城市道路照明配电系统接地形式分析

刘海

【摘 要】为了实现城市道路照明配电系统的安全运行，探讨了照明配电系统的接地形式。通过分析TN-S系统和TT系统的安全关系式以及特点，指出TN-S系统用于道路照明系统存在的问题，说明了采用TT系统的合理性与必要性。在使用TT系统的基础上，建议线路上下级分别采用剩余电流保护器（RCD）和断路器进行故障保护，并将RCD的额定动作电流整定为100～500mA。

【关键词】道路照明；TN-S系统；TT系统；剩余电流保护器

前言

《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006第6.1.9条规定："道路照明配电系统的接地形式宜采用TN-S系统或TT系统......"。TN-S系统和TT系统是当前城市道路照明配电系统的两种最主要的接地形式，故本文主要对这两种接地方式的特点进行分析，通过对比两者的优势与存在的问题，对道路照明配电系统的接地方式给出合理性建议。

1 TN-S接地系统

1.1 TN-S系统定义及系统安全关系式

TN-S系统是指电源端（配电变压器低压侧中性点）直接接地，并从中性点引出有中性线（N线）、保护线（PE线）至用电端。用电设备外露导电部分接PE线保护，中性线与保护线严格分开。

在TN-S系统中，作为间接接触防护，系统自动切断电源的条件为：

（1）

式中：-接地故障回路阻抗，Ω；

-保护电器在规定时间内自动切断电源的电流，A；

-相线对地标称电压，V。

对于室内电气装置，采用简单可靠的过电流保护设备，很容易满足上式的要求，并且通过等电位联结显著降低接触电压，故TN-S系统广泛应用于建筑物内部。

1.2 TN-S系统应用于道路照明系统存在的问题

TN-S系统应用于建筑物内部可以取得很好的安全防护效果，而应用于室外的道路照明系统，则存在安全问题。

（1）道路照明位于室外公众场所，易受气候、人为等因素影响，具有很大的不确定性。由于不具备建筑物内部的等电位联结条件，很难实现等电位联结。

（2）在同一变压器供电范围内PE线都是连通的，任一地点发生接地故障，其故障电压可沿PE线传导至他处而可能引起危害。

（3）TN-S系统的配电距离受到过电流保护灵敏度和允许电压损失两种因素的制约。通常情况下，过电流保护灵敏度所确定的配电距离较按允许电压损失所确定的配电距离小很多，这将会增加配电站的数量，增加道路照明的成本和复杂程度。在实际道路照明设计过程中，很多设计往往只重视配电距离的扩大，而疏于对过电流保护灵敏度的校验，使事故因素在设计阶段即成为隐患，且不易发现。

（4）由于某些客观因素，在设计阶段很难获得计算所需要的系统参数，如式（1）中的数据，故难以保证保护电器动作的有效性。

2 TT接地系统

2.1 TT系统定义及系统安全关系式

TT系统是指电源端（配电变压器低压侧中性点）直接接地，用电端也直接接地。即不从电源中性线引出PE线接设备外壳，而为用电设备专门设置接地极引出PE线接设备外壳。

在TT接地系统中，电器设备的外露导电部分通过保护线与单独的接地极接地，与电源在接地上无电气联系。TT系统发生接地故障时，短路电流由于受到电源侧系统接地电阻和电气设备处保护接地电阻的限制，短路电流比较小。当设备容量较大时，过流保护电器不能切断电源，设备的金属外壳将呈现危险电压。因此，为了保证TT系统的用电安全，电气设备的外露导电部分必须不大于安全电压，故对于道路照明应满足下式：

（2）

式中：-保证保护电器能自动切断的电流，A；

-外露导电部分的接地电阻和PE线电阻，Ω。

在正常干燥环境下，公式中的安全电压设定为50V，当处于潮湿环境时，安全电压阈值应由50V降低至25V。

2.2防止间接接触电击措施

对于TT接地系统，其自动切断接地故障的保护有两个选择：过电流保护（断路器或熔断器）或者剩余电流保护器RCD（Residual Current Device）。在使用断路器或熔断器时，要满足式（2）中的条件十分困难，因为的值比较大，必须保证的值很小。对于道路照明系统，要实现如此小的接地电阻，在技术上和成本上均存在很大难度，故在TT系统中优先考虑使用RCD。

当采用RCD进行故障保护时，式（2）中的即为RCD额定剩余动作电流。RCD的分断时间很短，最大不超过0.2s，一般5倍的动作时间为0.04s。间接接触时，接地故障电流远大于，所以不需要考虑自动切断电源的时间。RCD的额定动作电流与相应设备的保护接地电阻的关系如表1所示，从表中可以看出，设备的最大接地电阻值比较大，在实际工程中能够保证实现。

2.3RCD的防误动和上下级保护动作的選择性

道路照明的配电回路长，户外条件复杂，线路和设备的漏电电流较大，如果整定电流不当，将会导致频繁误动作，降低道路照明配电回路的供电可靠性。在正常情况下，不考虑照明设备，照明线路的正常泄漏电流为每公里70mA左右，根据剩余电流动作整定值应大于或等于正常泄漏电流的2.5～4倍的关系，1km线路剩余电流动作保护整定值取100～500mA比较合适。

对于一般照明线路，建议上级采用RCD，下级采用熔断器，并将熔断器作为主要的间接电击防护。根据《低压配电设计规范》，选取熔体额定电流为4～10A，当故障电流为熔体额定电流的8倍时，切断电源时间s。由于接地故障电流较大，RCD的额定动作电流选取100～500mA，并设定1s延时。这样灯杆支线部分发生接地故障时，下级熔断器将在0.4s内动作，上级RCD因有1s延时不会动作，从而保证上下级动作的选择性。

3结论

（1）在道路照明供电系统中，由于缺少等电位联结条件并且存在过电流保护灵敏度问题，一般情况下不建议采用TN-S系统。

（2）TT接地系统对于道路照明配电系统具有更好的安全性与合理性，在TT系统基础上采用RCD进行故障保护，可以有效保障城市道路照明系统用电安全。

（3）道路照明采用TT系统，建议线路上下级分别采用RCD和断路器，为防止RCD因正常泄漏电流造成误动，RCD的值应取100～500mA并设定1s延时，下级熔断器切断时间应不大于0.4s，从而实现上下级的选择性配合。

参考文献：

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[2] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.

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