張 瑩

（中國昆侖工程公司 北京 100037）

相對于一般室內(nèi)照明設(shè)計，道路照明配電系統(tǒng)具有一定的特殊性。《城市道路照明設(shè)計標準》CJJ45-2006第6.1.9條規(guī)定：道路照明配電系統(tǒng)的接地型式宜采用TN-S系統(tǒng)或者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)進行保護接地，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標準的要求。TN-S系統(tǒng)是指：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過保護中性導(dǎo)體或保護導(dǎo)體連接到此接地點，并且整個系統(tǒng)的N線和PE線是分開的。TT系統(tǒng)是指：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。由于不同接地系統(tǒng)具有不同特性，故接地故障電流和預(yù)期接觸電壓會有所差異，對人身安全造成的影響亦將不同，因此在具體設(shè)計應(yīng)用中選擇何種接地系統(tǒng)尤為重要。

本文比較了TN-S接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的不同，并結(jié)合工作中的工程實例，分析了兩種接地系統(tǒng)在道路照明系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 浙江某工程廠區(qū)道路照明工程應(yīng)用

1.1 工程介紹

浙江某工程廠區(qū)，需在值班室處設(shè)置一道路照明配電箱，其中一條出線回路長700m，采用三相線路供電，控制20個250W高壓鈉燈，使用額定電流為25A的斷路器作為保護電器，線路采用銅芯的電纜，敷設(shè)方式為直埋。

1.2 接地系統(tǒng)分析

1.2.1 采用接地系統(tǒng)

此回路的額定電流為：

依據(jù)《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》04DX101-1可得三相380V電纜電壓損失為：

《城市道路照明設(shè)計標準》第條規(guī)定：正常運行情況下，照明燈具端電壓應(yīng)維持在額定電壓的，所以此線路末端的電壓損失滿足規(guī)范要求。

當(dāng)線路末端發(fā)生單相接地故障，接地故障電流可表示為：

其中Rph為相線電阻，Rph為PE線電阻。

根據(jù)《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》04DX101-1，10mm2電纜的電阻值為2.175Ω/km，由于PE線和相線具有相同的截面積，故

此時保護電器選用具有特性，額定電流為25A的斷路器（C特性表示對感性負荷和高感照明系統(tǒng)提供的保護），由于瞬時脫扣器整定倍數(shù)一般為5~10倍，因此此特性斷路器的瞬時動作電流范圍為125A~250A?！兜蛪号潆娫O(shè)計規(guī)范》GB50054-2011第6.2.4條規(guī)定：當(dāng)短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整點電流的倍，故

顯然，當(dāng)本回路發(fā)生末端單相接地故障時，作為保護電器的斷路器不能動作，因此不能切斷故障回路。

如將5×10電纜換為5×16電纜，產(chǎn)生上述同樣末端單相接地故障電流，根據(jù)《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》04DX101-1，16mm2電纜的電阻值為1.359Ω/km，因此接地故障電流為：

顯而易見，斷路器仍不能動作，無法切斷故障回路。假如繼續(xù)增大電纜截面來減小PE線電阻，增大單相接地故障電流，這樣不僅增加了工程的投資，而且對資源緊缺的有色金屬也是一種浪費，因此本方法欠佳。

當(dāng)線路末端發(fā)生單相接地故障時，預(yù)期接觸電壓為：

因此當(dāng)發(fā)生短路時，人若碰到燈的外殼便有發(fā)生觸電的危險（50V及以下的特低電壓，不會造成人體接觸傷害）。

此時可以通過使用帶有剩余電流保護器(RCD)的斷路器來滿足快速切斷電源的要求。額定動作電流不超過30mA的高靈敏度RCD，一般用于直接接觸電擊防護的后備防護。在道路照明的長距離線路中，需要考慮線路的正常泄露電流。經(jīng)查線路泄露電流表可知，絕緣材質(zhì)為聚氯乙烯，截面積為10mm2的電纜，其泄露電流為56mA/km，因此本例700m線路的泄露電流為56×0.7=39.2mA。《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版）中規(guī)定：斷路器剩余電流保護整定值應(yīng)大于正常運行時線路和設(shè)備的泄露電流總和2.5~4的倍，故本配電回路RCD的動作電流不應(yīng)小于39.2×(2.5~4)=98mA~156.8mA。若將RCD的動作電流整定為300mA，既可在線路正常運行時躲過泄露電流防止誤跳閘，又可保證在發(fā)生單相接地故障時可靠動作。

