道路照明配电线路单相保护

邓德源

（珠海市规划设计研究院）

1 引言

道路照明负荷主要是单相负荷，为了尽可能减少电路故障对照明的影响，要求采用单相保护元件。当采用三相电器进行保护时，如其中一相发生故障，会引起三相跳闸，扩大故障影响范围。故《城市道路照明设计标准 》(CJJ 45—2015)第 6.1.5条 规定，道路照明各单相回路应单独进行保护。但当道路照明配电线路保护采用剩余电流保护电器时，单相保护的要求在某些情况下不能完全满足。

2 道路照明配电线路故障保护

道路照明配电线路故障有3种：短路、 过负荷、接地故障。前2种统称为过电流故障，其后果是导致配电线路和道路照明设备的过热，使其温度急剧上升（或缓慢上升），如没有正确的防护措施，将导致导体的过热， 超过其最终温度（极限温度）而导致损坏 （主要是绝缘损坏）。而接地故障， 除可能产生上述后果外，还将使道路照明装置的外露可导电部分带电，可能使操作人员或道路行人接触危险电压而触电。对于道路照明配电系统故障保护，已有许多文献进行了详细的分析和阐述，有以下二点共识：

1）道路照明配电系统宜优先采用TT系统，并以延时动作的剩余电流动作保护电器（即RCD）自动切断故障电源。在规范CJJ89—2012《城市道路照明工程施工与验收规程》的7.2.4条亦明确规定：TT接地制式的配电系统必须安装漏电保护电器（即RCD）。

2）道路照明配电系统采用TN—S系统时，所采用的过电流保护电器（断路器或熔断器）能在规定时间（≤5s）内切断故障回路，并满足灵敏度的校验。当灵敏度不能满足时，需设置RCD或其它措施。

而在实际工程应用中，为了减少变压器的设置数量、降低投资，后续周边小规模道路或支路等照明用电，一般都会考虑引接自现有道路照明配电干线，从而加大道路照明配电干线的供电范围与供电距离，引起最不利接地故障电流变小及保护灵敏度得不到保障。此时，照明配电干线的保护电器一般会采用延时动作的RCD。

基于以上分析，道路照明配电系统普遍采用RCD，以满足道路照明配电系统的短路、过负荷、接地故障保护要求。

3 不同型式道路照明单相保护的分析

当采用过电流保护电器作道路照明配电系统的故障保护时，各相配线相互独立，保护电器检测的参数与公共N线无关，此时单相保护不存在问题。故本文仅就采用RCD的照明配电系统作探讨，探讨的类型适用于TN-S（3芯或5芯电缆）或TT系统（2芯或4芯电缆）。

3.1 单相供电单相RCD保护

本类保护型式（见图1）适用于小容量、短距离的道路照明供电回路（如：小区道路、公园道路等）。采用单相电缆供电，各回路设置的RCD后相线、N线独立，即各相RCD与配线电缆独立、互不影响，满足单相保护要求。

图1 单相供电单相RCD保护

图2 二相供电单相RCD保护

3.2 二相供电单相RCD保护

本类保护型式（见图2）适用于需要后半夜关闭间隔路灯的项目，采用5（4）芯电缆供电，各回路设置的RCD后相线、N线独立，亦满足单相保护要求。

但本类配电系统每回路采用二个相别负荷，三相平衡设置难以得到保证。另外当三相电缆接电源时，需要一根电缆相线改为中性线之用，导致电缆线芯使用的颜色色谱不符合GB5023要求，为后期维护及安全运行带来不便。

3.3 三相供电单相RCD保护

道路照明配电线路采用三相供电单相过电流保护电器（见图3）时，满足单相保护要求，系统亦可正常运行。当采用三相供电单相RCD保护（见图4）系统时，配电线路采用三相电缆供电，各回路设置的RCD后相线独立，N线分开经RCD后再合用电缆中性线，此时：

1）在道路照明三相负荷平衡时，电缆中性线IN矢量和为道路照明配电正常泄露电流；

2）RCD 运 行 时 检 测 的 I1+IN1、I2+IN2、I3+IN3值约为相电流，其值均远大于RCD整定值（mA级），RCD1、RCD2、RCD3均不能合闸。故供电系统不能正常运行，此保护型式无法满足单相保护要求。

