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摘要：本文通过对某工业厂区道路照明设计实例的分析，简要阐述了室外道路照明配电系统的接地方式及接地故障的保护，并经过分析计算，提出了对室外道路照明配电系统采用TT接地方式和剩余电流动作保护器的配电方案。
关键词：道路照明；接地方式；单相接地故障；漏电保护整定值
1、概述
室外道路照明装置属于I类电击防护等级用电设备，其金属杆、壳体等常处于人体易接触的范围内，当它们发生接地故障会导致灯具的金属外壳呈现故障电压，与之接触会造成电击伤亡事故。因此，需采取合理的接地方式来保证道路照明用电的安全性和可靠性。
2、低压配电系统的接地方式
依据国际电工委员会（IEC）和我国现行标准，低压配电系统的接地方式分为：TN系统（TN-C、TN-C-S、TN-S）、TT系统和IT系统。
《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第6.1.9条规定：“配电系统宜采用TN-S或TT接地方式”。本文仅对TN-S及TT接地方式进行分析。
3、TN-S接地方式分析
3.1 导致电击的不安全因素
TN-S方式中，灯具、电杆等金属外露部分是通过PE线连接到变压器中性点而接地的，当变压器其他部分发生对地直接接地故障时，故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点，致使中性点电位升高，此电位会经过PE线传至灯杆等外露导电部分。由于故障电流很小而无法使保护电器动作，因此不能完全保证安全。
3.2 灵敏性难以满足要求
假设一回配电线路，供电给60盏路灯，每杆路灯采用400W高压钠灯，安装功率26.4kW（含10%镇流器功耗），单灯设补偿电容，cosφ=0.85，用三相线路供电，线路计算电流达47.2A。选用25mm2铜芯电缆，采用63A熔断器或63A断路器保护电器（长延时脱扣器电流63A，瞬时脱扣器315A）。若线路长1000m，经计算末端接地故障电流仅为几十安培，保护电器不能按规定时间断开。
《低压配电设计规范》（GB50054-2011）规定：TN方式用63A熔断器，要求在5s内切断，接地故障电流（Id1）与熔断器熔体额定电流（In）的比值不应小于5，即315A；用断路器时，接地故障电流不应小于其瞬时脱扣器整定电流的1.3倍，即315×1.3=409A。
如果将线路截面加大至35mm2，Id1可达150A左右，和规定要求仍相差甚大，将线路缩短到500m（仅14～16杆），仍无法满足上述要求。由上述分析可见，TN方式用于道路照明配电线路时，一般很难满足保护灵敏性要求。
4、采用TT方式用于道路照明的优势
4.1灵敏度高
TT方式的接地故障电流比TN方式更小，使用熔断器或断路器更不能满足规范要求，所以应选用剩余电流动作保护器，其动作电流仅为几十至几百毫安，灵敏度很高。
4.2 降低造价
采用TT方式不需另设PE线，每回路比TN-S方式省一条PE线，可降低成本。
5、实例分析
5.1项目概况
某污水处理厂总用地面积约5.3万m²，道路照明系统采用局部TT系统，照明线路采用铠装电缆直埋方式进行敷设。
5.2 配电系统参数
变压器：SCB11-1000kVA，10/0.4KV，Dyn11连接，Uk%=6%，Pk=7.6kW；变压器高压侧短路容量为200MVA。变压器低压侧母线规格为：TMY-3（100x8）mm²+2（80x6.3）mm²，长度为10米；低压配电屏至办公楼总动力配电箱电缆规格为：ZR-YJV-1KV-4X150+1X70，长度为220米；办公楼总动力箱至厂区大门传达室路灯照明箱电缆规格为：ZR-YJV22-1KV-5X10，长度为60米；道路照明线路采用ZR-YJV22-1KV-2X10，最大长度为420米。
5.3 短路电流计算
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5.4 计算结果分析
路灯线路末端单相接地短路时故障电流Id =83A，而该照明回路断路器长延时过电流脱扣整定值为Iset1=20A，即使瞬时过电流脱扣整定值按5Iset1=100A整定也无法可靠动作。
5.5 解决措施：
a.照明配电回路采用剩余电流动作保护器（漏电保护器）。漏电保护器的动作电流一般都整定在1A以下，再长的线路也可以保证可靠动作。
b.在照明回路干线的每盏灯的分支处设置瓷插式熔断器，以避免单灯故障造成整条线路大面积灭灯，尽可能减小故障影响范围。
6、TT系统中额定剩余动作电流值的整定
6.1 整定依据
用漏电保护器作为接地故障的保护，其额定剩余动作电流应躲过正常运行的最大泄漏电流，并留一定裕度。
GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》5.7.5条规定：“选用的剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍。”即：I△no≥2I max。
式中：I△no----剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流；
Imax----被保护电气线路和设备正常运行时泄漏电流最大值。
GB 13955-2005附录B.6指出：“额定剩余不动作电流的优先值为0.5 I△n。如采用其他值时，应大于0.5 I△n。由此得出：I△n≥4I max。
I△n----剩余电流保护装置的额定剩余动作电流。
6.2 额定剩余动作电流值
电缆对地分布电容很大，泄漏电流主要由对地分布电容决定。单相及三相电缆线路每公里按21.66mA估算，加上路灯设备的泄漏电流，室外路灯照明线路泄漏电流按30～40mA/km估算。按此原则，将I△n整定为100～300mA为宜。本工程照明线路长430米，正常运行时泄漏电流最大值约17mA，因此剩余电流保护装置的额定剩余动作电流选100mA较合适。此值整定得太小容易造成保护装置误动作，整定得太大则灵敏度会降低。此外，漏电保护断路器动作应有延时，以避免瞬时性接地故障造成跳闸，影响道路交通。
另外，本工程中路灯照明总箱处三相短路电流约为1680A，总进线开关（整定值40A/400A）能可靠动作，路灯出线开关采用带过流保护的剩余电流动作断路器，这样当线路出现故障时，不会引起大面积停电，也不会造成上级开关越级动作。
7、结论
a．厂区道路照明配电系统应采用TT接地方式；
b．采用TT接地方式和漏电保护器时，其动作电流I△n应大于正常泄漏电流的4倍；根据线路长短，I△n宜整定为100～300mA。
c．路灯线路的长度及电缆截面是影响末端短路电流值的关键因素。设计时，应根据厂区大小、功能分区及控制要求，合理选择路灯照明箱的放置位置及数量，在不影响对路灯集中控制的情况下，尽量缩短路灯照明线路的长度，选择适当的截面和配电方式。
参考文献：
[1]任元会.道路照明配电系统接地方式和线路保护的探讨[J].建筑电气，2007，26（7）：4-7.
[2]李泽平.室外道路照明配电系统的接地形式及保护[J] 电气信息快讯，2010（1）：39，40.