煤矿工业场地道路照明接地系统问题探讨

许 涛

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

煤矿工业场地道路照明的主要功能是为煤矿工业场地提供符合规范的照明质量以及满足各种生产、生活车辆和行人的适合照度和亮度。随着现代化矿井对亮化工程及景观照明的需求不断提高，当今的煤矿场地道路照明不仅作为矿井安全生产、场内交通安全、车辆有序运行的必要保障，同时也承担着美化场区环境、方便人员活动的使命。因此场内道路照明覆盖面变得更大、系统变得比以前更为复杂，随之而来的是照明用电安全问题也日益突出。

工业场地道路照明配电系统的选择、保护装置参数的设定，决定着路灯系统的安全、维护成本、系统可靠等诸多管理问题，值得重视和探究。

1 道路照明接地系统

配电系统的接地方式分为IT系统、TN系统和TT系统，其文字符号的第一个字母表示电源端带电导体与大地的关系：T表示直接接地，I表示对地绝缘或经高阻抗接地；第二个字母表示电气装置的外露导电部分与大地的关系：T表示直接接地，N表示通过与接地的电源中性点的连接而接地。其中TN系统按中性线和PE线的不同组合方式又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种类型：TN-C的N线和PE 线在全系统内是合一的；TN-S的N线和PE 线在全系统内是分开的；TN-C-S系统中，在电气装置电源进线前N线和PE 线是合一的，电源接入电气装置后N线和PE 线分开[1]。

《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)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”。

对于常用于照明配电的TN-S系统和TT系统，由于这两种接地方式各有其优缺点，道路照明应采用何种接地方式，一直存在争议。文献[2]认为在路灯照明配电系统中采用TN-S接地系统优于TT系统。其理由是：由于TT系统漏电电流较小，存在漏电时保护开关并不跳闸，需要增设漏电保护器，从而增加了成本；而TN-S系统中一旦设备外壳带电，大的短路电流会很快引起保护元件动作，因而比较安全且节省安装费用[2]。文献[3]则从TN-S系统的主要特点以及《建筑物防雷设计规范》的要求角度对道路照明配电采用何种接地方式进行了比较，也认为用TN-S接地系统优于TT系统，认为TT系统由于需要增设漏电保护装置而提高了维护成本，只有在利用原有三相四线制的供电线路条件下进行路灯设施建设时才只能采用TT系统[3]。不过，随着国内的财力增长和国产电气设备的性能提高，特别是在电气行业知名专家的大力推崇下，道路照明采用TT系统逐渐成为共识。 例如，任元会认为TN-S这种接地方式用于道路照明存在导致电击的不安全因素和配电线路保护的灵敏性难以满足要求等问题；而TT方式由于选用剩余电流保护器，动作电流小，更能保证安全，而且TT系统相比TN-S系统在线路敷设时节省一根PE线，虽然TT方式需要灯杆接地，但由于多数使用金属灯杆或钢筋混凝土灯杆，接地条件良好，且TT方式的接地电阻要求不高，比TN方式的重复接地要求相比，并不会增加费用[4-8]。王厚余则认为：“世界上没有最好的接地系统，应根据具体情况选用合适的接地系统”[7]。

2 煤矿工业场地道路照明配电系统接地系统选择

煤矿工业场地总平面布置根据生产工艺流程特证，结合地形条件，按其功能分区组合，结合人流、物流及气候等因素灵活布置。工业场地道路是联接各个生产、办公、生活区域的通道，场内道路分为主干道、次干道和支道三种，其主要特征是道路相对集中、长度相对较短。既具有道路照明的特点，又不完全同于一般的道路照明。和一般的道路照明相比，煤矿工业场地有诸多生活设施，是人员活动的中心，因此其供电安全性、可靠性尤为重要[9，10]。

TN-S接地系统用于户外照明由于很难作等电位联结而难以保证安全性。采用TN-S接地系统的路灯照明回路中，灯具、电杆、配电盒等的外露导电部分通过PE线接到配电变压器中性点接地，当同一变压器的配电系统内其他部分发生对地短路故障时，故障电流经大地流回变压器中性点，使中性点电位升高，这种高电位会通过PE线传到灯杆等处露导电部分，对人身安全造成威胁，尤其是阴雨天气等情况下存在较大隐患[11-13]。

此外，TN-S接地系统用于户外照明时配电线路保护的灵敏度难以保障。由于工业场地道路照明负载分散，照明线路相对其他供电负荷来说较长，如果线路末端发生单相接地短路故障时，故障电流很小，位于电源端的保护元件不动作，不能迅速切断短路故障电流。

