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道路照明采用TNS接地系統(tǒng)的改善措施

文檔作者：劉萬民韓亞剛文檔來源：林同校國際工程咨詢(中國)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月27日
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建箍電乞。
_———_··—I■ BU1tDlNG
21：3 1 1年第Z期f ELECTRICITY
道路照明采用TN—S接地系統(tǒng)的改善措施
劉萬民 韓亞剛(林同校國際工程咨詢(中國)有限公司，重慶市401121)
Improvement M easures of TN -—S Grounding System for Road Lighting
Liu Wanmin Han Yagang(T．Y．Lin International Engineering Consulting(China)Co．，Ltd．，
Chongqing 401 121，China)
Abstract Ihe article describes the limitation of
the application of TT grounding system for road lighting，
and analyses in detall the grounding fault voltage of the
TN — S grounding system， as well as the cooperation
problem between the distribution circuit of road lighting
and the grounding fault protection sensitivity of
protective device， and puts forward corresponding
improvement measures．
Key words Distribution circuit for road lighting
TT grounding type TN —S grounding type Grounding
fault voltage Grounding fault protection sensitivity of
protective device Repetitive grounding
摘要 闡述TT接地系統(tǒng)在道路照明應(yīng)用中的
局限．詳細(xì)分析TN—S接地系統(tǒng)的接地故障電壓． 以
及道路照明配電回路與保護(hù)電器接地故障保護(hù)靈敏性
間存在的配合問題．提出相應(yīng)的改善措施
關(guān)鍵詞 道路照明配電回路 TT接地形式
TN—S接地形式接地故障電壓保護(hù)電器接地故障
保護(hù)靈敏性重復(fù)接地
1 問題提出
城市道路照明配電系統(tǒng)的接地形式主要是從間接
接觸電擊防護(hù)的角度來考慮．其中． “自動切斷電
源”是通常普遍采用的保護(hù)方法。C-IJ 45—2006《城
市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》6．1．9條規(guī)定“道路照明配電
系統(tǒng)的接地形式宜采用TN—S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)? ? ”。
在條文解釋中對這兩種接地形式的特點進(jìn)行了闡述．
并給出：設(shè)計時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的特點 結(jié)合路燈供電系
統(tǒng)的具體情況，選擇采用TN—S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)。近
年來．許多業(yè)界專家和學(xué)者對室外道路照明配電系統(tǒng)
的接地形式進(jìn)行了很深入的分析和討論．認(rèn)為“道路
照明配電系統(tǒng)采用TT接地系統(tǒng)更好”．筆者對此表示
贊同 但是．有部分業(yè)界人士認(rèn)為在城市道路照明
中，不應(yīng)采用TN—S接地形式。對此，筆者認(rèn)為，道
路照明到底采用哪種接地形式更好應(yīng)結(jié)合具體情況選
擇，在某些特殊情況下采用TN—S系統(tǒng)或許更合適。
2 道路照明中采用TT系統(tǒng)的局限
對于道路照明采用TT系統(tǒng)的優(yōu)點．已有許多文
獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述，主要有以下兩點：
a．TT系統(tǒng)的接地故障保護(hù)一般采用剩余電流動
作保護(hù)器RCD。接地故障保護(hù)的靈敏性很高．從而保
障了間接接觸電擊保護(hù)的有效性
b． 相對TN—S系統(tǒng)而言． 因道路照明中TT系
