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戶外照明路燈的接地形式該如何選擇？路燈是否需要設漏電保護？

戶外道路照明為夜間交通正常運行提供了重要保障，同時也是社會經濟、文化和居民生活水平提高的需求，有時戶外道路照明在夜間變成了一道靚麗的風景線。戶外道路照明的目的是在夜間給機動車輛及行人提供必要的亮度，同時提供的照明質量符合行駛要求。保證實現這些功能的前提是安全用電，安全用電和很多因素有關，比如設計、施工、維護等。 我們在設計中經常會遇到路燈低壓配電線路如何進行接地故障保護的問題。國家相關規范對戶外照明燈具的接地保護沒有明確的要求，對路燈的低壓配電系統設計及其接地保護上有很多做法。 路燈低壓配電系統具有配電半徑長（一般要幾百米，甚至上千米）、用電負荷分散、行人觸及的可能性大等特點。這種低壓配電系統發生三相或二相短路故障時，一般用熔斷器或斷路器即可自動切斷電源。接地故障線路較長，故障電流較小，常規的保護裝置無法很快地切斷故障線路，而路燈由于其安裝特點，人容易接觸，發生電擊的危險很大。 一、路燈低壓配電的接地形式路 燈低壓配電的接地形式有兩種：TN系統和TT系統。分析路燈低壓配電線路的接地故障，首先要看接地形式。 二、TT系統如何設置配電線路保護 路燈和與其類似的戶外照明裝置在發生接地故障時，無論是哪一種配電方式和接地系統，外露金屬構件上預期的接觸電壓Uc都遠大于安全值50V，因此正確地設置接地故障保護，對戶外照明裝置安全運行非常重要。 戶外道路照明采用TT系統，系統接地與保護接地是相互獨立、互不關聯的，防止TN系統中沿著PEN線或者PE線傳導危險故障電壓的發生，這對于戶外道路照明沒有等電位聯接情況下，TT系統比TN系統更加安全。 對于配電線路較長導致末端接地故障電流較小的問題，在TT系統中可以采用剩余電流動作保護器（RCD）來解決，一般剩余電流動作器的整定值都不大于1A，即使在長的線路也能滿足要求。有人提出說采用RCD可能會造成誤動作，發生這種情況恰恰是因為沒有合理選擇RCD的整定值的原因。 RCD的整定值應該不小于2.5~3倍正常情況下線路泄漏電流，根據照明配電線路的長短，一般RCD的整定值可以取值為100mA到500mA之間。同時，為了避免一些瞬時性故障導致RCD切斷電源，影響道路照明，應該設置一定的延遲時間。 三、路燈接地系統接地故障最長切斷時間要求及其作用 TN和TT系統有一個共同點，即保護動作的基本條件就是故障電流必須大于或等于保護電器的動作電流。另外，根據IEC 60364-4-41:2005，作為接地保護的斷路器最長切斷電源時間如表1所示，其中U0為交流或直流電對地的標稱電壓。 當TT系統采用過電流保護電器切斷電源，且其保護等電位聯結連接到電氣裝置內的所有外界可導電部分時，該TT系統可以采用表1中TN系統最長的切斷電源時間。 不管是TN還是TT接地系統，作為接地故障保護的斷路器最長切斷電源時間都要滿足表1的要求。IEC 60364-4-41:2005[4]同時還要求當采用RCD作為接地故障保護時，要滿足表1中最長切斷電源時間的要求，即故障電流要大于5倍的RCD額定剩余動作電流。 因此，在接地保護開關和導線規格、長度的選擇時，需要滿足表1和RCD對故障電流的要求。 四、以往路燈接地系統多采用TN系統的原因 TN、TT系統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電阻上的壓降，即TN系統是故障電流在保護線電阻上的壓降，而TT系統是故障電流在保護線電阻及負荷側接地極電阻上的壓降。 很明顯，如果暫不考慮故障點電阻，TN系統的故障回路電阻小，故障電流大，優勢在于線路首端的過電流保護器能夠在規定的時間內切斷故障電流，從而可以利用其兼做接地故障保護，而且當本級過電流保護因某種原因拒動，線路上一級過電流保護也能夠動作，起到故障后備保護的作用；TT系統的故障回路電阻大，嚴重地遏制故障電流的大小，這時故障電流通常很小，而不能使線路首端的過電流保護動作，當然更無后備保護。 