市政路灯低压配电系统接地形式探讨

市政路灯低压配电系统接地形式探讨

黄德贤

（广东省城乡规划设计研究院，深圳 518000）

摘 要：市政路灯低压配电系统多采用TT系统或TN-S系统，市政路灯一旦发生接地故障，保护电器设备未能及时动作切断电源，将可能造成电击事故。本文结合实际工程案例进行定量分析，总结两种接地系统的特点，最后给出合理的建议，以期为建筑电气设计同行提供参考。

关键词：市政路灯；TT系统；TN-S系统；接地故障；定量分析

0   引 言

市政路灯低压配电系统是市政路灯设计的关键，IEC将户外照明装置列为电击危险大的特殊装置，这是因为市政路灯作为室外照明装置需要承受种种恶劣环境条件的影响，应根据工程的实际情况选择相应的接地形式，使路灯配电系统可靠运行，保障人身安全。

1   工程实例

某市政道路新建路灯，采用单灯功率400W、220V的高压钠灯（每灯自带电容就地补偿，补偿后功率因数不低于0.9），路灯布置间距为36米，配电回路采用三相四线制，每三盏灯按A、B、C相序依次接入配电回路，共30盏灯具。配电系统为TN-S系统时，配电线缆采用VV-0.6/1kV-5x25m2，TT系统时配电线缆采用VV-0.6/1kV-4x25m2,，配电回路总长度约为1.1km。新建路灯由一台SGB11-200kVA，10/0.4/0.23 kV，Dyn11，Uk=4.5%的室外箱式变压器供电，箱变内低压母线规格为4根3米长的50mmx5mm矩形铜导体，箱变远离上级配电网，系统短路容量为300MVA，变压器中性点处设系统接地和保护接地，公用接地电阻不大于4欧姆。

2  市政路灯采用TN-S系统接地方式时接地故障分析

2.1  TN-S系统一相接大地短路故障

在TN-S系统中，假定有一相（取C相）发生接大地短路故障，如图1所示，故障相与大地、电源星形节点形成导电通路，产生接地故障电流，接地故障电流流经电阻Rb将产生一对地故障电压，此故障电压将借助PE线传导至每一个灯具。假设电阻Re等于10欧姆，电阻Rb等于4欧姆，计算故障电流及故障电压如下：

式中：

Id----- TN-S系统一相接大地故障电流（A）；

U0 ----TN-S系统标称相电压，220V；

Rb-----TN-S系统中所有与系统接地并联的接地极的接地电阻（Ω）；

Re-----不与PE线相连接的装置外导电部分与大地间的最小接触电阻（Ω）；

对于室外路灯在没有设置等电位联结的情况下，如果路灯外露可导电部分对地故障电压超过50V就有发生电击事故的危险，因此要求

结合（式1）（式2）（式3），得

式4即为《低压配电设计规范》GB50054-2011第5.2.11条的规定。

考虑到路灯在下雨天潮湿环境条件下如发生电击其危险性更大，从保障人身安全角度出发，接触电压限值宜按25V考虑。按此条件整理（式4）可得

当电阻Re等于10欧姆，电阻Rb等于4欧姆，代入（式5）可知电阻值不满足保护要求！由于Re是一个随机值，难以对Rb规定一个安全限值。从防电击方面入手，在有可能的条件下应让Rb值尽量小。由此也可以看出，4欧姆接地电阻值并非任何情况皆适用，需具体情况具体分析。

2.2  TN-S系统一相碰外露可导电设备外壳短路故障

假定该配电回路最末端的一盏路灯内部发生碰金属灯杆外壳短路故障，如图3所示，故障相与金属外壳、PE线形成导电通路，形成金属性短路故障，产生较大的短路故障电流。

2.3  市政路灯采用TN-S系统接地方式时的接地故障保护

接地故障保护应符合《低压配电设计规范》GB50054-11第5.2.9.条第1款的规定。当发生接地故障时，保证电器切断故障电路的时间不宜大于5s。

3   市政路灯采用TT系统接地方式时接地故障分析

当路灯采用TT接地系统时，假定有一相（如C相）发生接大地短路故障（K1）或一相碰外露可导电设备外壳短路故障（K2）时，如图3所示，由于电源系统接地与灯具的保护接地是分开的，电源侧接地故障电压传不到灯具上，灯具侧各个灯具外壳单独接地互不连通，某一个灯具出现接地故障时，其故障电压也不会传到别的灯具上，在没有切断电源的情况下，故障电压仅局限于故障灯具，提高了安全性。

由于金属灯杆或路灯的钢筋混凝土基础具有自然接地极的作用，如果通过现场实测，其接地电阻小于250Ω。可利用图中的保护接地Ra，不必为每个灯具另打人工接地极。

图1 TT系统一相接大地电路故障

4   结 语

通过分析市政路灯采用TN-S系统或TT系统接地方式时接地故障的情况，可知TN-S系统的优点是当系统正常运行时，PE线上没有电流，电气设备金属外壳对地没有电压，而发生接地故障时其故障电流较小，在一定条件下采用A类断路器可能不会动作。TT系统的优点是发生接地故障时可以减少故障电压的互窜；缺点是接地故障电流小，熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器不能兼做间接接触防护。设计时应根据系统的以上特点，结合路灯供电系统的具体情况选择采用TT系统或TN-S系统。当采用TT系统时，应设置剩余电流保护器做间接接触防护。当采用TN-S系统且A类断路器不能满足间接接触防护要求时，可设置剩余电流保护器进行防护。

参考文献

[1]  低压配电设计规范:GB 50054-2011 [S].

[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 [M].3版.北京:中国建筑工业出版社，2005.

[3]  城市道路照明设计标准:CJJ 45-2015 [S].

[4]  王厚余.建筑物电气装置600问 [M].北京:中国电力出版社，2013.

作者简介：黄德贤 1995.03.14 男 广东揭阳 汉 大学本科 广东白云学院 助理工程师 广东省城乡规划设计研究院有限责任公司 研究方向:建筑电气