統(tǒng)沒有保護(hù)接地干線．可以避免發(fā)生接地故障時．中
性點對地電位升高．保護(hù)線傳導(dǎo)故障電壓而造成的間
接觸電事故
因此．一般情況下．TT系統(tǒng)在道路照明配電中
具有更好的保護(hù)靈敏度和安全性 但是．TT系統(tǒng)在
某些情況下存在一定的局限性
TT系統(tǒng)必須將電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分直接接
地．對于道路照明這種分散的多點負(fù)荷來說．要求在
每處燈桿處單獨設(shè)置接地極．這使工程施工和維護(hù)變
得繁瑣。在目前大規(guī)模的城市化建設(shè)中。幾km、
作者信息
劉萬民，男，林同棱國際工程咨詢(中國)有限公司，高級工程師，項目經(jīng)理。
韓亞剛，男，林同棱國際工程咨詢(中國)有限公司，工程師。
14
■■ Feb．2011 Vol 30 No 2
70
幾十km的城市道路很多．一個道路照明工程燈具數(shù)
量往往有幾百套．甚至上千套．道路照明設(shè)備接地施
工工程量很大。另外．當(dāng)遇上山區(qū)巖石地區(qū)．地下水
位低．土壤電阻率高．道路照明設(shè)備單獨接地要達(dá)到一
定的接地電阻要求，施工難度大、投入大 據(jù)資料可
查。當(dāng)土壤電阻率為250Q·1TI，接地電阻 ≤10Q時，
需要打入50×50×5的角鋼6根．而且角鋼間隔5 m
同時．TT系統(tǒng)要求電源系統(tǒng)接地與設(shè)備接地分開．這
在某些情況下較難做到．比如．在工廠區(qū)內(nèi)，受場地
限制，道路距建筑物很近，金屬管線多．道路照明、
金屬管道、電氣設(shè)備等難以實施TT系統(tǒng)接地形式。
由于TT系統(tǒng)接地故障電流比TN—S系統(tǒng)小很
多．一般采用RCD做接地故障保護(hù)．其保護(hù)靈敏度
高．這是它的優(yōu)點．但也是它的缺點— — 降低了供
電可靠性 我們知道，道路照明的配電回路長、戶外
潮濕、污染大、溫差大，線路和設(shè)備的泄漏電流較
大，如果整定電流不當(dāng)(整定值過小)，將會導(dǎo)致頻
繁誤動作．降低道路照明配電回路的供電可靠性。這
對于城市快速路、主干路、交通樞紐等交通量大的重
要市政工程．勢必帶來交通安全隱患 所以，IEC室
外照明裝置標(biāo)準(zhǔn)中．對于道路照明為防止采用RCD
因誤動而引發(fā)安全危險(主要是交通安全)，提出在
“TT系統(tǒng)接地電阻足夠小的情況下．切斷供電保護(hù)可
用熔斷器”．而建議不采用RCD
道路照明回路的正常漏電流主要是線路和燈具的
漏電流 在正常情況下．不考慮照明設(shè)備(主要是燈
具)，照明線路(通常為VV或YJV 電纜)的正常泄
漏電流每公里通常在70 mA左右．根據(jù)剩余電流動作
整定值應(yīng)等于或大于正常泄漏電流的2．5～4倍的關(guān)
系．1 km線路剩余電流動作保護(hù)整定值取100～500 mA
較合適 以上只是基于正常條件下的理論分析。若道
路照明線路長、戶外環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣， 氣候多
變．加之道路照明燈具質(zhì)量參差不齊．部分燈具的防
水性能較差，一旦遇上下雨、浸水或過分潮濕等情況
都會增加其漏電流 如果道路照明回路剩余電流整定
值太?。厝灰鸨Ｗo(hù)電器誤動作。由此可見，道
路照明回路采用剩余電流動作保護(hù)的剩余電流動作值
較難整定．這將極大地影響道路照明供電的可靠性。
許多資料也證實． 目前困擾道路照明剩余電流動作保
護(hù)的最大難題是開關(guān)誤動作率很高。根據(jù)筆者獲得的
工程反饋信息．在許多采用剩余電流動作保護(hù)的道路
照明系統(tǒng)中，由于經(jīng)常發(fā)生誤動作，照明管理部門為
減少維護(hù)工作量．逐步取消了回路的剩余電流動作保
護(hù)功能．這對供電的安全性將帶來更大的危害
TN—S系統(tǒng)發(fā)生接地故障。一般情況下．故障電
流大．可采用熔斷器或斷路器瞬時過電流保護(hù)兼作接
地故障保護(hù)，過電流整定方便。因此．在單燈接地困
難、供電可靠性要求較高的地區(qū)，在滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)接
地安全公式的條件下．何不采用TN—S接地系統(tǒng)．簡
單可靠。當(dāng)然，TN—S接地系統(tǒng)需要對保護(hù)線傳導(dǎo)故
障電壓和線路保護(hù)電器接地故障保護(hù)靈敏性問題引起
高度重視
3 TN—S接地系統(tǒng)降低故障電壓危害的改
善措施
在TN—S接地系統(tǒng)中． 由于接地保護(hù)干線的存
在，一旦發(fā)生相線對地故障， 在保護(hù)電器動作之前，
保護(hù)干線就會帶上故障電壓，并傳導(dǎo)到設(shè)備外殼，容
易發(fā)生觸電危險 由圖1可知．保護(hù)線上的故障電壓
