顧新艷

南通市城市照明管理處，江蘇 南通 226006

0 引言

目前，因路燈桿漏電導(dǎo)致路人電擊死亡的新聞報道較多，造成許多路人的恐慌情緒，這對于城市穩(wěn)定發(fā)展具有不利影響。為了保障室外照明設(shè)施的安全性，減少漏電事故的發(fā)生，保障路人的安全，文章對照明設(shè)施現(xiàn)狀進行分析，對比了TN-S 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)，并介紹了筆者單位和一家社會范圍合作開發(fā)的新型漏電監(jiān)測設(shè)備，希望能夠結(jié)合自己所學專業(yè)知識，為城市照明事業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 照明設(shè)施運行現(xiàn)狀

1.1 電纜絕緣層受損嚴重

照明設(shè)施處于室外，天氣環(huán)境多變，特別是夏季溫度太高，照明設(shè)施運行在較高的溫度和濕度下，電纜的絕緣層可能發(fā)生老化、擊穿，導(dǎo)致燈桿和電纜出現(xiàn)漏電現(xiàn)象[1]。尤其在雷雨天，因道路積水，照明設(shè)施，如電纜井、路燈燈桿等用電設(shè)施的電源連接點浸泡在水中，加上接頭處纏繞的防水絕緣膠帶日久老化，很容易造成漏電傷人事故。由于高溫、惡劣環(huán)境等客觀因素的影響，電纜絕緣層受損嚴重。

1.2 剩余電流動作保護器難以推廣

目前，有些單位為防范照明設(shè)施電纜因漏電而造成電擊傷人事故，在照明控制箱內(nèi)每根出線電纜處加裝剩余電流動作保護器，一旦發(fā)生漏電，立刻跳閘，切斷該回路電源。但是因該保護器動作靈敏，電纜接頭受潮導(dǎo)致絕緣性能下降，保護器經(jīng)常誤動作，導(dǎo)致照明設(shè)施大片關(guān)燈[2]。每次都要人工檢查恢復(fù)，工作量大，剩余電流動作保護器很難在照明設(shè)施上推廣運用。甚至有些照明設(shè)施管理單位，之前已經(jīng)在控制箱內(nèi)安裝了剩余電流動作保護器，后因該保護器頻繁跳閘，最后都進行拆除，不再使用。

1.3 路燈低壓配電系統(tǒng)安全性低

照明設(shè)施接地故障安全保護的設(shè)置與其配電系統(tǒng)的接地形式有直接關(guān)系，合理采用接地形式，做好室外照明裝置的接地故障安全保護，才能保證其用電的安全性和可靠性[3]。室外照明設(shè)施屬于Ⅰ類電擊防護等級的用電設(shè)備，其金屬桿體、電氣控制設(shè)備等容易被行人接觸。路燈低壓配電系統(tǒng)送電半徑長（一般為幾百米）、用電負荷分散，行人觸及的可能性較大，非常危險。

2 室外照明配電系統(tǒng)的接地形式

城市道路照明的接地方式，按新修訂的《城市道路照明設(shè)計標準》（CJJ 45—2015）[4]規(guī)定，宜采用TN-S 或者TT 系統(tǒng)。國際標準要求戶外電氣裝置應(yīng)采用TT 系統(tǒng)，我國的行業(yè)標準正在逐步向國際標準靠攏。

2.1 TN-S 系統(tǒng)

電源端變壓器低壓側(cè)中性點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過一條導(dǎo)線連接至電源中性點，中性線（N 線）與保護線（PE 線）分開，整個系統(tǒng)應(yīng)全部采用單獨的PE 線[5]。

2.2 TT 系統(tǒng)

電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)接到在電氣上獨立于電源系統(tǒng)的接地線上，對于系統(tǒng)配備的PE 可另外增設(shè)接地[6]。

3 接地系統(tǒng)接地故障時的安全要求

3.1 TN-S 系統(tǒng)

TN-S 系統(tǒng)接地故障保護動作特性應(yīng)符合要求：

式中：Zs為接地故障回路阻抗（相-?；芈纷杩梗?，Ω；Ia為保證保護電器在規(guī)定的時間內(nèi)自動切斷故障回路的動作電流，A；U0為相線對地標稱電壓，V。

可以看出，TN-S 系統(tǒng)對保護動作特性要求的實質(zhì)是接地故障電流大于或等于保護電器在相應(yīng)規(guī)定時間內(nèi)切除故障的動作電流，這樣保護電器才能有效、可靠地切斷故障電流。

3.2 TT 系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)接地故障保護動作特性應(yīng)符合要求：

式中：RA為外露可導(dǎo)電部分的接地電阻和PE 線電阻，Ω；Ia為保證保護電器在規(guī)定的時間內(nèi)自動切斷故障回路的動作電流，A。當采用剩余電流動作保護器（RCD）時，Ia為RCD 的額定動作電流。

