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淺談剩余電流繼電器在道路照明TT接地系統(tǒng)中的應(yīng)用
【摘要】為解決市政道路照明的故障保護(hù)問(wèn)題，對(duì)某市政道路進(jìn)行工程設(shè)計(jì)實(shí)例分析。針對(duì)采用TT接地系統(tǒng)的市政照明供電線路，結(jié)合不同的故障類型的短路計(jì)算結(jié)果，對(duì)斷路器額定電流進(jìn)行整定，并進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，驗(yàn)證了采用微型斷路器配合剩余電流保護(hù)裝置（RCD），能有效實(shí)現(xiàn)市政照明線路的短路保護(hù)和防觸電保護(hù)，滿足工程實(shí)踐要求。
【關(guān)鍵詞】照明；故障保護(hù)；TT系統(tǒng)；
0引言
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展，市政照明作為市政公共標(biāo)準(zhǔn)配套設(shè)施之一，其供電安全和故障保護(hù)措施受到日益高度的重視[1]在道路建設(shè)項(xiàng)目中，照明系統(tǒng)具有供電線路很長(zhǎng)，負(fù)荷分散的特點(diǎn)[2]。路燈多為金屬燈桿，且與不特定人群有頻繁接觸，一旦燈桿漏電，將有可能發(fā)生觸電事故，因此，合理設(shè)置照明配電系統(tǒng)的故障保護(hù)*為重要。
1道路照明接地形式的選擇
道路照明故障保護(hù)的設(shè)置方式與系統(tǒng)的接地形式密不可分[3]。低壓照明系統(tǒng)的接地形式包含TT、TN、IT系統(tǒng)。已有大量研究表明，IT、TN-C、TN-C-S接地方式不適用于市政照明系統(tǒng)[4，5]，且《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ45—2015）》[6]第6.1.8條已規(guī)定，道路照明配電系統(tǒng)應(yīng)采用TT系統(tǒng)或TN-S系統(tǒng)。在TT系統(tǒng)中，采用專門的PE線，把控制箱和燈桿接地*連成接地網(wǎng)絡(luò)，但與變壓器中性點(diǎn)不連接。鑒于TT系統(tǒng)擁有安全、可靠性比較高的特點(diǎn)[7]，本文針對(duì)某市政道路采用TT系統(tǒng)的故障保護(hù)進(jìn)行工程實(shí)例分析。
2工程實(shí)例分析
2.1計(jì)算條件
根據(jù)某市政道路的建設(shè)條件，經(jīng)設(shè)計(jì)，該工程的照明系統(tǒng)如圖1所示，采用TT接地系統(tǒng)，以2#回路進(jìn)行分析，系統(tǒng)的路燈配電如圖2所示。
2.2保護(hù)分析
不保同護(hù)的分故析障類型，應(yīng)選用不同的保護(hù)方式；針對(duì)相間短路、相零短路和過(guò)負(fù)荷等故障或不正常的運(yùn)行狀態(tài)，可在QF1~QF4選用微型斷路器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)選用B型脫扣特性的斷路器時(shí)，瞬時(shí)脫扣范圍為3~5In，為滿足保護(hù)要求，根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50054—2011）》[7]的第6.2.4和6.3.3條，有：
Ik.min≥1.3×5In=8.5In（1）
In≥IB（2）
式中：IB-回路的計(jì)算電流；Ik.min-線路末端的*小短路電流；In-B型脫扣特性斷路器額定電流。由式（1）、（2）知，對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行選型和整定時(shí)需同時(shí)考慮線路負(fù)荷和短路電流，因此，參考文獻(xiàn)[8]表9.4的電纜參數(shù)，對(duì)圖1中1~4#回路的負(fù)荷計(jì)算和短路計(jì)算結(jié)果如表1所示。
根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，選用4個(gè)供電回路均可選用In=25A的斷路器可滿足選型要求。
間接接觸保護(hù)：當(dāng)TT系統(tǒng)發(fā)生碰殼故障時(shí)，如圖2所示TT系統(tǒng)的接地故障回路阻抗如下：Zs=Rph+RA+RB（3）式中：Rph為相線阻抗，其中2#照明回路Rph=0.502Ω；RA、RB分別為電源工作接地電阻和路燈保護(hù)接地電阻。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)沿供電線路通長(zhǎng)敷設(shè)一條φ12熱鍍鋅圓鋼作為水平接地體，RB一般不大于4Ω，根據(jù)文獻(xiàn)[9]，RA通常不大于4Ω，取RA=RB=4Ω。
此時(shí)，接觸電壓Ua和故障電流Ik0為：
式中：U0為系統(tǒng)單相電壓，取220V。由于故障電流Ik0遠(yuǎn)小于斷路器的可靠動(dòng)作電流（8.5In），斷路器不跳閘，而接觸電壓Ua高達(dá)103.5V，此時(shí)人體一旦接觸燈桿，將遭受電擊。因此針對(duì)間接接觸保護(hù)，需增設(shè)瞬時(shí)動(dòng)作的剩余電流保護(hù)裝置（RCD），防止觸電事故發(fā)生。RCD整定時(shí)，應(yīng)考慮躲開線路正常運(yùn)行時(shí)的*大泄露電流，避免誤動(dòng)作，同時(shí)保證足夠的靈敏度。