為 ： ×R ，其中 為接地故障電流，A； 為
TN系統(tǒng)中所有與電源系統(tǒng)接地并聯(lián)的接地極的接地
電阻總和．n。為避免電擊危險，IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需要
滿足下式要求：
≤ (正常干燥場所) (1)
≤ (潮濕場所) (2)
式中： 尺 — — 不與PEN線或PE線相連接的裝置
外導(dǎo)電部分與大地間的最小接觸電
阻．Q：
— — 相線對地標(biāo)稱電壓，V。
2 ，
3 —
N ／
PE ／
，
] r] l _ r
圖1 TN—S接地系統(tǒng)故障電壓分析圖
Fig．1 Analysis diagram of the fault voltage of
TN —S grounding system
道路照明采用TN—S接地系統(tǒng)的改善措施(劉萬民韓亞剛)
15
建筑電乞。
_·—___—l_—■ BU l LD{NG
2口1 1年第2 期I ELECT輟i T
16
以Uo=220V代人以上兩式．可得：
B≤ 0．3R (正常干燥場所) (3)
≤ 0．13 R (潮濕場所) (4)
因 是隨機(jī)值，所以難以對 值規(guī)定一安全
值，但可以肯定，在可能的情況下尺 值應(yīng)盡量小。
因此．一方面可盡量降低電源系統(tǒng)的接地電阻．此方
法最為直接有效．而且投入較低．有專家建議電源系
統(tǒng)接地電阻R ≤2Q 較好：另一方面，可以在保護(hù)線
上多做重復(fù)接地(如圖2中R ?? 尺 ，此時將電源
接地電阻設(shè)為尺 )，相當(dāng)于做電源系統(tǒng)的并聯(lián)接地極，
同時讓接地極的接地電阻尺 ≤R。，則根據(jù)圖2的等
值電路．保護(hù)線的總接地電阻為：
RB=
瓦1+ 1+? · 1
式中：R — — 系統(tǒng)電源接地電阻，Q；
R — — 保護(hù)線重復(fù)接地電阻，Q。
因 ～ ≤R。，所以R ≤ 魚
。
則保護(hù)線上的故障電壓為：
≤ × 魚
當(dāng) 越大，即重復(fù)接地越多，則R <<R ，從而
滿足式(3)和(4)。保護(hù)干線做多個低電阻重復(fù)
2 ／
L3
一
N ／
． ． PE ／ ．
fR 上 {lJ
z }i E ，f ^r_ ·
圖2 TN—S接地系統(tǒng)的重復(fù)接地及等值電路
Fig．2 Repetitive grounding and equivalent circuit
of TN —S grounding system
接地在戶外道路照明系統(tǒng)中是容易做到的。當(dāng)然，
TN系統(tǒng)的接地數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于TT系統(tǒng)的設(shè)備單獨接
地數(shù)量
目前，道路照明TN—S接地系統(tǒng)重復(fù)接地主要有
以下幾種做法：
a． 保護(hù)干線采用絕緣導(dǎo)線，除在線路始端、中
間及末端做重復(fù)接地外．每間隔j盞路燈再做一次重
復(fù)接地．接地極采用多組角鋼并盡量做在土壤電阻率
低的地區(qū)。路燈燈桿與保護(hù)干線可靠連接。現(xiàn)在許多
地區(qū)采用這一方法
b． 保護(hù)干線采用絕緣導(dǎo)線． 同時沿道路配電管
線通長敷設(shè)一根鍍鋅的接地扁(圓)鋼作為接地極
(埋深≥ 0．8 m)，接地極通過連接線(扁鋼或圓鋼)
與每盞金屬燈桿、燈桿法蘭盤的埋地金屬螺栓及燈
具外殼可靠連接 實際測量證明．此方法總的接地電
阻很小 在電阻率為100 n ·m的土壤中．100 m 以
上40×4的鍍鋅扁鋼．接地電阻R≤ 2n 此方法在
高土壤電阻率地區(qū)采用較多
c． 沿?zé)魲U四周0．8 in范圍內(nèi)地坪下采用鍍鋅扁
(圓)鋼做環(huán)形接地，保護(hù)干線、金屬燈桿、基礎(chǔ)鋼筋、
燈具外殼、自然接地體與環(huán)形接地極可靠連接，相當(dāng)
于做了一個室外局部等電位體．可有效降低發(fā)生接地
故障時的接觸電壓及沿保護(hù)干線傳導(dǎo)的故障電壓。該
做法效果好，但投資稍大，施工較復(fù)雜．還必須有環(huán)
形接地極敷設(shè)條件 在部分地區(qū)有采用此方法。
4 TN—S接地形式中保護(hù)電器接地故障保
護(hù)靈敏性的保證措施
采用TN—S接地系統(tǒng)時．當(dāng)線路過長．線路末端
發(fā)生接地故障．故障電流較小時．保護(hù)電器接地故障
保護(hù)靈敏性可能滿足不了在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障電路
的要求，造成觸電危險。因此．配電回路必須進(jìn)行保
護(hù)電器靈敏度校驗 為保證保護(hù)電器的接地故障保護(hù)
靈敏性滿足規(guī)范要求．可以通過限制配電回路長度和
增大配電回路截面來解決 這兩種措施均是為了在發(fā)
生接地故障時降低相一?；芈返淖杩梗龃蠡芈返?
