設(shè)定1s延時。這樣燈桿支線部分發(fā)生接地故障時，下級熔斷器將在0.4s內(nèi)動作，上級RCD因有1s延時不會動作，從而保證上下級動作的選擇性。

3結(jié)論

（1）在道路照明供電系統(tǒng)中，由于缺少等電位聯(lián)結(jié)條件并且存在過電流保護(hù)靈敏度問題，一般情況下不建議采用TN-S系統(tǒng)。

（2）TT接地系統(tǒng)對于道路照明配電系統(tǒng)具有更好的安全性與合理性，在TT系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用RCD進(jìn)行故障保護(hù)，可以有效保障城市道路照明系統(tǒng)用電安全。

（3）道路照明采用TT系統(tǒng)，建議線路上下級分別采用RCD和斷路器，為防止RCD因正常泄漏電流造成誤動，RCD的值應(yīng)取100～500mA并設(shè)定1s延時，下級熔斷器切斷時間應(yīng)不大于0.4s，從而實現(xiàn)上下級的選擇性配合。

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