摘要：为了规范路灯TN-S配电系统的单相接地短路保护，通过工程实例对路灯TN-S配电系统单相接地短路电流的计算，探讨了在TN-S配电系统中干线开关的选择要点，干线开关应优先选用具有短延时保护的B类断路器，也可选用ＲCD开关保护。
关键词：路灯TN-S配电系统；单相接地；短路保护
一、低压配电系统的保护接地形式
我国现行低压配电系统采用IEC标准划分，按该标准，低压配电系统保护接地形式可分为TT系统、IT系统、TN系统，其中TN系统又可进一步细分为TN-C和TN-S系统。
根据现行行业标准CJJ45—2015《城市道路照明设计标准》第6.1.8条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GB50054《低压配电设计规范》的相关规定。当采用剩余电流保护装置时，还应满足现行国家标准GB13955《剩余电流动作保护装置安装和运行》的相关要求。
由于TT系统工作接地和保护接地需要设置单独的接地装置，而且接地装置间需要相互独立，这在城市道路照明工程施工中极难实现。故在实际工程设计中，基本上都采用TN-S系统。
二、设计案例
2.1工程概况
某园区道路照明采用成套箱变，其中变压器型号为100kVA，SG-10/0.4kV，Dyn-11(Uk=4.5%)，10kV系统短路容量为Sd=200MVA，低压配电系统采用TN-S系统，其中一个路灯回路长度为1000m，路灯间距为30m，沿道路均匀布灯。灯具为150W高压钠灯，补偿后功率因数为0.85;路灯干线为三相配电，线路为VV-5X16，敷设方式为穿PVC110管道。
2.2单相短路电流计算
根据GB50054《低压配电设计规范》的相关规定，路灯属于固定式配电设备，线路的保护应该具有过载、短路和接地故障保护。其中单相短路故障包括单相相保回路短路故障(图1中的f1、f2点)和相中短路故障(图1中的f3点)。以路灯的TN-S系统为例计算接地故障电流。
根据案例计算过程可以看出：
1)当路灯配电回路距离很长时，回路阻抗必然较大，其末端单相短路故障电流值必然较小，本案例中只有63A，这样就会导致低压配电线路前端的保护电器不能有效动作。而这个问题也是路灯工程设计中最容易忽视的问题。
2)根据以上的计算方法，我们测算了不同导线截面的末端单相短路故障电流，数据表明，加大配电线路导线截面，特别是PE线的截面，就能增大单相接地故障短路电流。
2.3配电线路保护开关的选择
选择配电回路出线开关，首先应按照箱变内配电回路出口处三相短路电流来校验其短路分断能力，其次校验开关在该配电回路灯具启动时是否误动作，并在该回路出现过载、短路或接地故障时能否可靠动作。路灯专用箱式变压器容量均较小，因此其阻抗值较大，造成其低压母线出线端的三相短路电流较小，在工程实际设计工作中，该出线断路器选型采用常规塑壳断路器或高分断能力的微型断路器的短路分断能力均可满足要求，可不进行详细计算。
灵敏度校验:为了使路灯低压配电断路器可靠动作，还要校验断路器脱扣器动作的灵敏度Kss，
该工程案例中，路灯配电回路最不利点即末端发生接地短路故障(图1中的f2点)时，前面已经计算得=63A，代入式(4)中可得1.4≤K≤3.93。很显然，K值幅度太小，案例中已无法选用常用的照明配电A类断路器，故只能选择B类断路器。对于该案例，干线开关可选取K=2.5或3.0。假设取3.0，则Iset=K·=3.0×16A=48A，即短延时脱扣器整定电流值为48A。
3.3ＲCD保护开关选择
对于少量道路照明负荷较小的支路，附近均没有箱变，或者设置箱变太不经济，配电线路过长，计算线路末端灯具处的单相接地故障电流值太小(非本案例情况)，也可采用ＲCD开关进行保护，只是配电开关的成本略有增加。
根据相关文献资料，用于路灯的ＲCD保护整定值可取300mA或500mA。均远大于线路正常泄漏电流，宜可保护小电流的单相接地故障。计算过程从略，有兴趣的读者可参考《工业与民用配电设计手册》第三版相关章节计算。
结语
(1)对于路灯TN-S系统配电线路，由于其供电距离的特殊性，必须充分重视末端短路灵敏度的校验。(2)正常状况下，路灯TN-S系统宜采用带短延时脱扣器的B类断路器作为干线开关。(3)对于少量供电距离长，线路末端灯具处的单相接地故障电流值小的道路，路灯TN-S系统宜采用ＲCD断路器作为干线开关。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ45—2015城市道路照明设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2016.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50054—2011低压配电设计规范[S].北京:中国计划出版社，2012.
[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社，2005.
论文作者:李冰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
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