例如，某矿工业场地一照明回路，线路总长度1200m，每间隔20m安装一盏功率为400W的路灯，灯具功率因数0.85，线路额定计算电流Ie计算如下：

线路选用YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2电缆供电。电源端保护元件选用长延时脱口电流63A的断路器(瞬时脱扣器整定电流315A)或63A的熔断器。查《工业与民用配电设计手册》得YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2电缆参数见表1。

表1 YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2电缆参数

路末端短路时，单相短路电流如下：

=3246.98mΩ

(1)

《低压配电设计规范》(GB 50054—2016)规定，TN系统中，电源端保护元件为断路器时，瞬时脱扣电流应大于瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即315×1.3=409.5A；保护元件为熔断器时，5s内熔断器熔断电流应大于5倍的熔断器额定电流，即63×5=315A。而上述计算表明，1200m长的照明线路的单相短路电流Id=67A，熔断器和带瞬时脱扣的断路器，都不能满足保护灵敏度的要求[14，15]。

相比于TN-S系统，TT系统的接地故障电流更小，保护元件使用熔断器或断路器无法满足规范要求，必须在配电回路中加装剩余电流保护器(RCD)。由于RCD的动作电流可以设定在几百甚至几十毫安，在漏电值达到不安全程度之前就可以迅速动作，能够更好地防止触电事故和引起火灾事故发生。

鉴于以上原因，目前多数煤矿工业场地的道路照明配电系统采用了TT接地方式。

3 煤矿工业场地道路照明配电系统采用TT接地系统需注意的问题

虽然TT接地方式是比较适用于煤矿工业场地道路照明的，但采用TT系统也存在不少问题，需要特别注意。

3.1 剩余电流动作保护器动作电流的设定

剩余电流保护检测的是三相电流加中性线电流的相量和，电线路正常运行时剩余电流只是线路的漏泄电流，该电流值一般很小，即：

为了保证接地故障时剩余电流保护器能够可靠动作，《低压配电设计规范》(GB 50054—2016)规定了剩余电流保护整定值Iset和故障电流Id必须满足的的关系，即：Id≥1.3Iset。

一般情况下场地照明回路剩余电流保护动作值整定到几百毫安甚至1A。在场地照明配电回路中，线路末端单相接地故障单流Id最小可达几十安，这个条件是很容易满足的，也就是说剩余电流保护器的动作可靠性是很容易实现的。

3.2 剩余电流动作保护器灵敏度校验

表2 220/380V单相及三相线路埋地、穿管敷设线路每千米泄露电流 mA/km

如前例中，YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2电缆，每千米漏泄电流约为70mA，照明线路在700m长度时线路漏泄电流为49mA，剩余电流保护整定值Iset可整定为150mA；线路长度在2000m线时路漏泄电流为140mA，剩余电流保护整定值Iset可整定为400mA。以防止剩余电流保护误动作。

3.3 TT系统的中性线不可重复接地

TT系统的中性线除在变压器低压出线端做一次系统接地外，不得再重复接地。因为TT系统的中性线重复接地，部分中性线上的负载电流将经大地返回电源而成为杂散电流。这一杂散电流会引起回路首端的RCD误动作，所以TT系统中性线重复接地的供电线路上是不能装设RCD用以发生接地故障时切断电源或报警的[7]，而如果供电线路不设置接地保护是存在很大的安全隐患的。

N线重复接地产生的杂散电流，还会对地下的金属构件、管道等造成电解腐蚀，当电流大到一定程度时甚至会破坏设备或降低运行性能。

对TT系统的中性线重复接地，有可能将N线与电气装置的外露导电部分的保护接地间接地产生电气关联，而将TT系统隐性地转化为TN-C-S系统。这种由TT系统隐性转化来的TN-C-S系统，往往带有TN-C-S型式的缺陷而又不具备该型式的优点，也不会采用TN-C-S型式的安全防护措施，因此采用N 线重复接地的TT型式安全性无法得到有效保证[8]。

4 结 语

煤矿工业场地道路照明配电回路，宜选用带有剩余电流保护器的TT系统，该系统能满足线路末端单相接地故障保护要求，保证用电安全。需要注意的是，剩余电流保护器的整定电流应按照线路长度及导线选材进行合理计算或者实际测量后确定，不能笼统的整定为30mA，否则将会引起线路剩余电流保护器误动作。