彭百川

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院)

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路燈TN-S 配電系統(tǒng)單相接地短路保護(hù)探討

彭百川

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院)

為了規(guī)范路燈TN-S配電系統(tǒng)的單相接地短路保護(hù)，通過工程實(shí)例對路燈TN-S配電系統(tǒng)單相接地短路電流的計(jì)算，探討了在TN-S配電系統(tǒng)中干線開關(guān)的選擇要點(diǎn)，干線開關(guān)應(yīng)優(yōu)先選用具有短延時(shí)保護(hù)的B類斷路器，也可選用RCD開關(guān)保護(hù)。

路燈；TN-S；接地故障；保護(hù)開關(guān)

0 引 言

室外路燈的負(fù)荷分散，線路很長，敷設(shè)環(huán)境較差，與傳統(tǒng)的室內(nèi)照明配電系統(tǒng)有很大的不同。我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對于路燈的配電部分未作詳細(xì)的規(guī)定，很多工程設(shè)計(jì)并沒有對路燈配電線路保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，設(shè)計(jì)較為隨意。近年來，城市道路照明發(fā)展很快，對工程設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，對路燈配電系統(tǒng)的深入研究顯得很有必要，文章對工程建設(shè)中最常用的TN-S配電系統(tǒng)的單相接地短路保護(hù)問題進(jìn)行討論。

1 低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)接地形式

我國現(xiàn)行低壓配電系統(tǒng)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)劃分，按該

標(biāo)準(zhǔn)，低壓配電系統(tǒng)保護(hù)接地形式可分為TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又可進(jìn)一步細(xì)分為TN-C和TN-S系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.8條規(guī)定道路照明配電系統(tǒng)的接地形式應(yīng)采用TT系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)，并應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)采用剩余電流保護(hù)裝置時(shí)，還應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13955《剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》的相關(guān)要求。

由于TT系統(tǒng)工作接地和保護(hù)接地需要設(shè)置單獨(dú)的接地裝置，而且接地裝置間需要相互獨(dú)立，這在城市道路照明工程施工中極難實(shí)現(xiàn)。故在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，基本上都采用TN-S系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)案例

2.1 工程概況

某園區(qū)道路照明采用成套箱變，其中變壓器型號為100 kVA，SG-10/0.4 kV，Dyn-11(Uk=4.5%)，10 kV系統(tǒng)短路容量為Sd=200 MVA，低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，其中一個(gè)路燈回路長度為1 000 m，路燈間距為30 m，沿道路均勻布燈。燈具為150 W高壓鈉燈，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.85；路燈干線為三相配電，線路為VV-5X16，敷設(shè)方式為穿PVC110管道。

2.2 單相短路電流計(jì)算

根據(jù)GB 50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，路燈屬于固定式配電設(shè)備，線路的保護(hù)應(yīng)該具有過載、短路和接地故障保護(hù)。其中單相短路故障包括單相相?；芈范搪饭收?圖1中的f1、f2點(diǎn))和相中短路故障(圖1中的f3點(diǎn))。以路燈的TN-S系統(tǒng)為例計(jì)算接地故障電流。

圖1 典型TN-S配電系統(tǒng)示意圖

(1)

式中:Rphp——該計(jì)算相?；芈犯髟娮璧暮?； Xphp——該計(jì)算相?；芈犯髟娍沟暮?。

具體計(jì)算過程從略，可參考中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等編著的《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第三版。

根據(jù)案例計(jì)算過程可以看出:

1)當(dāng)路燈配電回路距離很長時(shí)，回路阻抗必然較大，其末端單相短路故障電流值必然較小，本案例中只有63 A，這樣就會導(dǎo)致低壓配電線路前端的保護(hù)電器不能有效動作。而這個(gè)問題也是路燈工程設(shè)計(jì)中最容易忽視的問題。

2)根據(jù)以上的計(jì)算方法，我們測算了不同導(dǎo)線截面的末端單相短路故障電流，數(shù)據(jù)表明，加大配電線路導(dǎo)線截面，特別是PE線的截面，就能增大單相接地故障短路電流。

