道路照明配电系统的接地方式-zt

中国航空工业规划设计研究院 任元会
1 概述
城市道路照明是城市安全、城市道路交通正常运作的重要保证，同时也是城市商业、文化发展以及活跃人们生活的需要，甚至是城市的一道景观。
　　道路照明的主要功能是为机动车道和人行道提供必要的亮度和照度，以及符合行驶要求的照明质量。保证实现这个功能的基本前提就是安全用电。
　　安全用电涉及多方面的技术内容和管理维护要求，本文仅就道路照明低压配电系统的接地方式问题进行探讨。接地方式和配电线路保护关系到以下两个问题：
　　（1）使维护人员和广大行人免遭电击的危害；
　　（2）保证道路照明的正常运行，防止电路故障（短路、接地等）导致线路损坏，减少不必要的停电。
2 低压配电系统的接地方式和应用状况
2.1 接地方式种类
按我国标准和国际电工委员会（IEC）标准，低压配电系统接地方式分为以下三类：
2.1.1 TN方式
　　电源端（配电变压器低压侧中性点）直接接地，用电端（用电设备外露导电部分）通过一条导线连接到电源端中性点。由于连接导线的方式不同，又可分为下列三种：
　　（1）TN-C：利用配电线路的中性线（N）作接地连接线，称为PEN线；
　　（2）TN-S：增加一条专用的连接导线，即PE线；
　　（3）TN-C-S：以上两种的综合，前半部采用TN-C，后半部采用TN-S。
2.1.2 TT方式
　　电源端直接接地，用电端也直接接地。
2.1.3 IT方式
　　电源端不接地（或高阻抗接地），用电端直接接地。
　　建筑物内低压配电系统，过去多采用TN-C方式，近20多年随着现代化、信息化进程，和更高的安全要求，TN-C方式存在很多缺点，采用TN-S、TN-C-S以及TT方式越来越多，运行可靠性要求特别高的设备，IT方式也有应用。
2.2 道路照明配电系统的接地方式应用状况
　　如前述，在建筑物内采用TN-S及TN-C-S方式比较多，但处于室外环境的道路照明，条件不尽相同，使用TN-S仍然不能完全保证安全。其中一个重要因素是室内环境要求作等电位联结，作为防电击的重要措施之一；而处于室外环境的道路照明则难以作等电位联结，这是TN-S广泛应用于建筑物内，而不适宜于室外的主要原因。在已经有较完善的剩余电流动作保护器的今天，有条件采用TT方式，对于道路照明更符合安全要求。
3 TN-S方式用于道路照明的问题
3.1 可能导致电击的不安全因素
　　TN-S方式，灯具、电杆、电器盒等的外露导电部分是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地，当该变压器其他部分发生对地直接连接之类故障时，保护电器难以断开，故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使中性点电位升高，此电位经过PE线传至灯杆等处露导电部分；除非变压器接地电阻非常小，此电位就有可能超过安全电压限值（通常为交流50V，而对户外照明，考虑雨天等条件，应为交流25V）。由于故障电流很小而无法使保护电器动作，因此不能完全保证安全。
3.2 配电线路保护的灵敏性难以满足要求
　　道路照明负载分散，配电线路较长，当线路末端发生接地故障时，其故障电流往往较小，难以使线路首端的保护电器（熔断器或断路器）动作，不能切断故障电路。为了说明问题，举一个具体例子说明。
　　设定一回配电线路，供电给60基电杆的路灯，每杆装一只400W高压钠灯，安装功率26.4kW（含10%镇流器功耗），单灯设补偿电容，cosφ=0.85，用三相线路供电，线路计算电流达47.2A。选用25mm2电缆，保护电器用63A熔断器或用63A断路器（长延时脱扣器电流63A，瞬时脱扣器315A）。
　　若线路长1000m，经计算末端接地故障电流仅为几十安培，无论用熔断器还是带瞬时脱扣的断路器，均不能按规定时间断开。
　　按《低压配电设计规范》（GB50054-95）的规定：TN方式用63A熔断器，要求在5s内切断，则接地故障电流（Id1）不应小于5倍，即315A；用断路器时，不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即315×1.3=409A。
　　如果将线路截面加大到铜芯35mm2，PE线也加到35mm2，则Id1可达150A左右，和规定要求仍相距甚大。既便是线路缩短到500m（仅14~16基杆），还是不能满足上述要求。
可见TN方式用于道路照明配电线路，一般难以满足保护灵敏性要求，将导致不安全因素。
4 TT方式用于道路照明的优势
4.1 TT方式保护动作更灵敏，安全更有保证
　　TT方式的接地故障电流（Id1）比TN方式更小，使用熔断器或断路器更不能满足规范要求，所以应选用剩余电流动作保护器，这种保护器的动作电流仅为几十、以至几百毫安，最大达几安培，容易使之动作，更能保证安全。
4.2 节省一根PE线
　　附加一个好处，是TN方式，不设PE线，比TN-S方式省了一条线，对三相配电线路，选用四芯电缆（或架空线）即可。
　　TT方式要求灯杆接地，由于多数使用金属灯杆，有良好接地条件，使用钢筋混凝土杆，接地条件也较好。TT方式的接地电阻要求不高，比之TN方式要求重复接地，并不会增加费用。
5 TT方式采用剩余电流保护的整定
　　在室内，剩余电流保护用于TT方式，和TN方式的插座回路，以及供移动式、手持式用电设备的回路，一般线路较短，大多在几米到几十米。为了保护直接接触，而导致电击，要求动作电流不超过30mA，有些特殊场所整定值要求更小。由于线路短，正常泄漏电流较小，一般不致引起正常运行时误动作。
　　道路照明情况大不相同，一回配电线路延伸几百米，乃至千多米，在这种条件下，如果保护动作电流还整定为30mA，正常运行时，泄漏电流较大而导致跳闸，实属必然之事。有的使用单位反映误动作太多，就不足为奇了。
　　怎样整定剩余电流保护器的动作电流（I△n）值呢？应符合以下两方面要求：
　　（1）接地故障时应保证可靠动作
　　按GB50054-95的规定，剩余电流保护的动作电流I△n应符合下式：
Id1≥1.3 I△n （1）
　　一般说I△n值整定到几百毫安，甚至1A，接地故障电流Id1大于其1.3倍，是不难满足的。
　　（2）正常运行时，应保证不会动作
　　为实现这项要求，整定值I△n应符合下式：
　I△n≥（2.5~3.0）IL （2）
式中，IL—正常运行条件下，线路和灯具等可能产生的最大泄漏电流。
　　式（2）中的2.5~3.0倍是保证不会误动作的可靠系数。因为剩余电流动作保护器的动作电流为I△n，而保证不会动作的不动作电流I△no为I△n的50%。必须使I△n值大于正常泄漏电流的50%，并留有必要余地，才能保证不误动作。
　　通常选用25mm2左右的铜芯电缆，估算每km的泄漏电流IL约为30~50mA，线路长度在800m以内时，I△n可取100mA；线路长度在2000m时，I△n值不应小于300mA。可见，不论具体条件，一律取30mA，是不能保证正常运行的。
6 结论意见
　　（1）按照道路照明的特点，配电系统应选用TT方式，比TN-S方式更能满足接地故障保护要求，更能保证用电安全。
　　（2）TT方式应采用剩余电流保护；其动作电流（I△n）值不宜选取30mA，这样容易导致正常运行时误动作，应按线路长度、灯具数量，经合理计算或实测其泄漏电流值，按本文式（2）确定剩余电流保护器的动作电流（I△n）值。