根據(jù)文獻(xiàn)[8]表11.7-16，35mm2聚乙烯絕緣電纜的泄漏電流為33mA/km，同時(shí)在所有路燈的導(dǎo)線分接頭處、燈具處均有泄露電流，分別按1mA和0.1mA考慮，因此，正常運(yùn)行時(shí)2#照明回路的固有泄露電流為：
由于RCD的動(dòng)作電流I△n應(yīng)大于正常泄露電流I△0的2倍[8]，而RCD的剩余不動(dòng)作電流的優(yōu)選值為0.5I△n[10]，因此0.5I△n≥2I△n▲I△n≥4I△n=211.2mA，可選取RCD的額定電流為0.5A。靈敏度校驗(yàn)：當(dāng)接觸電壓為50V時(shí)，泄露電流為I△=U0RA=540VΩ=12.5A，遠(yuǎn)大于RCD額定電流，RCD能可靠斷開，從而保護(hù)行人安全。
3安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹
安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)作繼電器和多回路剩余電流監(jiān)測(cè)儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護(hù)裝置，主要適用于交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN系統(tǒng)配電線路，用來(lái)對(duì)電氣線路進(jìn)行接地故障保護(hù)，防止接地故障電流引起的設(shè)備損壞和電氣火災(zāi)事故，也可用來(lái)對(duì)人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀
3.1功能介紹
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩余電流測(cè)量，剩余電流越限報(bào)警指示，額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定，*限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定，兩組繼電器輸出，具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試"、“復(fù)位"功能；
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀具有以下功能：16路剩余電流監(jiān)測(cè)，1路預(yù)警繼電器輸出，16路報(bào)警繼電器輸出，2路DI輸入，自動(dòng)重合閘功能，遠(yuǎn)程通訊功能，遠(yuǎn)程分合閘功能。
3.2技術(shù)指標(biāo)
ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目 | 指標(biāo) | ||||
AC型 | A型 | ||||
輔助電源 | 電壓 | AC110/220V（±10%） | AC/DC85~270V | ||
功耗 | <5W | <5W | |||
輸入 | 額定剩余動(dòng)作 電流I△n | 0.03、0.1、0.3、0.5(A) | 0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A) | ||
*限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間△t | 0.1、0.5(s) | 0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s) | |||
額定剩余不動(dòng)作 電流I△no | 50%I△n | 50%I△n | |||
動(dòng)作特性 | AC正弦交流電流 | AC正弦交流電流、 脈動(dòng)直流電流 | |||
頻率 | 50Hz±5Hz | 50Hz±5Hz | |||
動(dòng)作誤差 | -20%~-10%I△n | -20%~-10%I△n | |||
輸出 | 輸出方式 | 一組常開、一組轉(zhuǎn)換 | 一組常閉或常開、一組轉(zhuǎn)換 | ||
觸點(diǎn)容量 | 5A250VAC 5A30VDC | AL1:8A250VAC;5A30VDC AL2:6A250VAC;5A30VDC | |||
復(fù)位方式 | 就地、遠(yuǎn)程 | 就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng) | |||
環(huán)境 | 工作溫度 | 運(yùn)行溫度：-20℃~+55℃，存儲(chǔ)溫度：-30℃~+70℃ | |||
工作濕度 | ≤95%RH，不結(jié)露，無(wú)腐蝕性氣體場(chǎng)所 | ||||
海拔高度 | ≤2000m | ||||
污染等級(jí) | 3級(jí) | ||||
安裝類別 | Ⅲ類 | ||||
ASJ60系列剩余電流監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng)目 | 指標(biāo) | |
電源 | 電壓范圍 | AC/DC85V~265V |
*大功耗 | ≤10VA | |
輸入 | *大測(cè)量支路數(shù) | 16路 |
剩余電流測(cè)量范圍 | 1mA~30A | |
額定剩余動(dòng)作電流I△n | 1mA~30A連續(xù)可調(diào) | |
動(dòng)作特性 | AC正弦交流電流及脈動(dòng)直流電流 | |