2.3 配電線路保護(hù)開關(guān)的選擇

選擇配電回路出線開關(guān)，首先應(yīng)按照箱變內(nèi)配電回路出口處三相短路電流來校驗(yàn)其短路分?jǐn)嗄芰Γ浯涡ｒ?yàn)開關(guān)在該配電回路燈具啟動時(shí)是否誤動作，并在該回路出現(xiàn)過載、短路或接地故障時(shí)能否可靠動作。路燈專用箱式變壓器容量均較小，因此其阻抗值較大，造成其低壓母線出線端的三相短路電流較小，在工程實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，該出線斷路器選型采用常規(guī)塑殼斷路器或高分?jǐn)嗄芰Φ奈⑿蛿嗦菲鞯亩搪贩謹(jǐn)嗄芰蓾M足要求，可不進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。

靈敏度校驗(yàn):為了使路燈低壓配電斷路器可靠動作，還要校驗(yàn)斷路器脫扣器動作的靈敏度Kss，

(2)

路燈回路距離長、阻抗大，導(dǎo)致單相短路電流很小，如果設(shè)計(jì)時(shí)斷路器短路過電流脫扣器的整定值較大，容易導(dǎo)致該斷路器不能可靠動作，出現(xiàn)保護(hù)靈敏度不足的問題。直接后果就是該出線回路帶電運(yùn)行，增加安全隱患，可能導(dǎo)致人身傷亡或財(cái)產(chǎn)損失的事故，應(yīng)引起廣大設(shè)計(jì)人員的高度重視。

3 TN-S系統(tǒng)配電線路保護(hù)開關(guān)的選擇要點(diǎn)

3.1 長延時(shí)過電流保護(hù)

依照《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，低壓斷路器長延時(shí)過電流脫扣器的整定電流為

Iset1≥ Kr1·Ij

(3)

3.2 短路保護(hù)

3.2.1 躲避啟動電流

用于照明的低壓斷路器的短路過電流脫扣器的整定電流為

(4)

3.2.2 短路靈敏度校驗(yàn)

2.34Ij/Iset1≤K≤Id / (1.3Iset1)

(5)

3.3 RCD保護(hù)開關(guān)選擇

對于少量道路照明負(fù)荷較小的支路，附近均沒有箱變，或者設(shè)置箱變太不經(jīng)濟(jì)，配電線路過長，計(jì)算線路末端燈具處的單相接地故障電流值太小(非本案例情況)，也可采用RCD開關(guān)進(jìn)行保護(hù),只是配電開關(guān)的成本略有增加。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，用于路燈的RCD保護(hù)整定值可取300 mA或500 mA。均遠(yuǎn)大于線路正常泄漏電流，宜可保護(hù)小電流的單相接地故障。計(jì)算過程從略，有興趣的讀者可參考《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第三版相關(guān)章節(jié)計(jì)算。

4 小 結(jié)

(1)對于路燈TN-S系統(tǒng)配電線路，由于其供電距離的特殊性，必須充分重視末端短路靈敏度的校驗(yàn)。

(2)正常狀況下，路燈TN-S系統(tǒng)宜采用帶短延時(shí)脫扣器的B類斷路器作為干線開關(guān)。

(3)對于少量供電距離長，線路末端燈具處的單相接地故障電流值小的道路，路燈TN-S系統(tǒng)宜采用RCD斷路器作為干線開關(guān)。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ 45—2015城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2016

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國計(jì)劃出版社, 2012

[3] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京: 中國電力出版社, 2005

Discussion on Road Lighting Power of TN-S Distuibution System with Single Phase Earth Fault Protection

PENG Baichuan

(ChongqingMunicipalDesignandResearchInstitute,Chongqing400020,P.R.China)

In order to standardize the implement of single phase earth fault protection to road lighting power of TN-S distuibution system, we calculated the single phase earth fault current of TN-S distuibution system with a case, and analysised the keys of main switches selecting of TN-S distuibution system.Type B cutout switch should be selected preferentially while select main switches, RCD switch can be selected also.

road lamp; TN-S; earth fault; protection switch

2016-07-30 作者簡介：彭百川(1978—)，男，高級工程師，主要從事市政工程電氣設(shè)計(jì)研究。

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