城市道路照明配电系统接地方式和配电线路保护的探讨07.4.10.doc

城市道路照明配电系统接地方式和配电线路保护的探讨 中国航空工业规划设计研究院 任元会 1 概述 城市道路照明是关系城市安全和交通安全的重要因素，也是提升城市形象的标志之一。近十多年来越来越受到关注和重视。新修订的《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）的发布和实施，将进一步提高城市道路照明水平；特别是新标准制订的节能指标——“照明功率密度”（LPD）最大限值，必将成为提高道路照明能效的重要保证。 在关注道路照明水平和能效的同时，还有一个关系到用电安全和可靠性的重要课题，即照明配电问题，往往不为人们重视。本文将重点探讨道路照明配电系统的接地方式和配电线路保护两个问题。 2 城市道路照明配电系统采用TN接地方式存在的问题 2.1 TN-C接地方式的应用状况和存在的问题 回顾历史，在上世纪50年代到70年代，工厂和民用建筑以及道路照明的本电系统，绝大多数采用了TN-C接地方式。对于道路照明，TN-C方式存在着严重的不安全因素；由于道路照明开灯条件，有可能在实际运行中出现三相电流严重不平衡；另外，当今道路照明大多使用气体放电灯，存在一定量的3次谐波和3的奇次倍数谐波，这两个因素可能使配电线路的中性线流过很大电流。而构成TN-C接地方式的PEN线与灯具外壳和金属电杆等外露导电部分相连接，致使这些外露导电部分在正常运行条件下（不只是故障条件下）就存在对地电位。此电位可能很高，这在人员通行的城市道路将带来间接电击的危险，因此是不允许的。 2.2 TN-S接地方式存在的问题 当前大多数城市道路照明配电系统采用TN-S接地方式，和过去的TN-C接地方式相比，是一个很大的进步。由于PE线与N线分开，而与PE线相连接的灯具及电杆的外露导电部分，基本上接近于地电位，在正常运行条件下不会有电击危险。但是城市道路照明配系统采用TN-S接地方式仍然存在一定的缺陷，这和建筑物（包括工业和民用建筑）的使用条件存在很大差异，其主要缺陷有以下两点。 （1）城市道路照明的配电线路一般比较长（和建筑物内配电线路相比），线路末端（按最不利因素考虑）发生接地故障时，其接地故障电流比较小；而采用TN-S方式，配电线路首端的保护电器通常是使用熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器兼作接地故障保护。此时，很难保证按《低压配电设计规范》（GB50054-95）的规定，在5s内切断故障电路。 （2）道路照明处于户外环境，很难象建筑物内那样作完善的等电位联结，在发生某些接地故障时，有可能导致电击危险（不是必然出现，而是有可能出现）。 新颁布的《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第6.9.1条规定，配电系统宜采用TN-S或TT接地方式。笔者认为采用TT接地方式的合理性是勿庸置疑的（后文再分析），而采用TN-S接地方式则是有条件的，而且也并非最佳选择。 3 道路照明配电系统采用TN接地方式时接地故障保护的分析 3.1道路照明配电线路接地故障保护要求 道路照明配电线路接地故障保护应符合GB50054-95的规定。当发生接地故障时，保证电器切断故障电路的时间不宜大于5s。即符合以下两式的要求。 使用熔断器时： Id ≥ KrIr （1） 使用断路器时： Id ≥ 1.3 Iset3 （2） 式中Id—配电线路末端接地故障电流； Ir—熔断器熔体额定电流； Kr—切断接地故障电路时间不大于5s时，Id与Ir的最小比值； Iset3—断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流. 注：按GB50054-95的规定，上式之Kr值如下： 熔体额定电流为12~63A时，Kr=5； 熔体额定电流为80~200A时，Kr=6。 鉴于GB50054正在修订之中，新修订的规范，对式（1）、式（2）不会改变，但Kr值可能有变化。 3.2 配电线路及保护电器的设定 这里，不针对某一条具体道路，来设计其线路和电器参数，而是按常用的情况来设定几种参数进行通用分析。 （1）配电线路参数 ①配电线路长度设定为400~1000m，分为6档。 ②线路设定为铜芯聚氯乙烯绝缘及护套电缆（VV型）或交联聚乙烯电缆（YJV型），截面为16mm2、25 mm2、35 mm2三种五芯缆（包括N线、PE线），并假定N线和相线同截面，而PE线取相线截面的50%和同截面两种。 （2）保护电器参数 ①用熔断器时，Ir值取63A、50A、40A、32A、25A五级。 ②用断路器时，其长延时过电流脱扣器整定值（Iset1）取63A、50A、40A、32A、25A五级，而瞬时过电流脱扣器整定值Iset3可取Iset1的5倍，即取315A、250A、200A、160A、125A等。 （3）变压器设定为10/0.4kV、630kVA，油