06-01-16路灯配电系统若干问题的探讨(3)

2025-07-14

总而言之,在TN-S系统里,尽管在灯杆处设置PE线接地装置的做法较为普遍,但其设置的理论依据并不充分。 6.2 TT系统的保护接地

TT系统内,电源有一点与地直接连接,该接地极与负荷侧电气装置外露可导电部分的接地极无电气联系。但是,处于同一个路灯配电线路干线开关保护之下时,作为负荷侧电气装置的路灯灯杆处的各个保护接地极,到底是彼此连通,还是彼此独立呢?又该如何保证工作接地极与保护接地极“无电气联系”呢? 6.2.1各路灯的保护接地极共用

《低规》第4.4.12条规定:“TT系统配电线路内,由同一接地故障保护电器保护的外露可导电部分,应用PE线连接至共用的接地极上”。就TT系统路灯的一条配电线路而言,该回路上的所有路灯及其线路(灯具开关之前),均由本线路始端的干线开关(一般为RCD)提供接地故障保护。因此,若按《低规》,该回路中的所有路灯灯杆的外露可导电部分,就必须通过PE线接至共用的接地极,而不得采用彼此孤立的接地极。也惟有如此,本线路上任一点发生接地故障,都可以通由贯通的PE干线获得较大的短路电流,从而使得干线开关(RCD)能可靠动作,及时切除故障,这就是执行规范条文之优点所在。

共用接地极时,若接地故障发生在灯具开关RCD(I△n=30mA)之后(参见图1中的f1),则要求RA≤50V/0.03A=1666Ω即可;若接地故障发生在灯具开关RCD(I△n=30mA)之前、干线开关RCD(I△n=300mA)之后的外露可导电部分(参见图1中的f2点),则RA≤50V/0.3A=166Ω。综合二者结果,接地电阻限值应取后者(即小于166Ω)。

由此可见,共用接地体的TT系统中,若同一回路的上下级均采用了RCD作为接地故障保护,则对保护接地电阻值的要求比较宽松,很容易满足,从而无须每灯杆处设置接地体。但若采用熔断器作为灯具短路保护,则灯杆处保护的接地电阻越小越好(比如在4Ω以下)。

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但各路灯共用了接地极的TT系统,需要单设PE线,且一处路灯发生接地故障,则故障电压就会经过贯通的PE线蔓延至临近路灯上,这就丧失了TT系统的独特优点。 6.2.2各路灯的保护接地极分设

TT系统的自身定义及其具体实践都表明:TT系统中,同一接地保护装置下的不同被保护对象,其外露可导电部分也可分设接地体,无须强求共用接地体(但人可同时触及的外露可导电部分除外)。分设接地体可避免接地故障电压沿PE线蔓延;此外,供电电缆可采用四芯,较五芯为节省。

但是,分设接地极的做法直接与上述的《低规》第4.4.12的条文规定相“冲突”,致使设计时难以抉择。而且,每处灯杆都要单设接地体,较为浪费接地钢材。 6.2.3工作接地极与保护接地极的间距问题

TT系统的工作接地极与保护接地极之间,应该是不存在电气联系的。而相关资料(例如《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T 16-92)第14.7.4.3条及其条文解释)表明,工作接地和保护接地两个接地体间,若要彻底脱离电气联系,则二者的最小净距不宜小于20m(对应于特定的土壤电阻率)。而路灯箱变的金属外壳、金属底座、基础钢筋等,都必须与PE线连通,因此,箱变处的接地体仅适合作为保护接地,而难以作为N线的工作接地。为此,变压器中性点处引出的N线必须另穿绝缘套管,拉到距离箱变20m以远的地方,单独设置工作接地体;且该接地点的半径20m以内,不得存在任何本配电系统的保护接地体。而这一点有时是较难实现的,它也成为路灯实施TT系统的一个瓶颈问题。 7 路灯采用TN-C系统合适吗?

路灯基本采用HID灯,它属于典型的非线性负荷,其配电线路中含有以三次谐波为主的奇次谐波电流。理论分析和实验测定都表明,即便是三相完全平衡的气体放电灯线路,N线上通过的高次谐波仍达相线电流的30%以上;若为三相非平衡线路,则PEN线通过的谐波

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电流更大。于是,当路灯采用TN-C系统(非指TN-C-S系统)时,如此大的工作电流平时即在PEN线上流通,使得路灯金属灯杆和箱变的金属外壳上面,正常运行时即不可避免地带有较高的电位,可能造成触电威胁。更为严重的是,万一PEN线发生断线故障,则相电压就通过灯具直接加在灯杆或箱变等设备外露可导电的金属外壳上(而保护电器还难以觉察),这是比较危险的。因此,路灯配电不推荐采用TN-C系统。 8 路灯采用II类设备的可行性

II类设备具有双重绝缘或加强绝缘,不需要PE线,不需要保护接地,且简单易行,可确保人身安全。它若用于路灯系统,应具备较强的可操作性和经济性。

路灯系统采用II类设备时的可能措施:采用非金属外壳的箱变;塑料绝缘电缆全程(包括灯座内接头处)穿于塑料管中(不宜采用金属管);灯杆内的灯具连线为双绝缘线BVV,且穿塑料管;灯具采用II类灯具。若无法保证后两条措施,则灯杆要制作成非金属灯杆(如水泥灯杆),或在金属灯杆表面涂以符合规范的绝缘材料。

当然,当路灯系统内全部采用II类设备时,虽无须考虑接地故障保护了,但若要顾及L-N短路,则仍应进行L-N短路灵敏度校验并采用相应措施。 9几点结论

a. 长距离的路灯线路,必须充分重视短路灵敏度的校验。采用低压断路器时,路灯短路灵

敏度与断路器短路过电流脱扣器的整定倍数K密切相关,而K的取值范围大致为:2.47(Ic/ Ir1)≤K≤0.77(If/ Ir1)。而校验路灯短路灵敏度时,是否兼顾接地故障和L-N短路,将直接关系到配电系统方案的不同。采用低压断路器配电而短路灵敏度不足时之解决途径:①采用D,Yn11变压器。②合理降低断路器的整定倍数K。③适当加大PE和N线截面。④适当减小回路正常运行电流。

b. 路灯TN-S系统宜以B类断路器作为干线开关,TT系统则宜以RCD或其组合电器作为

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干线开关。路灯系统干线开关RCD之I△n要合理取值。

c. TT系统中,接地电阻值较大时,应采用RCD作灯具开关;反之,可用熔断器保护。现

阶段,路灯若采用TT系统尚会受到一定的制约。 d. 路灯配电不推荐采用TN-C系统。 e. 路灯系统可考虑采用II类设备。

参考文献

中国航空工业规划设计研究院等·工业与民用配电设计手册(第二版)·北京:水利电力出版社,1994:120~121,129~137,527

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