综合杆配电线路的故障防护

袁超

(上海市城市综合管理事务中心，上海 200023)

0 引 言

城市道路照明是交通安全的重要因素，道路照明水平及照明能效越来越受到关注。然而关系到用电安全的照明配电，往往会被人忽视。近年来灯杆漏电在全国各地偶有发生，虽是小概率事件，但一旦发生却极易造成严重的人身安全事故。

2018年以来，上海大力推进综合杆建设，按照多杆合一的要求，在综合杆上搭载监控设施、信号灯、交通标志和路名牌等。综合杆作为道路杆上设施搭载平台，杆体与人接触的几率远远高于照明灯杆，综合杆配电线路的故障防护必须受到重视[1-2]。

综合杆由照明灯杆发展而来，接地型式参照道路照明相关标准。CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》规定，照明配电系统的接地型式应采用TT系统或TN-S系统[3]。本文将分别讨论TN-S系统、TT系统综合杆配电线路的故障防护。

1 TN-S系统综合杆配电线路的故障防护

1.1 故障防护要求

GB 16895.21—2011《低压电气装置第4-41部分：安全防护电击防护》规定[4]，当120 V

配电线路的故障防护采用断路器保护或熔断器保护。

采用断路器保护时，

Ik≥krel×kop×ISET3

(1)

式中：Ik为最小接地故障电流，A；krel为断路器瞬时脱扣器动作误差系数，电磁脱扣器为1.2，电子脱扣器为1.1；kop为断路器动作系数，三极和四极断路器为1.2倍约定脱扣电流，二极断路器为1.1倍约定脱扣电流；ISET3为断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流，A。

采用熔断器保护时，

Ik≥Id=kr×IN

(2)

式中：Ik为最小接地故障电流，A；Id为熔断电流，A；kr为保证熔断器的熔断体在规定时间内熔断的电流倍数，取值如表1及表2所示；IN为熔断体额定电流，A。

表1 TN系统故障防护采用熔断器切断故障回路时间≤5 s时Id/IN推荐值(Uo=220 V)

表2 TN系统故障防护采用熔断器切断故障回路时间≤0.4 s时Id/IN推荐值(Uo=220 V)

1.2 故障防护方案

1.2.1 线路末端接地故障电流计算

按照《工业与民用供配电设计手册》(第四版)提供的计算公式[5]，最小接地故障电流：

(3)

式中：Ik为最小接地故障电流，A；Uo为相对地标称电压，V；S为相导体截面积，mm2；k1为电缆电抗校正系数；k2为多根相导体并联使用的校正系数，k2=4×(n-1)/n，n是每相并联的导体根数；ρ为20 ℃时的导体电阻率，铜导体取0.017 2 Ω·mm2/m，铝导体取0.028 2 Ω·mm2/m；m为材料相同的每相导体总截面积(Sn)与PE导体截面积(SPE)之比；L为电缆长度，m。

综合杆配电线路长度按350 m、400 m、450 m、500 m、550 m和600 m分为6档；选用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆(YJV型)，相线截面取16 mm2、25 mm2和35 mm2三种规格，N线、PE线取相线同截面。综合杆配电线路末端接地故障电流值如表3所示。

表3 综合杆配电线路末端接地故障电流值 A

1.2.2 故障防护方案实例分析

由于配电线路的最小接地故障电流较小，因此保护电器电流规格和电缆截面和线路长度的合理选择是故障防护的关键点。

新华路(淮海西路-凯旋路)合杆整治工程全长约1.6 km，工程范围内设置2座综合电源箱，最长配电线路约450 m。根据接管部门需求，路灯配电回路的故障防护采用熔断器保护，配电系统如图1所示。设备箱配电回路的故障防护采用断路器保护，配电系统如图2所示。

