城市道路照明配電系統接地形式分析

劉海

【摘 要】為了實現城市道路照明配電系統的安全運行，探討了照明配電系統的接地形式。通過分析TN-S系統和TT系統的安全關系式以及特點，指出TN-S系統用于道路照明系統存在的問題，說明了采用TT系統的合理性與必要性。在使用TT系統的基礎上，建議線路上下級分別采用剩余電流保護器（RCD）和斷路器進行故障保護，并將RCD的額定動作電流整定為100～500mA。

【關鍵詞】道路照明；TN-S系統；TT系統；剩余電流保護器

前言

《城市道路照明設計標準》CJJ45-2006第6.1.9條規定："道路照明配電系統的接地形式宜采用TN-S系統或TT系統......"。TN-S系統和TT系統是當前城市道路照明配電系統的兩種最主要的接地形式，故本文主要對這兩種接地方式的特點進行分析，通過對比兩者的優勢與存在的問題，對道路照明配電系統的接地方式給出合理性建議。

1 TN-S接地系統

1.1 TN-S系統定義及系統安全關系式

TN-S系統是指電源端（配電變壓器低壓側中性點）直接接地，并從中性點引出有中性線（N線）、保護線（PE線）至用電端。用電設備外露導電部分接PE線保護，中性線與保護線嚴格分開。

在TN-S系統中，作為間接接觸防護，系統自動切斷電源的條件為：

（1）

式中：-接地故障回路阻抗，Ω；

-保護電器在規定時間內自動切斷電源的電流，A；

-相線對地標稱電壓，V。

對于室內電氣裝置，采用簡單可靠的過電流保護設備，很容易滿足上式的要求，并且通過等電位聯結顯著降低接觸電壓，故TN-S系統廣泛應用于建筑物內部。

1.2 TN-S系統應用于道路照明系統存在的問題

TN-S系統應用于建筑物內部可以取得很好的安全防護效果，而應用于室外的道路照明系統，則存在安全問題。

（1）道路照明位于室外公眾場所，易受氣候、人為等因素影響，具有很大的不確定性。由于不具備建筑物內部的等電位聯結條件，很難實現等電位聯結。

（2）在同一變壓器供電范圍內PE線都是連通的，任一地點發生接地故障，其故障電壓可沿PE線傳導至他處而可能引起危害。

（3）TN-S系統的配電距離受到過電流保護靈敏度和允許電壓損失兩種因素的制約。通常情況下，過電流保護靈敏度所確定的配電距離較按允許電壓損失所確定的配電距離小很多，這將會增加配電站的數量，增加道路照明的成本和復雜程度。在實際道路照明設計過程中，很多設計往往只重視配電距離的擴大，而疏于對過電流保護靈敏度的校驗，使事故因素在設計階段即成為隱患，且不易發現。

（4）由于某些客觀因素，在設計階段很難獲得計算所需要的系統參數，如式（1）中的數據，故難以保證保護電器動作的有效性。

2 TT接地系統

2.1 TT系統定義及系統安全關系式

TT系統是指電源端（配電變壓器低壓側中性點）直接接地，用電端也直接接地。即不從電源中性線引出PE線接設備外殼，而為用電設備專門設置接地極引出PE線接設備外殼。

在TT接地系統中，電器設備的外露導電部分通過保護線與單獨的接地極接地，與電源在接地上無電氣聯系。TT系統發生接地故障時，短路電流由于受到電源側系統接地電阻和電氣設備處保護接地電阻的限制，短路電流比較小。當設備容量較大時，過流保護電器不能切斷電源，設備的金屬外殼將呈現危險電壓。因此，為了保證TT系統的用電安全，電氣設備的外露導電部分必須不大于安全電壓，故對于道路照明應滿足下式：

（2）

式中：-保證保護電器能自動切斷的電流，A；

-外露導電部分的接地電阻和PE線電阻，Ω。

在正常干燥環境下，公式中的安全電壓設定為50V，當處于潮濕環境時，安全電壓閾值應由50V降低至25V。

2.2防止間接接觸電擊措施

對于TT接地系統，其自動切斷接地故障的保護有兩個選擇：過電流保護（斷路器或熔斷器）或者剩余電流保護器RCD（Residual Current Device）。在使用斷路器或熔斷器時，要滿足式（2）中的條件十分困難，因為的值比較大，必須保證的值很小。對于道路照明系統，要實現如此小的接地電阻，在技術上和成本上均存在很大難度，故在TT系統中優先考慮使用RCD。

當采用RCD進行故障保護時，式（2）中的即為RCD額定剩余動作電流。RCD的分斷時間很短，最大不超過0.2s，一般5倍的動作時間為0.04s。間接接觸時，接地故障電流遠大于，所以不需要考慮自動切斷電源的時間。RCD的額定動作電流與相應設備的保護接地電阻的關系如表1所示，從表中可以看出，設備的最大接地電阻值比較大，在實際工程中能夠保證實現。

2.3RCD的防誤動和上下級保護動作的選擇性

道路照明的配電回路長，戶外條件復雜，線路和設備的漏電電流較大，如果整定電流不當，將會導致頻繁誤動作，降低道路照明配電回路的供電可靠性。在正常情況下，不考慮照明設備，照明線路的正常泄漏電流為每公里70mA左右，根據剩余電流動作整定值應大于或等于正常泄漏電流的2.5～4倍的關系，1km線路剩余電流動作保護整定值取100～500mA比較合適。

對于一般照明線路，建議上級采用RCD，下級采用熔斷器，并將熔斷器作為主要的間接電擊防護。根據《低壓配電設計規范》，選取熔體額定電流為4～10A，當故障電流為熔體額定電流的8倍時，切斷電源時間s。由于接地故障電流較大，RCD的額定動作電流選取100～500mA，并設定1s延時。這樣燈桿支線部分發生接地故障時，下級熔斷器將在0.4s內動作，上級RCD因有1s延時不會動作，從而保證上下級動作的選擇性。

3結論

（1）在道路照明供電系統中，由于缺少等電位聯結條件并且存在過電流保護靈敏度問題，一般情況下不建議采用TN-S系統。

（2）TT接地系統對于道路照明配電系統具有更好的安全性與合理性，在TT系統基礎上采用RCD進行故障保護，可以有效保障城市道路照明系統用電安全。

（3）道路照明采用TT系統，建議線路上下級分別采用RCD和斷路器，為防止RCD因正常泄漏電流造成誤動，RCD的值應取100～500mA并設定1s延時，下級熔斷器切斷時間應不大于0.4s，從而實現上下級的選擇性配合。

參考文獻：

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