保護動作的條件是當外露導(dǎo)電體對地電壓達到或超過50 V 時，保護電器應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)動作，這時故障電流應(yīng)大于保護電器的動作電流Ia。

4 TN-S 系統(tǒng)與TT 系統(tǒng)對比

4.1 室外照明安全性方面

4.1.1 TN-S 系統(tǒng)室外照明安全性更高

雖然國家相關(guān)規(guī)范對戶外照明燈具的接地保護沒有明確要求，路燈的低壓配電系統(tǒng)的接地保護也有不同做法，但在國內(nèi)，室外照明還是多采用TN-S 系統(tǒng)。主要原因是TN-S 系統(tǒng)的接地故障電流取決于故障回路電阻的大小，而接地故障電壓是故障電流在相應(yīng)電阻上的壓降，即TN-S 系統(tǒng)接地故障電壓是故障電流在保護線電阻上的壓降如果暫不考慮故障點電阻，TN-S 系統(tǒng)的故障回路電阻小，故障電流大，優(yōu)勢在于線路首端的過電流保護器能夠在規(guī)定的時間內(nèi)切斷故障電流，從而可以兼做接地故障保護。而且當本級過電流保護因某種原因拒動，線路上一級過電流保護也能夠動作，起到故障后備保護的作用。

4.1.2 TT 系統(tǒng)室外照明安全性較差

TT 系統(tǒng)接地故障電壓是故障電流在保護線電阻及負荷側(cè)接地極電阻上的壓降。TT 系統(tǒng)的故障回路電阻大，極大地遏止故障電流，這時故障電流通常很小，不能觸發(fā)線路首端的過電流保護動作，更無后備保護。TT系統(tǒng)往往要增加剩余電流動作斷路器作接地故障保護。

4.2 危險區(qū)域范圍控制方面

4.2.1 TN-S 系統(tǒng)可擴大危險區(qū)域范圍

當照明設(shè)施發(fā)生接地故障時，其外殼上產(chǎn)生的預(yù)期接觸電壓會超過安全電壓。因其接地故障電流很大，如果保護電器選用合理，會立刻動作，切斷電源。但在實際環(huán)境中，如果故障點發(fā)生的不是金屬性接地故障，接地點的接地電阻難以預(yù)測，很可能具有很大的電阻，使故障接地電流大幅降低，保護器不能立即切斷故障回路，燈桿外殼長時間帶有危險電壓。在同一變壓器供電范圍內(nèi)，TN-S 系統(tǒng)內(nèi)PE 線是連通狀態(tài)，任一處發(fā)生接地故障，其故障危險電壓可沿PE 線傳導(dǎo)至同一配電線路上的其他照明設(shè)施上，擴大了危險區(qū)域的范圍。因此，TN-S 系統(tǒng)必須作等電位聯(lián)結(jié)來消除沿PE 線傳導(dǎo)來的故障電壓的危害，因此一般不適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所。

4.2.2 TT 系統(tǒng)可控制危險區(qū)域的范圍

當照明設(shè)施發(fā)生接地故障時，接地故障電流較小，故障電流通常不足以使熔斷器或斷路器動作或迅速動作。而且對地故障電壓會大大超過安全電壓，該電壓可以使觸及的行人發(fā)生電擊。采用剩余電流動作保護器能快速切斷故障回路。即使漏電剩余電流動作保護器未動作，由于采用了TT 系統(tǒng)，該接地故障電壓也不會傳至其他照明設(shè)施，減少了故障電壓的蔓延，縮小了危險區(qū)域的范圍，降低了碰觸概率，減少了電擊事故。因此，室外照明配電系統(tǒng)的接地形式宜采用TT 系統(tǒng)。而且，TT 系統(tǒng)的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分與電源端接地分開單獨接地，裝置外殼為地電位且不會導(dǎo)入電源側(cè)接地故障電壓，防電擊安全性優(yōu)于TN-S 系統(tǒng)，但需要安裝RCD。

4.3 TT 系統(tǒng)保護器誤動作較多

室外如果采用TT 系統(tǒng)，也有比TN-S 系統(tǒng)不可靠的地方。室外照明線路送電距離一般有幾百米，線路本身泄漏電流較大，尤其到了雨雪天氣，夏天雷擊等不確定因素較多，TT 系統(tǒng)的保護器誤動作就會增多。

從以上分析得出，在戶外照明配電的接地保護應(yīng)用中，采用哪種接地形式，現(xiàn)在還沒有最優(yōu)辦法。戶外照明設(shè)施在各種環(huán)境下的正常泄漏電流也沒有權(quán)威可信的數(shù)據(jù)可查。從理論上來講，采用TT 系統(tǒng)加剩余電流動作保護器，在安全性方面比TN-S 系統(tǒng)更具有優(yōu)勢，更是一種值得推廣的接地形式。但是，在室外環(huán)境中，TT 系統(tǒng)本身的缺點也特別明顯。如果出現(xiàn)經(jīng)常性的跳閘，這對照明設(shè)施的正常運行和維護工作會帶來極大影響。目前國內(nèi)還是優(yōu)先采用TN-S 系統(tǒng)，很少采用TT 系統(tǒng)。

