在設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到路燈低壓配電線路如何進(jìn)行接地故障保護(hù)的問(wèn)題。國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)戶外照明燈具的接地保護(hù)沒(méi)有明確的要求,對(duì)路燈的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其接地保護(hù)上有很多做法。
重慶戶外燈路燈低壓配電系統(tǒng)具有配電半徑長(zhǎng)(一般要幾百米,甚至上千米)、用電負(fù)荷分散、行人觸及的可能性大等特點(diǎn)。這種低壓配電系統(tǒng)發(fā)生三相或二相短路故障時(shí),一般用熔斷器或斷路器即可自動(dòng)切斷電源。接地故障線路較長(zhǎng),故障電流較小,常規(guī)的保護(hù)裝置無(wú)法很快地切斷故障線路,而路燈由于其安裝特點(diǎn),人容易接觸,發(fā)生電擊的危險(xiǎn)很大。
2 設(shè)置路燈接地故障保護(hù)的必要性
路燈和與其類(lèi)似的戶外照明裝置在發(fā)生接地故障時(shí),無(wú)論是哪一種配電方式和接地系統(tǒng),外露金屬構(gòu)件上預(yù)期的接觸電壓UC[1]都遠(yuǎn)大于安全值50 V,因此正確地設(shè)置接地故障保護(hù),對(duì)戶外照明裝置安全運(yùn)行非常重要。
3 路燈接地系統(tǒng)接地故障最長(zhǎng)切斷時(shí)間要求及其作用TN和TT系統(tǒng)有一共同點(diǎn),即保護(hù)動(dòng)作的基本條件就是故障電流必須大于或等于保護(hù)電器的動(dòng)作電流。另外,根據(jù)IEC 60364-4-41:2005,作為接地保護(hù)的斷路器最長(zhǎng)切斷電源時(shí)間如表1所示,其中U0為交流或直流電對(duì)地的標(biāo)稱電壓。當(dāng)TT系統(tǒng)采用過(guò)電流保護(hù)電器切斷電源,且其保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)連接到電氣裝置內(nèi)的所有外界可導(dǎo)電部分時(shí),該TT系統(tǒng)可以采用表1中TN系統(tǒng)最長(zhǎng)的切斷電源時(shí)間。
4 以前路燈接地系統(tǒng)多采用TN系統(tǒng)的原因
TN、TT系統(tǒng)的接地故障電流取決于故障回路電阻的大小,而接地故障電壓則是故障電流在相應(yīng)電阻上的壓降,即TN系統(tǒng)是故障電流在保護(hù)線電阻上的壓降,而TT系統(tǒng)是故障電流在保護(hù)線電阻及負(fù)荷側(cè)接地極電阻上的壓降。很明顯,如果暫不考慮故障點(diǎn)電阻,TN系統(tǒng)的故障回路電阻小,故障電流大,優(yōu)勢(shì)在于線路首端的過(guò)電流保護(hù)器能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷故障電流,從而可以利用其兼做接地故障保護(hù),而且當(dāng)本級(jí)過(guò)電流保護(hù)因某種原因拒動(dòng),線路上一級(jí)過(guò)電流保護(hù)也能夠動(dòng)作,起到故障后備保護(hù)的作用;TT系統(tǒng)的故障回路電阻大,嚴(yán)重地遏止故障電流的大小,這時(shí)故障電流通常很小,而不能使線路首端的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作,當(dāng)然更無(wú)后備保護(hù)。因此,TN系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,不用專(zhuān)門(mén)設(shè)置接地故障保護(hù),而TT系統(tǒng)往往要增加剩余電流斷路器作接地故障保護(hù)。而且TN系統(tǒng)接地形式在民用建筑的單體設(shè)計(jì)中應(yīng)用也比較多,因此很多人在做路燈照明設(shè)計(jì)時(shí)采用TN系統(tǒng),這是不對(duì)的。
5 戶外路燈采用TN接地系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析
(1) 過(guò)去TN接地系統(tǒng)中均采用接零保護(hù),即將金屬燈柱及座箱等與系統(tǒng)的PE線或PEN線相接,此時(shí)若發(fā)生接地故障,其接地電流Id=U/Zo,其中Zo為相-零回路阻抗,對(duì)于路燈常用的小截面電纜,其值一般為1 Ω/km左右。故理論上Id可達(dá)到百安培。但實(shí)際上如果故障點(diǎn)發(fā)生的不是金屬性接地故障,接地點(diǎn)的接地電阻難以預(yù)測(cè)。故障點(diǎn)如果不熔焊,可能產(chǎn)生電弧、電火花,其具有很大的電阻,使故障接地電流大幅降低,這樣保護(hù)電器不能動(dòng)作或延遲很久才動(dòng)作。另外,故障點(diǎn)的電弧、電火花溫度可能很高,易引燃附近的可燃物,存在電氣火災(zāi)隱患。故線路的保護(hù)裝置也很難可靠動(dòng)作。燈柱及座箱上會(huì)長(zhǎng)時(shí)間帶有危險(xiǎn)電壓,并且這種電壓還可能通過(guò)PE線或PEN線傳到系統(tǒng)的所有燈柱和座箱。從某種意義上講,其危及的面會(huì)更廣。
(2) 采用TN接地系統(tǒng)時(shí),所有的路燈或其他的戶外照明裝置的外殼都是通過(guò)PE線而相互連通的,而PE線又是與電源側(cè)相連的,當(dāng)戶外的某一燈具或電源側(cè)發(fā)生接地故障時(shí),故障電壓可沿PE線傳導(dǎo)至其他與PE線相連的所有設(shè)備及裝置(包括路燈)的外殼上,戶內(nèi)與PE線相連接的裝置外殼雖然也帶故障電壓,但由于戶內(nèi)的等電位聯(lián)結(jié),人體可同時(shí)觸及的可導(dǎo)電部分電位差很小,可以保證在觸及帶故障電壓的設(shè)備外殼時(shí)不觸電;戶外照明裝置處于無(wú)等電位聯(lián)結(jié)場(chǎng)所,此故障電壓與地面零電位的電壓差形成接觸電壓,如果該接觸電壓高于50 V(考慮到戶外可能存在的潮濕環(huán)境,應(yīng)取25 V),是不安全的。
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