路灯配电系统若干问题的探讨
李良胜（深圳市市政工程设计院 518035）
摘 要 探讨路灯配电系统中的单相接地保护灵敏度校验、保护设置、接地型式选择等。 关键词 路灯 灵敏度 接地故障 L-N短路 接地型式 RCD（漏电保护器） I(II)类设备
1 引 言
相对于室内照明而言，室外路灯照明的安装及敷设环境较差，线路距离较长，可达1000m以上，负荷分散但容量不大。我国虽于1992年就颁布了行业标准《城市道路照明设计标准》（CJJ 45-91）（以下简称《路灯规范》），但因当时条件限制，规范未能就路灯照明配电系统作出更为详尽而完善的规定。随着我国城市及道路建设的进一步蓬勃开展，对于路灯照明的深入研究已迫在眉睫。
路灯配电系统的以下几个问题尤其值得关注：①单相短路；②灵敏度校验；③保护设置；④接地型式等。 2 工程实例
某城市道路照明由一台SG-10/0.4kV， 100kVA ，D,Yn-11（Uk=4.5%）箱变供电。箱变内带3m长LMY-4（40×4）低压母线。箱变远离10kV系统内发电机组，系统短路容量Sd =200MV·A。以箱变为起点，其中的一个路灯回路的线路长为990m，沿道路呈线状布灯（即中间无分支）。路灯为金属灯杆（以下未指明的均同此），纵向布置间距为30m（该回路共有990/30=33套灯具），灯杆高为10m。灯具为220V、 250W高压钠灯（自带电容补偿，cosφ=0.85），镇流器损耗为10%。路灯以L1、L2、L3依次配电，灯杆内灯具引接线为BVV-3×2.5mm2。路灯干线为三相配电，线路为VV-4×25+1×16 mm2 ，穿PVC70管
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（用于分散接地的TT系统时，线路则为VV-4×25 mm2 ，穿PVC70管）。 3 单相短路电流的计算
路灯可归类于固定式配电设备（I类设备），其线路须有过载、短路或接地故障保护。单相短路包括单相接地短路故障（以下简称“接地故障”，例如图1中的f1、f2）和相-中短路（以下简称“L-N短路”，例如图1中的f3）。本节中的3.1及3.2小节，将以路灯的TN-S系统为例，先来具体计算接地故障电流。 3.1工程实例的单相接地故障电流 单相接地故障电流要按照相-保回路进行计算。当线路最末端发生单相接地故障（即图1中f1）时，该相-保回路中，共有高压系统、变压器、低压母线、低压电缆、灯头引接线等五种阻抗元件，单相接地故障电流：
Id=220/√（Rφp2+ Xφp2） ⑴
式中，Rφp——回路各元件相保电阻之和，即Rφp= Rφp.s+ Rφp.t +Rφp.m+ Rφp.l+ Rφp.x；Xφ
p——回路各元件相保电抗之和，即
Xφp= Xφp.s+ Xφp.t +Xφp.m+ Xφp.l +Xφp.x。其中的Rφp.s、 R
φp.t、Rφp.m、 Rφp.l、Rφp.x，分别为前述的高压系统、变压器、低压母线、低压电缆、灯具引
接线之相保电阻（Xφp含义类此，不重述）。
依照参考文献的表4-28~表4-34，就本工程实例而言：①高压系统Rφp.s=0.05mΩ，Xφ
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p.s=0.53mΩ。②变压器Rφp.t=(33.68×3)/3=33.68mΩ，Xφp.t=(63.64×3)/3=63.64mΩ。③低压
母线Rφp.m=0.372mΩ, Xφp.m=0.451mΩ。④低压电缆Rφp.l=2.699×990=2672.01mΩ, Xφ
p.l=0.192×990=190.08mΩ。⑤灯具引接线
Rφp.x=20.64×10=206.4mΩ, 相保电抗Xφp.x=0.29
×10=2.9mΩ。
因此，回路总相保电阻Rφp= 0.05+33.68+0.372+2672.01+206.4=2912.5(mΩ),总相保电抗Xφp=0.53+63.64+0.451+190.08+2.9=257.6 (mΩ)。于是，