由此可見，本實例若采用TN-S接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生末端單相接地故障時，預(yù)期接觸電壓大于安全電壓，且斷路器不能切斷故障回路，存在發(fā)生觸電事故的安全隱患。如使用帶有剩余電流保護器的斷路器，并將剩余電流保護器的動作電流值整定到合適的數(shù)值，既可滿足及時切斷故障回路的要求，又可保證人身安全。

1.2.2 采用接地系統(tǒng)

電壓損失校驗同接地系統(tǒng)計算過程，此處不再贅述。

當(dāng)在線路末端發(fā)生單相接地故障時，接地故障電流可表示為

其中Rph為相線電阻，RA為電源側(cè)的接地電阻，RB為電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地極和PE線電阻之和。

《城市道路照明工程施工及驗收規(guī)程》CJJ89-2012第7.2.8條規(guī)定：道路照明配電系統(tǒng)變壓器中性點的接地電阻不應(yīng)大于4Ω。RA設(shè)定為4Ω，由于TT系統(tǒng)要求電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，假定RB為10Ω，將數(shù)據(jù)帶入公式得：

由于故障回路電阻較大，因此故障電流較小?？梢钥闯鐾瑯訔l件下，TT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時的故障電流要比TN-S系統(tǒng)的故障電流還要小，因此具有C特性，額定電流為25A的斷路器仍不能立即動作切斷故障回路。

TT接地系統(tǒng)發(fā)生末端單相接地故障時，預(yù)期的接觸電壓為：

此接觸電壓為不安全電壓，人接觸到外露導(dǎo)電部分便會發(fā)生電擊事故。因此TT系統(tǒng)同樣存在著危險隱患。

由于TT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時故障電流較小，斷路器的過電流保護達不到斷開故障回路的要求，線路還將帶故障繼續(xù)運行，此時同樣可以使用剩余電流保護器來實現(xiàn)快速切斷電源的目的。通過計算可將RCD的動作電流整定為300mA，以保證接地系統(tǒng)的安全性和靈敏性。

2 結(jié)論

通過上述工程實例計算可以看出，在道路照明設(shè)計中采用TN-S接地系統(tǒng)存在以下問題：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障點的預(yù)期接觸電壓比較大，高于50V的安全電壓，易發(fā)生電擊事故；故障電流較小，不足以達到斷路器的瞬時動作值，若采用增大電纜截面積來提高故障電流，以提高斷路器靈敏性的方法，既不經(jīng)濟，又不環(huán)保；由于在同一變壓器供電范圍的TN-S系統(tǒng)內(nèi)PE線都是連通的，因此任一處發(fā)生接地故障，其故障電壓可沿PE線傳至其它處，從而導(dǎo)致故障范圍的擴大。如若使用剩余電流保護器，通過計算將剩余電流保護器的動作電流整定到合適數(shù)值，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，便可及時切斷故障回路，保證人身安全。

道路照明設(shè)計采用TT接地系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：由于電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分需直接接地，且此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點，因此電源側(cè)的PE線無需一直延伸到線路末端，線路可選用四芯電纜，省去了PE線的費用，節(jié)約了有色金屬的投資，尤其當(dāng)線路較長時，此優(yōu)點更為明顯；采用RCD后，使得保護更為可靠，線路更為安全，即使發(fā)生單相接地故障，故障電流很小，也能及時斷開故障回路；鑒于外露可導(dǎo)電部分單獨直接接地，與電源側(cè)的PE線相互獨立，可以消除或減少故障電壓的蔓延。TT接地系統(tǒng)同樣也存在著缺點：TT接地系統(tǒng)中電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分需直接接地，因此在路燈附近必須打入接地極將路燈與接地網(wǎng)相連，這也將導(dǎo)致費用的增加。

3 結(jié)語

本文結(jié)合工程實例，比較了接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)的不同，分析了兩種接地系統(tǒng)在道路照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，并計算了單相接地故障電流及預(yù)期接觸電壓?？偨Y(jié)出在道路照明中接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點，只要計算準確和整定合適，兩種接地系統(tǒng)均可使用。接地系統(tǒng)在長距離線路中優(yōu)勢明顯，但需在路燈附近打入接地極與接地網(wǎng)相連，因此還須考慮投資費用問題，以權(quán)衡選擇何種接地系統(tǒng)最為經(jīng)濟合理。

[1]《城市道路照明設(shè)計標準》.

[2]《城市道路照明工程施工及驗收規(guī)程》.

[3]《低壓配電設(shè)計規(guī)范》.

[4]《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》.

[5]《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》.

[6]《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版），中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院組編，中國電力出版社出版.

[7]《建筑物電氣裝置600問》，中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院王厚余編著，中國電力出版社出版.