接地故障電流 。根據(jù)GB 50054—95《低壓配電設(shè)
計規(guī)范》第4．2．3條、第4．4．7條、第4．4．8條的規(guī)
定，當(dāng)發(fā)生接地故障時，保護(hù)電器切斷故障電路的時
間≤ 5 S，且接地故障電流必須滿足如下公式：
a． 使用斷路器保護(hù)時：
≥ 1．3 e 3
式中： — — 斷路器瞬時過電流脫扣器整定電流。
b． 使用熔斷器保護(hù)時：
Id≥ Kr lr
式中：，，— — 熔斷器熔體額定電流；
— — 與，，的最小比值，見表1。
表1 切斷接地故障回路時間≤ 5 S的 ／lr最小比值
Tab．1 Minimum ratio of ld／lr when cutting of
grounding fault circuit for no more than 5 S
熔體額定電流／A 4～1O 12～63 80～2oo 250～300
， 4．5 5 6 7
當(dāng)配電系統(tǒng)參數(shù)(系統(tǒng)短路容量、變壓器容量)
確定時．上述短路靈敏性的校驗可簡化為對回路截面
和長度的校驗。當(dāng)采用熔斷器或斷路器進(jìn)行保護(hù)時．
電纜截面與電纜長度滿足對應(yīng)的選擇性關(guān)系．就可以
認(rèn)為配電回路能滿足接地故障保護(hù)靈敏性要求 具體
分析可詳任元會老師的文章— — 《道路照明配電系
統(tǒng)接地方式和線路保護(hù)的探討》 。從文章分析結(jié)果
可以看出．當(dāng)線路采用熔斷器保護(hù)時．TN—S接地系
統(tǒng)道路照明配電回路長度控制在800 m以下．可以保
證回路接地故障保護(hù)靈敏性要求 這個供電半徑對于
道路照明也是比較經(jīng)濟(jì)合理的 另外．在道路照明配
電回路保護(hù)方面．采用熔斷器足以滿足保護(hù)功能．但
考慮國內(nèi)用電習(xí)慣和管理需要．筆者建議采用斷路器
+熔斷器相結(jié)合的保護(hù)方式．?dāng)嗦菲鲗ε潆娀芈返倪^
負(fù)荷進(jìn)行主要保護(hù)．同時方便手動分合及線路檢修．熔
斷器對配電回路末端短路及接地故障進(jìn)行主要保護(hù)
5 結(jié)語
a． 在高土壤電阻率、接地極安裝困難地區(qū)， 以
及供電可靠性要求較高的城市市政工程f如城市快速
路、主干路、重要交通樞紐等)照明配電系統(tǒng)中，在
符合 ≤ L 的條件下(道路照明配電系統(tǒng)
中的接觸電壓安全限值 干燥場所取50 v，潮濕
場所取25V)，采用TN—S接地系統(tǒng)更簡單可靠。
b． TN—S接地系統(tǒng)要盡量減小保護(hù)線帶故障電
壓的危害．可采取盡可能降低電源系統(tǒng)接地電阻和保
護(hù)線做多個低電阻(≤ 電源系統(tǒng)接地電阻)重復(fù)接地
極的改善措施
O． 采用TN—S接地系統(tǒng)的道路照明配電回路．
線路過長應(yīng)進(jìn)行保護(hù)電器接地故障靈敏性校驗 可
綜合采用限制配電回路長度和增大配電回路截面
的改善措施。道路照明配電線路長度一般宜控制在
800 m 以下
d． 道路照明接地系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合具體情況．合理
選擇TN—s或TT接地形式為好。
蠡
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2010—07—12來稿
2011—01—19修回
一
暈 卷 定價(元／冊) 卑 卷 定價(囂 瓣)
曩
20H0O 19 26．OO 2005 24 38．oo
2001 20 26．oo 20o6 25 58．0o
2002 21 26．oo 20o7 26 120．0o
2o03 22 38．【x】 20O8 27 120 ．0O
2004 23 38．0H0 20o9 28 168．oo
逋路照明采用TN—S接地系統(tǒng)的改善措施(劉萬民韓亞剮)
17

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