路灯TN-S 配电系统单相接地短路保护探讨

彭百川

(重庆市市政设计研究院)



路灯TN-S 配电系统单相接地短路保护探讨

彭百川

(重庆市市政设计研究院)

为了规范路灯TN-S配电系统的单相接地短路保护，通过工程实例对路灯TN-S配电系统单相接地短路电流的计算，探讨了在TN-S配电系统中干线开关的选择要点，干线开关应优先选用具有短延时保护的B类断路器，也可选用RCD开关保护。

路灯；TN-S；接地故障；保护开关

0 引 言

室外路灯的负荷分散，线路很长，敷设环境较差，与传统的室内照明配电系统有很大的不同。我国现行行业标准CJJ45—2015《城市道路照明设计标准》对于路灯的配电部分未作详细的规定，很多工程设计并没有对路灯配电线路保护进行详细的计算，设计较为随意。近年来，城市道路照明发展很快，对工程设计人员提出了更高的要求，对路灯配电系统的深入研究显得很有必要，文章对工程建设中最常用的TN-S配电系统的单相接地短路保护问题进行讨论。

1 低压配电系统的保护接地形式

我国现行低压配电系统采用IEC标准划分，按该

标准，低压配电系统保护接地形式可分为TT系统、IT系统、TN系统，其中TN系统又可进一步细分为TN-C和TN-S系统。

根据现行行业标准CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》第6.1.8条规定道路照明配电系统的接地形式应采用TT系统或TN-S系统，并应符合现行国家标准GB 50054《低压配电设计规范》的相关规定。当采用剩余电流保护装置时，还应满足现行国家标准GB 13955《剩余电流动作保护装置安装和运行》的相关要求。

由于TT系统工作接地和保护接地需要设置单独的接地装置，而且接地装置间需要相互独立，这在城市道路照明工程施工中极难实现。故在实际工程设计中，基本上都采用TN-S系统。

2 设计案例

2.1 工程概况

某园区道路照明采用成套箱变，其中变压器型号为100 kVA，SG-10/0.4 kV，Dyn-11(Uk=4.5%)，10 kV系统短路容量为Sd=200 MVA，低压配电系统采用TN-S系统，其中一个路灯回路长度为1 000 m，路灯间距为30 m，沿道路均匀布灯。灯具为150 W高压钠灯，补偿后功率因数为0.85；路灯干线为三相配电，线路为VV-5X16，敷设方式为穿PVC110管道。

2.2 单相短路电流计算

根据GB 50054《低压配电设计规范》的相关规定，路灯属于固定式配电设备，线路的保护应该具有过载、短路和接地故障保护。其中单相短路故障包括单相相保回路短路故障(图1中的f1、f2点)和相中短路故障(图1中的f3点)。以路灯的TN-S系统为例计算接地故障电流。

图1 典型TN-S配电系统示意图

(1)

式中:Rphp——该计算相保回路各元件电阻的和； Xphp——该计算相保回路各元件电抗的和。

具体计算过程从略，可参考中国航空工业规划设计研究院等编著的《工业与民用配电设计手册》第三版。

根据案例计算过程可以看出:

1)当路灯配电回路距离很长时，回路阻抗必然较大，其末端单相短路故障电流值必然较小，本案例中只有63 A，这样就会导致低压配电线路前端的保护电器不能有效动作。而这个问题也是路灯工程设计中最容易忽视的问题。

2)根据以上的计算方法，我们测算了不同导线截面的末端单相短路故障电流，数据表明，加大配电线路导线截面，特别是PE线的截面，就能增大单相接地故障短路电流。

2.3 配电线路保护开关的选择

选择配电回路出线开关，首先应按照箱变内配电回路出口处三相短路电流来校验其短路分断能力，其次校验开关在该配电回路灯具启动时是否误动作，并在该回路出现过载、短路或接地故障时能否可靠动作。路灯专用箱式变压器容量均较小，因此其阻抗值较大，造成其低压母线出线端的三相短路电流较小，在工程实际设计工作中，该出线断路器选型采用常规塑壳断路器或高分断能力的微型断路器的短路分断能力均可满足要求，可不进行详细计算。

灵敏度校验:为了使路灯低压配电断路器可靠动作，还要校验断路器脱扣器动作的灵敏度Kss，

(2)

路灯回路距离长、阻抗大，导致单相短路电流很小，如果设计时断路器短路过电流脱扣器的整定值较大，容易导致该断路器不能可靠动作，出现保护灵敏度不足的问题。直接后果就是该出线回路带电运行，增加安全隐患，可能导致人身伤亡或财产损失的事故，应引起广大设计人员的高度重视。

3 TN-S系统配电线路保护开关的选择要点

3.1 长延时过电流保护

依照《低压配电设计规范》，低压断路器长延时过电流脱扣器的整定电流为

Iset1≥ Kr1·Ij

(3)

3.2 短路保护

3.2.1 躲避启动电流

用于照明的低压断路器的短路过电流脱扣器的整定电流为

(4)

3.2.2 短路灵敏度校验

2.34Ij/Iset1≤K≤Id / (1.3Iset1)

(5)

3.3 RCD保护开关选择

对于少量道路照明负荷较小的支路，附近均没有箱变，或者设置箱变太不经济，配电线路过长，计算线路末端灯具处的单相接地故障电流值太小(非本案例情况)，也可采用RCD开关进行保护,只是配电开关的成本略有增加。

根据相关文献资料，用于路灯的RCD保护整定值可取300 mA或500 mA。均远大于线路正常泄漏电流，宜可保护小电流的单相接地故障。计算过程从略，有兴趣的读者可参考《工业与民用配电设计手册》第三版相关章节计算。

4 小 结

(1)对于路灯TN-S系统配电线路，由于其供电距离的特殊性，必须充分重视末端短路灵敏度的校验。

(2)正常状况下，路灯TN-S系统宜采用带短延时脱扣器的B类断路器作为干线开关。

(3)对于少量供电距离长，线路末端灯具处的单相接地故障电流值小的道路，路灯TN-S系统宜采用RCD断路器作为干线开关。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 45—2015城市道路照明设计标准[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2016

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50054—2011低压配电设计规范[S].北京: 中国计划出版社, 2012

[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京: 中国电力出版社, 2005

Discussion on Road Lighting Power of TN-S Distuibution System with Single Phase Earth Fault Protection

PENG Baichuan

(ChongqingMunicipalDesignandResearchInstitute,Chongqing400020,P.R.China)

In order to standardize the implement of single phase earth fault protection to road lighting power of TN-S distuibution system, we calculated the single phase earth fault current of TN-S distuibution system with a case, and analysised the keys of main switches selecting of TN-S distuibution system.Type B cutout switch should be selected preferentially while select main switches, RCD switch can be selected also.

road lamp; TN-S; earth fault; protection switch

2016-07-30 作者简介：彭百川(1978—)，男，高级工程师，主要从事市政工程电气设计研究。

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