图1 路灯控制仓配电系统图

图2 设备箱电源仓配电系统图

路灯配电回路采用熔断器进行线路故障防护，考虑线路正常运行时的工作电流，熔断体额定电流(IN)应≥16 A。根据表1～表3，当IN取16 A时，熔断电流Id最小值为90 A，电缆应至少选用YJV-5×16；当IN取20 A时，熔断电流Id最小值为130 A，电缆应至少选用YJV-5×25；当IN取25 A时，熔断电流Id最小值为170 A，电缆应至少选用YJV-5×25；当IN取32 A时，熔断电流Id最小值为220 A，电缆应至少选用YJV-5×35；当IN取40 A时，熔断电流Id最小值为172 A，电缆应至少选用YJV-5×25；当IN取50 A时，熔断电流Id最小值为220 A，电缆应至少选用YJV-5×35。由于YJV-5×35电缆较粗，工程实施困难，且投资较高，综合考虑额定电流建议选≤25 A或40 A，配电电缆采用YJV-5×25，配电线路长度L≤450 m。

设备箱配电回路采用断路器进行线路故障防护，考虑容量预留，断路器额定电流(IN)应≥16 A。由于综合电源箱内部空间有限，只能安装微型断路器，为降低瞬时过电流脱扣器整定电流以满足保护需求，微型断路器的脱扣形式应选用5倍额定电流脱扣的B曲线。经计算，当IN取16 A时，最小接地故障电流应>115 A，电缆应至少选用YJV-5×16；当IN取20 A时，最小接地故障电流应>144 A，电缆应至少选用YJV-5×25；当IN取25 A时，最小接地故障电流应>180 A，电缆应至少选用YJV-5×25；当IN取32 A时，最小接地故障电流应>230 A，电缆应至少选用YJV-5×35；当IN取40 A时，最小接地故障电流应>288 A，YJV-5×35电缆也无法满足故障防护要求。因此额定电流建议选≤25 A，配电电缆采用YJV-5×25，配电线路长度L≤450 m。

1.3 选型建议

综合各方面因素，为满足TN-S系统综合杆配电线路的故障防护要求，建议如下:

(1)配电电缆选用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆YJV-5×25。

(2)选用脱扣形式为B曲线的微型断路器作为保护元器件时，断路器额定电流IN≤25 A。

(3)选用熔断器作为保护元器件时，熔断体额定电流IN≤25 A或IN=40 A。

(4)配电线路长度L≤450 m。

2 TT系统综合杆配电线路的故障防护

对于采用TT系统的综合杆配电线路，最小接地故障电流值很小，粗略估算只有十几安，必须采用剩余电流保护器作故障防护。估算线路正常运行泄漏电流、合理选取保护器额定剩余动作电流(IΔn)是故障防护的关键点。

IΔn应满足以下要求。

(1)正常运行时，不应发生误动作。

(2)发生接地故障时，剩余电流保护器一定能保证可靠动作。

配电线路正常运行时，线路对地电容将产生泄漏电流。聚氯乙烯绝缘电缆，导线截面积16 mm2泄漏电流约62 mA/km，截面积25 mm2及35 mm2泄漏电流约70 mA/km；聚乙烯绝缘电缆，导线截面积16 mm2泄漏电流约26 mA/km，截面积25 mm2泄漏电流约29 mA/km，截面积35 mm2泄漏电流约33 mA/km；500 m左右的配电回路，正常运行时的泄漏电流约有13～35 mA。

GB/T 13955—2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》第5.7条规定[6]：选用的RCD的额定剩余不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍。附录B.6建议额定剩余不动作电流的优先值为0.5IΔn，如采用其他值时应>0.5IΔn。即如果正常泄漏电流超过0.5I△n时有可能使剩余电流保护器动作，因此IΔn应选取正常泄漏电流的2.5～4.0倍。显然如按照室内插座回路IΔn选取30 mA是明显不妥的，根据配电线路的长短、电缆绝缘材质的不同，并考虑季节和天气因素的影响，剩余电流保护器的IΔn建议选取100～500 mA。

3 结束语

随着综合杆的推广，对于综合杆配电线路的故障防护，行业相关人员务必高度重视，只有合理选择配电电缆规格、保护电器参数和配电线路长度，采取行之有效的保护措施，才能保证综合杆的正常运行，确保人身安全。