浅析道路照明配电系统接地型式及防电击措施

浅析道路照明配电系统接地型式及防电击措施

陈建国

（湖北省城建设计院股份有限公司佛山分公司528200）

摘要：道路照明路灯装置因其不具备等电位联结条件，在故障情况下容易引发电击事故，在设计中必须予以重视。本文结合《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015等规范条文，介绍了路灯配电系统TT、TN-S接地型式及相应的防电击措施，结合路灯工程实例分析该两种接地型式的自动切断电源防电击措施及应用。

关键词：路灯；接地型式；防电击措施

由于道路照明路灯装置需承受各种恶劣环境因素的影响，例如日晒、雨淋、风吹以及当地某些腐蚀性气体和尘土的危害，且路灯装置一般装设在市政道路、园林、住宅小区等公共场所，直接暴露于不懂电气安全的公众前，行人触及的可能性大，也易受鸟类或其他动物的触动。因其处于无等电位联结的场所，在相同故障情况下，路灯装置较户内用电装置的接触电压高，从而增大了电击事故的危险。工程设计人员应重视路灯装置的这种电击危险，并在电气设计安装中予以防范。《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015第6.1.8条：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《低压配电设计规范》GB50054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《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955的相关要求。

1、接地型式

1.1、TT系统

电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分应接到在电气上独立于电源系统接地的接地极上，见图1，对装置的PE导体可另外增设接地。

2、电击防护

2.1、直接接触防护：道路照明配电及路灯装置内如设有带裸露带电部分（如裸露的带电压的熔断器）的配电箱、柜，其门应用钥匙或工具才能开启，以防无关人员触及带电部分。当灯具离地面高度小于2.8米时，其光源应用遮拦或者外护物来防止直接接触。由于路灯装置的灯具一般都在2.8米以上，路灯不需考虑额外的防直接接触措施。

2.2、间接接触防护：《低压配电设计规范》GB50054第5.2.2条：在使用I类设备、预期接触电压限值为50V的场所，当回路或设备中发生带电导体与外露可导电部分或保护导体之间的故障时，间接接触防护电器应能在预期接触电压超过50V且持续时间足以引起对人体有害的病理生理效应前自动切断该回路或者设备电源。路灯装置属于I类设备，且路灯装置独立分散布置，不具备等电位联结条件，故应根据相应的配电系统接地型式，采取适当的自动切断电源防电击措施。

2.3、工程实例分析

某城市次干路，双向四车道，长约1600米，在道路长度中间设置1专用供电变压器向道路两侧供电，低压380V供电长度约800米。路灯采用金属灯杆，灯具安装高度12米。变压器低压侧母排直接引出路灯配电回路，路灯配电线路选用YJV－4×25mm2或YJV－5×25mm2电缆，支线选用BV-2.5mm2导线。

2.3.1、TN-S系统的自动切断电源防电击措施

TN-S系统内发生接地故障时，其故障电流通过回路的PE线金属通路返回电源，故障电流幅值较大，通常过电流防护电器能迅速切断电源。但对于路灯装置，一般配电线路长达几百米，接地故障虽是金属通路短路，相比较变压器附近的接地故障电流要小很多，如果过电流防护电器因灵敏度不够，切断不及时，而PE线上大电流产生的大电压降形成的接触电压又超过接触电压限值50V，这时人体如触及带电的设备外露导电部分，就有可能导致间接接触电击事故。

以下对路灯低压配电系统TN-S接地形式作简要分析，当发生接地故障时，如图3所示。其中图中RB为变压器接地电阻，RA为单杆路灯基座接地电阻，当相线对路灯金属外壳发生接地故障时，Rf为故障点电阻，设ZL为相线阻抗，设ZPE为相线阻抗，Id、Id1、Id2为故障回路电流。

式中la—使保护电器在规定时间内可靠动作的电流（A），ZS—接地故障回路的阻抗，U0—相导体对地标称电压。选择断路器当保护电器，长延时整定电流Ir1=25A，短延时整定电流Ir2=6Ir1=150A（161.4/150=1.07＜1.3），不满足灵敏度要求。由于计算忽略了部分阻抗，实际接地故障电流会更小，虽可采用RCD保护电器作接地故障保护电器可解决接地故障灵敏度（即电流过小）问题，但由于TN-S系统将同回路中照明装置的外露可导电部分通过PE线连接在一起，当同一变压器供电范围内任一出发生不与PE线相连通的接地故障时，由于变压器星型结点电位的升高，转移故障电压将沿PE线蔓延到每一无等电位联结场所的路灯上，可能在该供电范围内引起电击事故，所以一般不建议TN-S系统作为道路照明配电系统首选接地型式。

2.3.2、TT系统的自动切断电源防电击措施

TT系统内发生接地故障时，其故障冋路内除部分是金属导体外，还串联有电源侧的系统接地RB和电气装置外露导电部分的保护接地RA两个接地电阻，故障点阻抗如图4所示。其故障回路阻抗较TN系统的故障阻抗大，故障电流相对较小。在大多数情况下其故障点不易熔焊，故障点阻抗难以确定，故障回路阻抗也因此难以在设计时确定。就防电击而言重要的是保护接地的接地电阻RA和自接地极引至电气装置外露导电部分一段PE线上的电压降，因为它是施加于人体的预期接触电压。在一般干燥场所当此电压超过预期接触电压限值50V时，防护电器必须及时切断电源以防止电击事故的发生。

以下对路灯低压配电系统TT接地形式作简要分析，当发生接地故障时，如图4所示。其中图中RB为变压器接地电阻，RA为单杆路灯基座接地电阻，当相线对设备外壳发生接地故障时，Zf为故障点阻抗，设ZL为相线电阻，Id为故障回路电流。

《低压配电设计规范》GB50054第5.2.14条规定：TT系统中，配电线路内由同一间接接触防护电器保护的外露可导电部分，应用保护导体连接至共用或各自的接地极上。当有多级保护时，各级应有各自的或共同的接地极。即被同一个RCD之类的防护电器保护的所有设备和线路的保护接地应共用接地。由IEC60364-4-41：2005标准转化过来的国标GB16895.21-2011《低压电气装置第4-41部分：安全防护电击防护》第411.5.1条也有同样的规定。因此路灯配电装置采用TT系统时，采用同一个RCD保护的室外路灯，自第一个路灯开始，同一配电回路的所有路灯，应采用PE线连接到共用的接地极上，如上图5示。

3、综上所述

道路照明配电系统接地型式应首选TT系统，间接接触防护电器采用RCD并按接地电阻要求校核保护灵敏度，按GB50054及GB16895.21-2011的规定，需在路灯回路的全长范围内敷设PE线。此TT系统的做法相比TN-S系统，虽不能节省一根PE线的投资，但提高了用电安全。《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015规定，道路照明配电系统的接地形式除了TT系统，也可以采用TN-S系统。但由于道路照明路灯的安装环境不具备等电位联结的条件，无法根除因其他故障导致的变压器中性点电位升高，转移故障电压沿PE线蔓延到每一路灯的隐患。因此实际工程实践中，应结合路灯供电系统的具体情况，选择适当的接地型式。如采用TN-S系统，应该尽量采用路灯专用供电箱变，降低由其他原因引起的故障时变压器中性点的故障转移电压，限值其在安全电压以下。

参考文献：

[1]《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015

[2]《低压配电设计规范》GB50054-2011

[3]《低压电气装置第4-41部分：安全防护电击防护》GB16895.21-2011

[4]《工业与民用配电设计手册》第四版中国航空工业规划设计研究院

[5]《低压电气装置的设计安装和校验》第三版王厚余