接地保护在道路照明低压配电系统中设计要点的

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接地保护在道路照明低压配电系统中设计要点的
探究与分析
(作者 单位)
 
摘要:由于市政道路照明系统处于户外环境,为避免可能发生的电击隐患,本文的主要研究工作是低压配电系统设计中选择适用于道路照明系统的合理的接地保护方式,以提高用电可靠性。
关键字:道路照明;低压配电系统;接地保护
 
一、引言
城市道路照明是关系城市安全和城市道路交通正常运作的重要保证,是市政建设的重要内容之一。近十多年来越来越受到关注和重视。道路照明的主要功能是为机动车道和人行道提供必要的亮度和照度,以及符合行驶要求的照明质量。保证实现这个功能的基本前提就是安全用电。
室外道路照明装置是属于I 类电击防护等级的用电设备,其金属杆件、壳体等常处于人体易接触的范围内。当它们发生接地故障而使灯具的金属壳体呈现故障电压时,如果人体与之接触,将会导致电击,从而危及人身安全。因此,只有做好室外道路照明装置的接地故障安全保护,采用合理的接地型式,才能保证其用电的安全性和可靠性。
城市室外道路照明系统的安全用电涉及多方面的技术内容和管理维护要求,本文主要研究工作是针对道路照明的低压配电系统中的接地保护问题进行探究与分析。
二、低压配电系统的常用接地方式及存在的问题
2.1低压配电系统的常用接地方式
低压配电系统接地故障主要是因为线路绝缘损坏,使相线与PE线外露可导电部分以及大地间发生短路,故称为接地故障。接地故障造成原来不带电的电气设备金属外壳呈现故障电压,对人身造成危害。
进行低压配电系统接地保护的目的,首先是为了保证人身安全,当电气装置某处绝缘损坏使外壳带电时,如果人一触及,电气接地装置可使人体避免触电的危险; 其次是为了保证电气设备以及建筑物的安全。
在低压配电系统中如何进行有效地防护,是系统安全运行的重点,要根据不同的情况,采用不同的方式。按照国际电工委员会( IEC) 和我国现行的相关标准,低压配电系统的接地方式如下。
表1 低压配电系统的常用接地方式
接地方式 保护特点
 