3.4 三相供电分体式三相RCD+单相过电流保护电器

基于3.3节的分析，三相供电单相RCD保护型式不能正常运行。接下来分析采用分体式三相RCD+单相过电流组合型式（见图5）。配电线路采用三相电缆供电，三相四极RCD

图3 三相供电单相过流保护

图5 三相供电三相RCD+单相过流保护

图4 三相供电单相RCD保护后接单相过电流保护电器装置，此时：①在道路照明三相负荷平衡时，RCD1正常运行时检测的I1+I2+I3+IN矢量和为照明线路正常泄露电流，合闸正常；②单相过电流保护电器合闸正常。

供电系统能正常运行，配电线路发生单相接地故障导致RCD1动作时，切断的供电范围为三相电源。

道路照明设计中，我们设定上下级保护电器（RCD1、QF）的动作特性。过电流保护电器（QF1-3）对配电回路的过电流（短路与过负荷）进行单相保护；RCD1选用延时动作的剩余电流动作保护电器，对配电回路接地故障进行保护。当发生接地故障RCD1延时跳闸时，可以单独通过单相QF手动切除故障相后，再重新合闸RCD1,可以保证另外两个非故障相正常再供电。故通过手动操作，本类保护型式可防止单点接地故障导致整条线路灯长时间无法点亮，提高供电可靠性，缩小故障停电范围。

本保护型式虽不能完全满足规范要求的单相保护要求，但通过设置二种不同类型的保护电器，兼顾了安全运行与供电可靠性要求。

由于道路照明发生单相接地（多为相线触杆）故障为间接接触，因此RCD1无需按照防止直接接触带电体的30mA要求整定剩余电流值，可根据线路正常泄露电流值选定（100～500mA）。

需要注意的是，本条讨论的分体式三相RCD+单相过电流保护装置，RCD可以是不配置过流保护功能，或者所配置的过流保护功能作为后续单相过电流保护装置的后备保护。

4 剩余电流监测系统的应用

从图5分析知，采用三相四极RCD保护装置，在线路漏电电流达到设定值自动切断电源时，会造成暂时大面积灭灯（在未检查出接地故障相时）。

城市照明智能监控系统正逐渐推广，在照明智能监控系统中增设剩余电流监测装置成为可能。通过对线路漏电监测电流异常变化值进行全过程的记录，取得配电线路剩余电流值一年变化经验数据，为智能判断正常泄露与接地故障提供依据。

当系统发现存在漏电安全隐患的漏电线路时，通过及时的查漏修复，避免运行线路带病运行。当发生突发漏电故障时，剩余电流监测装置终端通过控制元器件能够准确、及时对现场存在漏电的线路进行电源切断，避免意外安全事故的发生。

5 结语

业内不同人员对CJJ 45—2015第6.1.5条规定理解不尽相同。有些同行认为在此规范实施以前的传统做法（如：每个光源设置单相过电流保护装置、线路采用三相剩余电流保护装置）就已满足本条规范条款要求。但笔者认为，本条规范条款是从道路照明线路故障时的供电可靠性角度，提出照明设施配电干线的单相保护要求。

总结以上分析，有以下结论：

1）城市照明配电系统采用单相过电流保护电器、并兼作接地故障保护时，单相保护要求可以满足；

2）城市照明配电回路为单相或二相时、采用单相RCD作接地故障保护时，单相保护要求可以满足。但采用二相配电时，5（4）芯电缆线芯使用的颜色色谱不符合GB5023要求，需要非标订制电缆；

3）城市照明配电回路为三相、采用单相RCD作接地故障保护时，RCD不能合闸，单相保护要求无法满足；

4）城市照明配电回路为三相时，推荐采用延时动作的三相RCD+单相过电流保护电器。

5）道路照明配电系统不必强制要求采用单相保护措施，应结合供电可靠性、安全运行等综合确定配电线路的保护型式。

6）剩余电流监测系统的运用可以提高道路照明线路的安全运行与供电可靠性。