頻率 | 50Hz±5Hz | |
動(dòng)作延時(shí) | 0~10s可設(shè) | |
開關(guān)量 | 2路無(wú)源干接點(diǎn)輸入 | |
輸出 | 輸出方式 | 1路水浸報(bào)警繼電器（常開） 16路剩余電流報(bào)警繼電器（常開） |
觸點(diǎn)容量 | AC250V/3ADC30V/3A | |
重合閘 | 次數(shù) | 0~99連續(xù)可設(shè) |
間隔時(shí)間 | 0~999秒連續(xù)可設(shè) | |
通訊 | 方式1 | RS485通訊，Modbus-RTU協(xié)議 |
方式2（可選） | 4G無(wú)線通訊 | |
環(huán)境要求 | 溫度 | 工作溫度：-10℃~55℃，存儲(chǔ)溫度：-30℃~70℃ |
濕度 | ≤95%，不結(jié)露 | |
海拔 | ≤2500m | |
平均工作時(shí)間 | ≥50000小時(shí) | |
3.3選用說(shuō)明
剩余電流動(dòng)作繼電器在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意低壓系統(tǒng)的接線型式。
系統(tǒng)形式 | 系統(tǒng)接線 | 說(shuō)明 |
TT系統(tǒng) |
| 采用ASJ。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流很小，且較難估計(jì)，達(dá)不到開關(guān)的動(dòng)作電流，外殼上將出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓。 |
TN-S系統(tǒng) |
| 可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障，以提高安全可靠性，此時(shí)PE線不得穿過(guò)互感器，N線要穿互感器，且不得重復(fù)接地。 |
其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用，防止出線誤動(dòng)作或者不動(dòng)作的情況。剩余電流互感器的選擇應(yīng)根據(jù)主回路的額定電流為參考選擇，
型號(hào) | 孔徑 | 主回路額定電流 | 變比 |
AKH-0.66L45 | 45mm | 80A | 1A:1mA |
AKH-0.66L80 | 80mm | 250A | 1A:1mA |
AKH-0.66L100 | 100mm | 400A | 1A:1mA |
AKH-0.66L150 | 150mm | 630A | 1A:1mA |
AKH-0.66L200 | 200mm | 1000A | 1A:1mA |
AKH-0.66L-260*100II | 265*104mm | 1000A | 1A:1mA |
實(shí)際應(yīng)如圖所示，互感器安裝在主回路或者支路上，通過(guò)測(cè)量剩余電流判斷是否驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
ASJ10/20剩余電流繼電器典型應(yīng)用
ASJ60剩余電流監(jiān)測(cè)儀典型應(yīng)用
3.4注意事項(xiàng)
當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）作為電擊防護(hù)附加防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：
?額定剩余電流動(dòng)作值不應(yīng)大于30mA；
?額定電流不超過(guò)32A的下列回路應(yīng)裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）：
?供一般人員使用的電源插座回路；
?室內(nèi)移動(dòng)電氣設(shè)備；
?人員可觸及的室外電氣設(shè)備。
?剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）不應(yīng)作為*一的保護(hù)措施；
?采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）時(shí)應(yīng)裝設(shè)保護(hù)接地導(dǎo)體（PE）。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)某工程實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行分析，市政照明在采用TT接地系統(tǒng)的情況下，使用微型斷路器配合剩余電流保護(hù)裝置（RCD），可有效實(shí)現(xiàn)供電線路的短路保護(hù)和防觸電保護(hù)，但保護(hù)性能仍受供電線路長(zhǎng)度的影響較大。針對(duì)不同的情況合理選擇設(shè)備參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在電氣設(shè)計(jì)工作中至關(guān)重要，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路照明系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，*大限度發(fā)揮其在城市發(fā)展建設(shè)中的重要作用。
參考文獻(xiàn)
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