道路照明的接地故障保护和短路保护研究

摘要：随着城市化的发展，如今人们对居住的城市有了更高的要求，作为市政公共标准配套设施的道路照明，也逐渐成为影响城市和交通安全的重要因素。因此，本文针对道路照明的接地故障保护和短路保护进行了研究分析。

关键词：城市道路照明；接地系统；设计

一、城市道路照明设计时主要的接地方式

1.1 TN-S道路照明接地形式

城市道路照明系统的电源端直接接地，从配电变压器低壓侧中性点（电源端）引出中性线（N线）、保护线（PE线）至用电端。城市道路照明系统用电设备外露导电部分，接保护线（PE线）进行保护，中性线（N线）与保护线（PE线）要严格分开。

1.2TT道路照明接地形式

城市道路照明系统电源端直接接地，城市道路照明系统用电端也直接接地。TT道路照明接地形式中，不是从电源中性线引出保护线（PE线）接城市道路照明系统设备外壳。TT道路照明接地形式中，为城市道路照明系统专门设置接地极，引出保护线（PE线）接城市道路照明系统设备外壳。

二、TN接地方式供电

如果实现TN-S接地方式，因为线路长，末端的单相接地故障电流虽然可达几百安，但断路器的过流保护可能因灵敏度不够而不能迅速切断故障回路，故障电压会沿着PE线传输到相连的各处，受环境限制又不能实施等电位联结。而在潮湿环境安全电压限值是25V（正常环境下是50V），危险性很大。

三、TT接地方式供电

TT方式供电，配出的线路不含PE线，设备外露可导电部分就在设备附近接地，接地故障电流虽将是更小，一般为安培级，但是可以选用带有剩余电流保护功能的断路器，其动作电流一般为几百毫安，可靠动作。而且接地是在设备处实施，接地点的故障电压不会传输到其它照明设备上，安全性很高。TT接地方式对户外供电装置具有一定的技术优势。

四、TN接地方式供电，但采用带剩余电流保护的断路器

采用带剩余电流保护的断路器，虽也能解决接地保护的灵敏度问题，但无法解决故障时故障电压沿PN线传输到各处的问题，而且因无法实现等电位联结，无法解决接触电压对人身威胁的问题。

局部TT接地方式的具体做法供电电缆采用4芯，一般采用的截面为25、35mm2，电缆长度一般不宜超过500m，有学者称，1000m时正常的泄漏电流约30～50mA，根据剩余电流保护的动作电流应不小于正常泄漏电流2.5倍的要求，则在电缆长度不超过500m时，动作电流选100mA。这样才能使剩余电流保护的额定不动作电流（是额定动作电流的1/2）大于线路正常的泄漏电流，避免了误动作的可能性，可不必校验其动作的灵敏度。

每一路灯装置设一根长度为2500mm的50×50×5角钢作为接地极。一般情况下，接地电阻估计约为30Ω（砂质黏土）。

如果电缆长度为1000m（此时须作电压损失校验），由于泄漏电流增大，剩余电流保护的动作电流可选300mA。下面例证，可说明电缆长度还是不要超过500m为好。

在潮湿环境，人体的安全电压限值是25V，如果动作电流取100mA，此时照明设备的接地电阻必须小于25/0.1，即250Ω，30<250，因此是非常安全的。

具体的接地故障电流是难以确定的，然而通过准确设定的动作电流（此处为0.1A）将安全要求（25V、250Ω）反映出来，是一种具有典型意义的工程处理方法。

还应注意的是断路器应选四极的。

五、短路保护

以上所述都是针对照明设备的接地故障保护，事实上，剩余电流保护对三相短路、两相相间短路或L线与N线的单相短路是不起作用的，还要依靠断路器的过流保护，因此还要校验短路保护的灵敏度。如果电缆长了，末端单相短路电流有可能无法使断路器的过流保护动作。

如果照明电缆为4×35（铜芯），断路器的长延时脱扣电流为50A，瞬时脱扣电流为250A（5倍），那么要求末端的单相短路电流至少应为325A（1.3倍

瞬时脱扣电流），根据笔者计算，电缆长度不能超过440m（此时末端单相短路电流是330A）。计算条件是：变压器高压侧系统短路容量为200MVA，变压器630kVA，D，y联结，阻抗电压4%，低压母线80×8，铜，10m。如果照明电缆为3×35+1×16，电缆长度不能超过280m（末端单相短路电流是326A）。这是因为电缆的电阻明显地限制了短路电流。上述1.3是要求的灵敏系数。因此电缆应选4芯等截面的。

根据同样的条件计算，如果电缆为4×25，断路器的长延时为40A，瞬时为200A，那么要求末端单相短路电流至少应为260A，经计算，电缆长度不能超过400m。

如果电缆为4×16，断路器的长延时为32A，瞬时为160A，那么要求末端单相短路电流至少应为208A，经计算，电缆长度不能超过320m。

六、结论与意见

8.1当道路照明采用TN-S系统时，只有部分照明配电线路不是太长（800m以下）、且配电电缆截面达到25mm2以上时，才可以采用短延时过电流脱扣器兼作接地故障保护；当线路较长时，可以搭配RCD作道路照明接地故障保护

8.2当道路照明采用TT系统时，可直接搭配RCD作道路照明接地故障保护。

8.3道路照明配电系统选用TT系统相对于TN-S系统更能保证用电安全。

8.4采用RCD，其动作电流整定值（IΔn）应能够避免正常运行时误动作。应根据实际的配电线路长度、路灯数量，经过计算或实测其泄露电流IL值，来确定RCD的动作电流整定值（IΔn）。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部.城市道路照明设计标准：CJJ45—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2]低压配电设计规范：GB50054—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]中国航空工业规划设计研究总院有限公司.工业与民用配电设计手册[M].4版.北京.中国电力出版社，2016.

（作者单位：广西交通设计集团有限公司）

作者简介：蒋勇波（1982.10.21），性别：男，籍贯：广西全州，民族：汉，学历：大学本科，职务：电气工程师，研究方向：市政电气。