TN 系统 电源端变压器低压侧中性点直接接地,用电端用电设备的外露可导电部分通过一条导线连接至电源中性点
 
TT 系统 电源端变压器低压侧中性点直接接地,用电端用电设备的保护线也直接接地,电源端与用电端之间无单独的PE 线
 
IT 系统 电源端变压器低压侧中性点不接地(或采用高阻抗接地) ,用电端用电设备的保护线直接接地
其中由于连接导线的方式不同,TN 系统又可分为下列三种:
(1)TN-C:利用配电线路的中性线(N)作接地连接线,称为PEN线;
(2)TN-S:增加一条专用的连接导线,即PE线;
(3)TN-C-S:以上两种的综合,前半部采用TN-C,后半部采用TN-S。
2.2接地保护安全因素分析
(1)由于雷击导致的安全隐患
对户外照明,考虑雨天等条件下存在的雷击隐患时,灯具、电杆、电器盒等的外露导电部分极易受到雷击的影响。在TN-S方式中是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地,当该变压器其他部分发生对地直接连接之类故障时,保护电器难以断开,故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点,致使中性点电位升高,此电位经过PE线传至灯杆等处露导电部分。由于变压器接地电阻得影响,中性点电位有可能超过安全电压限值由于故障电流很小而无法使保护电器动作,因此该接地方式不能完全保证用电安全。
(2)低压配电系统灵敏度性能因素
道路照明负载分散,配电线路较长,当线路末端发生接地故障时,其故障电流往往较小,难以使线路首端的保护电器(熔断器或断路器)动作,不能切断故障电路。TN方式用于道路照明配电线路,一般难以满足保护灵敏性要求,将导致不安全因素。
按《低压配电设计规范》(GB50054-95)的规定:TN方式用63A熔断器,要求在5s内切断,则接地故障电流(Id1)不应小于5倍,即315A;用断路器时,不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍,即315×1.3=409A。即便是在常用的线路长1000m,安装功率26.4kW的道路照明接地保护系统中,经计算末端接地故障电流仅为几十安培,无论用熔断器还是带瞬时脱扣的断路器,均不能按规定时间断开。
对于I类电击防护等级的用电设备,其接地故障保护,一般采取以下两个主要措施:一是采用装设过流保护器(如断路器、熔断器) 或剩余电流动作保护器等快速切断故障回路;二是采用等电位联结以降低接触电压。二者相互结合,相辅相成。而室外道路照明装置布置分散,难以做等电位联结,其接地故障保护只能依靠过流保护器或剩余电流动作保护器来快速切除故障回路。
三、低压配电系统接地保护的分析与设计
3.1道路照明低压配电系统接地方式的选择
基于上述分析本文对道路照明低压配电系统的设计中采用TT接地方式。本文采用该接地方式的原因如下:
(1)由于市政道路照明系统多数使用金属灯杆有良好接地条件,使用钢筋混凝土杆,接地条件也较好,而TT方式要求灯杆接地,并且该方式接地电阻要求不高比之TN方式要求重复接地,经济性能更加优越;
(2)而且处于户外的道路照明配电系统在难以作等电位联结的条件下,用TT接地方式更为安全。
(3)当配电线路较长时,用熔断器或断路器作接地故障保护都难以达到规范的要求。当采用剩余电流动作保护器时,由于这种保护器的动作电流仅为几十、以至几百毫安,最大达几安培,容易使之动作,更能保证安全。即使剩余电流动作保护器拒动,由于室外道路照明装置采用了TT 系统,接地故障电压也不会传递至故障点以外的其它室外道路照明装置上。这样,就大大缩小了接地故障范围,提高了室外道路照明装置的用电安全水平。
3.2漏电保护器动作电流的整定
由于市政道路照明系统与在室内条件下剩余电流保护用于TT方式的情况大为相同,其配电线路长度达几百米,甚至千米,在这种条件下,如果保护动作电流仍按室内保护参数整定为30mA,正常运行时,容易导致因泄漏电流较大而导致误跳闸而影响照明系统的正常运行。因此,需要对漏电保护器用漏电保护器的电流保护参数进行整定。其动作电流整定值( )应符合以下要求:
(1)发生接地故障时,漏电保护器必须保证可靠动作;
(2)正常运行时,不应发生误动作;
(3)漏电保护断路器动作应有延时,以避免瞬时性接地故障造成断路,影响道路交通。
正常运行中,线路对地电容将产生泄漏电流,不同类型、不同敷设条件的电缆,其泄漏电流大小也不同。一般说,每公里塑料绝缘和护套电缆可达几十毫安,如果整定的 太小,正常运行时,就有可能动作。因此,必须使正常泄漏电流小于漏电保护器的“不动作电流”( ),并留有必要的余地;而产品规定: >0.5 ,也就是说,如果泄漏电流超过整定值 的一半时,就有可能使之动作。所以,  整定值应等于或大于正常泄漏电流的2.5-3.0倍。设计中在符合电流整定值设计要求的前提下,道路照明配电线路应按其长短,将 整定为100-500mA为宜;
3.3接地电阻的设计
由于接地电阻越小接触电压和跨步电压就越低,人身安全越有保障。如果要求接地电阻越小,人工接地装置的投资就会越大,且在土壤电阻率较高的地区也不易做到。本文研究的市政道路照明低压配电系统采用接地方式对接地故障进行保护,按GB50054-95规定,TT接地方式时接地故障保护应符合式(1)要求:
 (1)
式中:(1)Ra-外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻( )
(2) Ia-保证保护电器切断故障回路的动作电流(A)
按式(1)要求,如果漏电保护器的 整定为100-500mA时,则可计算出Ra不应大于100-500 。为可靠起见,留有必要余地,通常接地电阻只要满足 即可。
四、总结与展望
随着我国现代化建设的快速发展,室外道路照明装置也在迅猛的增加,其用电可靠安全性越来越受到人们的重视。由于道路照明处于户外环境,很难像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。供电系统为了保证人身安全、电气设备以及建筑物的安全,必须采取保护接地(接零)措施。合理选择室外道路照明配电系统的接地型式及保护措施,以确保广大人民群众的人身安全。
本文通过理论分析比较,并经实例运行证明,对室外道路照明的配电系统,采用TT接地型式并加剩余电流动作保护器的配电方案是适用于市政道路照明系统最安全可靠的接地保护方式。用电安全是一项长期而艰巨的任务,保障市政道路照明系统的安全稳定运行需要在每一位从事电气设计行业同仁的共同努力下完善该项工作,为公众提供运行可靠、安全稳定的市政道路照明系统。
参考文献:
[1] 北京市路灯管理处.CJJ89-2001城市道路照明工程施工及验收规程[M].北京:中国建筑工业出版社.2001.
[2] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册(第三版) [M].中国电力出版社,2005,10.
[3] 任元会.道路照明配电系统的接地方式.照明[M].2006 ,7.
[4] 中国航空工业规划设计研究院组编. 工业与民用配电设计手册(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2005
[5] 《低压配电设计规范》GB50054-95.

[正文图表略.]
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