5 新型漏電監(jiān)測裝置設(shè)計

目前照明設(shè)施TN-S 系統(tǒng)接地系統(tǒng)使用中還是存在不足之處，比如不能迅速處理漏電安全的問題。如何才能既避免漏電傷人事故的發(fā)生，又能減少維護人員的工作量、保障照明設(shè)施正常運行，這一直是困擾照明行業(yè)人員的問題。針對這個問題，筆者所在單位和一家社會單位合作開發(fā)了一套照明設(shè)施新型漏電監(jiān)測裝置，專門用來解決照明設(shè)施漏電的問題。

5.1 監(jiān)測原理

漏電監(jiān)測用零序電流互感器作為取樣元件，發(fā)生接地故障時，各相電流的矢量和不為零，零序電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)電流被智能監(jiān)測設(shè)備檢測到。當超過設(shè)定的閾值時，執(zhí)行單元動作，切斷相應(yīng)的供電輸出，達到保護的目的。

5.2 實現(xiàn)功能

5.2.1 監(jiān)測配電箱端

對配電箱內(nèi)每個路燈支路電纜的漏電電流進行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)某個漏電電流超過預(yù)定的漏電閾值，智能監(jiān)控終端會自動斷開相應(yīng)的斷路器，停止向該支路電纜供電，并向監(jiān)控中心發(fā)送報警數(shù)據(jù)，將相關(guān)漏電信息報送給單位的值班控制中心?？刂浦行牧⒖膛沙鼍S護人員到現(xiàn)場處理故障。待專業(yè)維護人員到現(xiàn)場排除故障后，由監(jiān)控中心復(fù)位報警信號，恢復(fù)到正?？刂茽顟B(tài)。

5.2.2 監(jiān)測路燈燈桿端

對路燈燈桿內(nèi)的電纜線漏電流進行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)燈線漏電流超過預(yù)設(shè)的漏電閾值，燈桿智能監(jiān)測報警控制器將自動切斷該路燈電源，并向監(jiān)控中心發(fā)送報警數(shù)據(jù)。專業(yè)人員去現(xiàn)場排除故障后，再恢復(fù)正?？刂茽顟B(tài)。

5.2.3 智能監(jiān)控中心

智能監(jiān)控中心可以定時采集各處配電箱內(nèi)每個支路電纜有無漏電流數(shù)據(jù)，可遠程修改各智能監(jiān)測終端的監(jiān)測報警控制器的漏電閾值。對監(jiān)測或接收到的漏電報警信息可以通過短信發(fā)送給相關(guān)管理人員。可對報警復(fù)位，遠程重新送電，管理人員可以通過手機App 查看個監(jiān)測點相關(guān)信息。

5.3 運行效果

目前，該新型漏電監(jiān)測系統(tǒng)已穩(wěn)定運行了2 年多，在平時的運行中，時刻對照明線路進行漏電監(jiān)測，解決了照明設(shè)施漏電問題，可以準確、及時地控制電源輸出，達到漏電保護效果。該套系統(tǒng)可以將漏電保護的動作電流值顯示在控制中心的電腦上，根據(jù)現(xiàn)場每條線路的實際狀況進行遠程修改，比傳統(tǒng)的漏電保護器更加智能、可靠。管理人員可以根據(jù)系統(tǒng)日常記錄的漏電數(shù)據(jù)分析判斷電纜老化、損傷的程度，立即停運嚴重漏電回路，修復(fù)后再運行。

截止到目前，全市照明控制箱內(nèi)已有70%的電纜線路安裝了該新型漏電監(jiān)測裝置，爭取盡快做到照明設(shè)施線纜全覆蓋。

6 結(jié)束語

通過以上分析，文章發(fā)現(xiàn)在城市照明設(shè)施系統(tǒng)中，無論是采用TN-S 系統(tǒng)還是TT 系統(tǒng)，都存在一定的不足。即使大量采用TN-S 系統(tǒng)，在漏電安全方面還是不能做到萬無一失，安全隱患仍然存在。在安全故障不能及時排除的情況下，針對仍然存在的安全隱患，只能采取主動監(jiān)測手段。因此文章提出了一種新型實用漏電監(jiān)測裝置來專門解決照明設(shè)備漏電問題。實驗證明這一裝置既提高了照明設(shè)施運行的安全性，又實現(xiàn)了城市照明管理智能化，對城市照明設(shè)施的安全管理具有重要的意義。