Id=220V/√（2912.52+257.62）mΩ=220V/2923.9mΩ=0.075kA=75A，此即本工程实例中，线路尽头灯具处的单相接地故障电流值。 3.2不同电缆截面时的单相接地故障电流
为便于比较，把上述工程实例中的电缆，分别换用VV-5×25、VV-4×35+1×16、VV-5×35等不同截面的电缆，可求得不同情况下的单相接地故障电流（增减百分比均以原VV-4×25+1×16为比较基准），见表1。
表1 不同电缆截面时的灯具处单相接地故障电流 电缆截面 回路相保阻抗（Ω） 接地故障电流（A） 故障电-16.0% 0% 25.3% 12.2% 68.0% 63 75 94 84 126 3.51 2.92 2.34 VV-5×16 VV-4×25+1×16 VV-5×25 VV-4×35+1×16 2.63 1.74 VV-5×35 3
流增减 从计算过程及表1看出：①当路灯线路很长时，因回路阻抗较大，故其末端单相短路电流的数值较小（甚至不足100A），这样就不利于线路前端的短路保护电器（即图1中的“干线开关”）之动作。这也是路灯配电设计中值得关注的首要问题。②加大导线的截面（尤其是PE线的截面），可以显著增大单相接地故障短路电流。可谓“花钱不多，效果显著”，因此，它理应成为提高路灯短路灵敏度（稍后讲述）的首选措施。 3.3 L-N短路电流
对于发生概率很小的L-N短路，由于与单相接地故障同属单相短路，计算方法和公式也就基本相同，但其区别也是明显的：接地故障跟PE线重复接地电阻值大小有关，可由RCD来担当保护；而L-N短路则与接地电阻大小无关，也无法利用RCD的漏电保护功能来实施保护。
4路灯线路干线开关的选择 4.1路灯干线开关保护的基本要求
一个路灯回路的完整保护，应至少包括两级：配电线路干线开关保护和灯具短路保护。干线开关的选择，除要按箱变内母线出口处三相短路电流来校验其分断能力外，尚应保证开关在该回路灯具启动和工作时均不误动作，而在过载、短路或接地故障时则应可靠动作。此外，干线开关还要尽量与其下一级保护（即图1中的“灯具开关”）做好级间配合，不越级跳闸。
因路灯箱变内的变压器容量往往较小而阻抗较大，故箱变内低压母线出口处的三相短路电流值较小，常规塑壳断路器的短路分断能力均可满足要求。
而为了使路灯低压断路器可靠切断故障电路，必须校验断路器脱扣器动作的灵敏度Klm，即：
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Klm= If/Ir2 ⑵
式中：Klm≥1.3；
If——路灯线路末端最小短路电流，对于TN系统为相—保短路（即单相接地故障）或L-N短路电流，对于TT系统为L-N短路电流；
Ir2——断路器短路过电流脱扣器的整定电流值。
前面已述及，路灯回路线路长、阻抗大，从而单相短路很小；若断路器短路过电流脱扣器的整定值设计较大，则该短路电流可能不足以推动断路器可靠动作。 4.2 TN-S系统配电线路干线开关的选取 4.2.1过载长延时保护
照明用低压断路器的长延时过电流脱扣器的整定电流为： Ir1≥Kr1?Ic ⑶
式中：Kr1——长延时过电流脱扣器的可靠系数，取1.1；
I c——照明回路的计算电流。
就工程实例而言(33套灯具)，回路计算电流Ic =33×0.25×(1+10%）/(√3×0.38×0.85）=15.92A，故Ir1≥1.1×15.92A=17.51A，初取Ir1=20A。 4.2.2短路保护
照明用低压断路器的短路过电流脱扣器的整定电流为：Ir2≥Kr2?Ic。式中，Ic——照明回路的计算电流；Kr2——短路过电流脱扣器的可靠系数。经过充分足够次数的实践检验，在路灯回路中，为了可靠避让灯具启动之影响， Kr2可由路灯（基本为HID灯）的启动倍数（指启动电流与工作电流之比），再乘以一个裕量系数1.3来得到。而根据相关资料，HID灯具的启动倍数一般介于1.3~1.9之间，因此取Kr2=1.9×1.3=2.47。另一方面，Ir2也经常以长延时整定电流Ir1与整定倍数（特指断路器短路过电流脱扣器的整定电流与长延时整定电
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