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道路照明工程的接地系统分析与选择

时间:2022-10-30 20:00:06 来源:网友投稿

zoޛ)j首设计是重中之重。基于此,本文通过分析比较当前道路照明的TN-S与TT接地系统,进一步对接地系统合理选擇做出指导性建议。

关键词:道路照明;电气设计;TN-S;TT

道路照明配电系统的接地形式采用TN-S系统还是TT系统,一直都是一个值得讨论的问题,依据现行的《城市道路照明设计标准》CJJ 45-2015第,6.1.8 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《低压配电设计规范》GB 50054的相关规定。”,可知无论是TT系统或是TN-S系统都满足规范的要求,本文将从电气原理方面着手,以安全、可靠、节能为选择原则,分析两种系统各自的优劣,同时给出建议性选择措施。

一、接地介绍

(一)系统接地

系统接地是低压配电网内电源端带点导体的接地,通常低压配电网的电源端是指变压器中性点的接地。作用是:使系统取得大地点电位为参考电位,降低系统对地的绝缘水平要求,保证配电的正常与安全运行。

(二)保护接地

保护接地是指负荷端电气装置外露导电部分的接地,其中负荷端电气外露导电部分通常是指电气装置的外露金属可导电部分。作用是:降低电气装置外露可导电部分在故障时的对地电压或接触电压,由此实现人生安全防护和防止电气火灾。

二、接地系统与安全性分析

配电系统主要的核心任务是保证用电安全、可靠、节能。对配电系统故障的正确与及时的防护动作可以保证系统的安全、可靠,低压配电系统一般故障有三种:短路、过负荷、接地故障。前两种称为过电流故障,其后果是导致配电线路和电气设备过热,可能会对设备造成损坏,更严重的是导致电气火灾。接地故障除了会导致过热之外,还将使用电设备的外露可导电部分带电,可能使人体发生电击危险,严重的会直接威胁人身安全。不同的接地系统其故障防护原理不尽相同,直接影响着用电安全。

(一)TN-S系统的安全性分析

当路灯照明采用TN-S系统时,中性线N和保护线PE在整个线路中各自独立分开敷设,道路中所有的灯杆外壳可导电部分与PE线连接。

若线路中的某处发生单相金属接地,其接地电阻[RE≈10]Ω时,因为户外无等电位联结,此时电源端中性点及其所连接N线、PE线的电位提升为接地电流流经系统接地电阻[RB]上所产生的电压降,忽略低压配电系统的电抗,沿线传导电压[UN≈UO*RBRB+RE=62.8V],此电压值无法满足正常环境条件下50V的安全电压,若人体触碰线路上的灯杆可导电外壳,将会发生电击事故,严重危害人身安全。

实际上,工程上的路灯往往利用灯杆基础做重复接地,此值可以减小系统接地电阻,进而降低接触电压[UN],但是此举并不能保证全线的电压满足安全值,再者更是无法降低到在极端暴雨天气更低的25V安全电压。

(二)TT系统的安全性分析

当路灯照明采用TT系统时,系统接地和保护接地分开设置,在电气上不相关联,对比TN-S系统,TT系统不会存在沿线传导电压现象,大大提升了配电系统的安全性。

若TT系统中发生单相接地,假设短路发生点距离电源端500m,L线、N线电缆的截面均为16平方(查工业与民用供配电设计手册 表9.4-19得:对应电阻值1.36Ω/km),若接地电阻[RE=10]Ω时,忽略配电电缆的电抗,得接地电流[I≈UO/(RL+RB+RE)≈15.0A],该值小于一般断路器的过电流保护动作值,这也就是TT系统中要求使用剩余电流RCD保护装置做接地故障防护的原因,道路照明系统RCD额定剩余电流一般选用的范围有30mA~300mA,远远小于接地电流值,故障防护动作十分灵敏,能及时切断故障回路,保证人身安全。

三、节能分析

注意此处谈论的是道路照明配电电气设计中对于选型的经济性出发,并非针对灯具照明用电量的节能。

TN-S系统中若发生电源L线触及用电设备外壳造成了单相接地故障,故障电流的路径为:相线→短路点→PE线。根据笔者所做项目的实际情况,若路灯照明配电箱单回路的供电距离超过1km,会显著影响故障电流值,此时为了保证断路器的过电流动作可靠性:

(一)加大配电线路的电缆截面以增大故障电流。

(二)增设分区箱式变电站。无论采用何种方法都会显著增加建设成本,不利于节能。

对于TT系统,由前文可知,因RCD的动作电流为mA级别,故障防护动作十分迅速,不需要额外的投资也能保证及时切断故障,在保证人身安全的同时也兼顾了经济性。

四、TT系统的工程实际

由文章上述分析,TT系统无论是安全性还是节能都优于TN-S系统,但是目前的道路照明工程实际中并未全面推广使用TT系统,其中最主要的原因是现行的灯具防水性能不高,下雨时灯具进水使得漏电电流增大,导致RCD频繁误跳闸进而威胁了道路行车安全,不得不改用TN-S系统以过电流动作做故障防护,这又将导致TN-S系统存在沿线传导故障电压的风险,十分矛盾。为此,不妨以三相四线TT系统给路灯供电,使用可调剩余电流动作值的RCD做故障防护,以根据实际使用经验反馈调节至合适动作值,利用三相泄露电流向量和为零,雨水对沿线路灯造成的大部分泄露电流可互相抵消以避免误跳动作。

五、结语

综上所述,道路照明接地系统的选用:一、有条件的选用采用TN-S系统,须满足要求(1)宜采用路灯专用变压器供电,降低因系统中某处接地故障提升PE线电位的发生。(2)对于长距离的路灯供电时不推荐使用TN-S系统。二、推荐采用TT系统更加安全可靠,同时选用防水性能好的的灯具、可调动作值的RCD,并利用三相四线路灯供电降低RCD误跳闸的发生。

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