在设计中经常会遇到路灯低压配电线路如何进行接地故障保护的问题。国家相关规范对户外照明灯具的接地保护没有明确的要求,对路灯的低压配电系统设计及其接地保护上有很多做法。
　　重庆户外灯路灯低压配电系统具有配电半径长(一般要几百米,甚至上千米)、用电负荷分散、行人触及的可能性大等特点。这种低压配电系统发生三相或二相短路故障时,一般用熔断器或断路器即可自动切断电源。接地故障线路较长,故障电流较小,常规的保护装置无法很快地切断故障线路,而路灯由于其安装特点,人容易接触,发生电击的危险很大。
　　2 设置路灯接地故障保护的必要性
　　路灯和与其类似的户外照明装置在发生接地故障时,无论是哪一种配电方式和接地系统,外露金属构件上预期的接触电压UC[1]都远大于安全值50 V,因此正确地设置接地故障保护,对户外照明装置安全运行非常重要。
　　3 路灯接地系统接地故障最长切断时间要求及其作用TN和TT系统有一共同点,即保护动作的基本条件就是故障电流必须大于或等于保护电器的动作电流。另外,根据IEC 60364-4-41:2005,作为接地保护的断路器最长切断电源时间如表1所示,其中U0为交流或直流电对地的标称电压。当TT系统采用过电流保护电器切断电源,且其保护等电位联结连接到电气装置内的所有外界可导电部分时,该TT系统可以采用表1中TN系统最长的切断电源时间。
　　4 以前路灯接地系统多采用TN系统的原因
　　TN、TT系统的接地故障电流取决于故障回路电阻的大小,而接地故障电压则是故障电流在相应电阻上的压降,即TN系统是故障电流在保护线电阻上的压降,而TT系统是故障电流在保护线电阻及负荷侧接地极电阻上的压降。很明显,如果暂不考虑故障点电阻,TN系统的故障回路电阻小,故障电流大,优势在于线路首端的过电流保护器能够在规定的时间内切断故障电流,从而可以利用其兼做接地故障保护,而且当本级过电流保护因某种原因拒动,线路上一级过电流保护也能够动作,起到故障后备保护的作用;TT系统的故障回路电阻大,严重地遏止故障电流的大小,这时故障电流通常很小,而不能使线路首端的过电流保护动作,当然更无后备保护。因此,TN系统设计简化,不用专门设置接地故障保护,而TT系统往往要增加剩余电流断路器作接地故障保护。而且TN系统接地形式在民用建筑的单体设计中应用也比较多,因此很多人在做路灯照明设计时采用TN系统,这是不对的。
　　5 户外路灯采用TN接地系统存在的问题分析
　　(1) 过去TN接地系统中均采用接零保护,即将金属灯柱及座箱等与系统的PE线或PEN线相接,此时若发生接地故障,其接地电流Id=U/Zo,其中Zo为相-零回路阻抗,对于路灯常用的小截面电缆,其值一般为1 Ω/km左右。故理论上Id可达到百安培。但实际上如果故障点发生的不是金属性接地故障,接地点的接地电阻难以预测。故障点如果不熔焊,可能产生电弧、电火花,其具有很大的电阻,使故障接地电流大幅降低,这样保护电器不能动作或延迟很久才动作。另外,故障点的电弧、电火花温度可能很高,易引燃附近的可燃物,存在电气火灾隐患。故线路的保护装置也很难可靠动作。灯柱及座箱上会长时间带有危险电压,并且这种电压还可能通过PE线或PEN线传到系统的所有灯柱和座箱。从某种意义上讲,其危及的面会更广。
　　(2) 采用TN接地系统时,所有的路灯或其他的户外照明装置的外壳都是通过PE线而相互连通的,而PE线又是与电源侧相连的,当户外的某一灯具或电源侧发生接地故障时,故障电压可沿PE线传导至其他与PE线相连的所有设备及装置(包括路灯)的外壳上,户内与PE线相连接的装置外壳虽然也带故障电压,但由于户内的等电位联结,人体可同时触及的可导电部分电位差很小,可以保证在触及带故障电压的设备外壳时不触电;户外照明装置处于无等电位联结场所,此故障电压与地面零电位的电压差形成接触电压,如果该接触电压高于50 V(考虑到户外可能存在的潮湿环境,应取25 V),是不安全的。
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