因此，TN系統設計簡化，不用專門設置接地故障保護，而TT系統往往要增加剩余電流斷路器作接地故障保護。而且TN系統接地形式在民用建筑的單體設計中應用也比較多，因此很多人在做路燈照明設計時采用TN系統，這是不對的。 五、戶外路燈采用TN接地系統存在的問題分析 我國戶外道路照明接地型式最早采用TN-C系統，這種接地型式已經被國家規范明令禁止用在戶外道路照明中。TN-C系統中N線和PE線合并為一條PEN線，TN-C系統對于道路照明會存在一些不安全因素。對于道路照明采用三相四線制進行配電時，或多或少存在一定程度的三相不平衡，使得PEN線中有電流通過。同時，氣體放電類光源會使線路中存在3次及3奇數倍的諧波，由于諧波的存在會使PEN線中電流增加。這種兩種情況都會使PEN線中電流變大。 對于TN-C系統的PEN線要和燈具金屬外殼、燈桿金屬外露可導電部分相連接，這樣就造成了在正常運行下這些外露可導電部分對地帶電位，更不要說故障情況下。如果對地帶的電位大于人體安全電壓就可能對行人造成電擊事故。 后來大家逐漸認識到道路照明接地型式采用TN-C系統存在的不安全因素太多，所以用TN-S系統取代了TN-C系統。TN-S系統相比TN-C系統是把N線和PE線分開，這樣將近似零電位的PE線與燈具金屬外殼、燈桿金屬外露可導電部分相連接，正常情況下不會存在電擊危險。但是，當發生某些故障的情況下，TN-S系統仍然無法做到安全用電。 （1）在TN-S系統配電回路中如果某干線（相線）發生接地故障，由于大地故障阻抗較大造成故障電流較小，不足以使電源處保護裝置動作，使得故障長期存在。 此時在系統的接地電阻上會產生故障電壓，該故障電壓會沿著PE線傳導到道路照明外露可導電部分上，該故障電壓超過人體安全電壓時，可能會發生電擊事故。 對于10kV變電所中高壓設備保護接地與低壓系統接地共用一個接地系統時，高壓側發生故障時，也可能會導致發生類似事故。戶外道路照明產生上述問題原因在于沒有等電位聯結。 （2）道路照明的配電線路一般較長，在線路末端發生接地故障時，其接地故障電流較小。在TN-S系統中配電線路首端采用斷路器或者熔斷器兼做接地故障保護時，很難在規范規定5s時間內切斷故障電路。 通過上述分析可知，道路照明應該嚴禁采用TN-C系統，選擇TN-S系統也不是合理選擇。同時在配電線路較短情況下選擇TN-S系統也不是最佳選擇。 六、戶外路燈采用TT接地系統存在的問題分析 (1)TT接地系統中均采用接地保護，即將金屬燈柱及座箱等接地，此時若發生接地故障，其接地電流為： 若ro=4Ω，rd=10Ω，由式（4）得Id=15.7A。 該故障電流通常還不足以使熔斷器或斷路器動作或迅速動作。如果采用斷路器做接地故障保護，故障電流必須滿足Idmin≥1.3Iset3。如果瞬時過電流脫扣器的整定值取長延時過電流脫扣器的5倍，斷路器長延時脫扣器的整定值≤2.4A時才能滿足要求，顯然不合適。 燈柱座箱對地電壓Ud=Urd/(ro+rd)=157V。該電壓足以使觸及的行人發生電擊。因此，采用TT接地系統的路燈配電回路的電源側須采用RCD。當戶外照明裝置發生接地故障時，PE線上流過故障電流，RCD內流過相線和N線的電流并不相同，而是相線、N線、PE線電流的矢量和。如果RCD內存在不平衡電流，脫扣器動作。 電源側的RCD剩余電流一般取100mA或300mA。但戶外的接地故障回路情況很難明確，雨/雪天氣、干旱、接觸電阻的不確定性等因素都在不斷改變出現故障時故障回路的電流，使得不動作或誤動作的情況時有發生。 最后，通過上述分析總結一下。戶外燈具的接地形式現在還沒有一個定論，戶外燈具在各種環境下的正常泄漏電流也沒有權威可信的數據可依據。 建議對于電話亭、候車亭、廣告牌等類似的配套照明設備設30mARCD作為附加保護，戶外每一路燈處設置RCD作為接地故障主保護，電源處根據一般原則選擇TN、TT接地系統后，設置斷路器或RCD作為接地故障的后備保護。

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