市政工程中道路照明接地型式分析

市政工程中道路照明接地型式分析

杜凤然

四川省城市建设工程咨询集团有限公司，四川成都，610041

摘要：近年来，随着城市化建设进程的不断深入推进，道路照明作为城市化建设的重要内容，它不仅要满足最基本的照明要求，更应满足用电的安全性。电气工程施工的特殊性，决定了其对安全设计的要求较高。基于当前市政工程中道路照明配电系统的两种接地型式，通过故障保护分析提出了优化方案，确保系统安全、稳定运行。

关键词：道路照明；接地型式；故障保护；优化

1做好接地工作的重要性

在市政工程建设过程中电气系统是重要的组成部分，对社会经济发展也有着至关重要的作用，不但要求必须具备较高的稳定性，同时还必须保证其安全性，为电力设备的运行提供有效支撑。在电气设计中，尤其是安全设计模块，接地是较为核心的部分。在电气系统运行过程中，部分设备出现漏电、短路等现象较为常见，极易引起火灾、触电等安全问题，进行有效的接地设计则能够很好地避免这些问题的发生，更好地保障人们生命、财产安全。在市政工程建设与运行过程中，由于受到诸多因素的影响，难免会产生安全隐患，特别是在供配电系统、电气设备方面，有效的接地设计可预防设备漏电，确保安全、供电平稳。此外，有效的接地设计评估工作对防止造成设备损伤，避免电气施工危险也有着较为重要的作用。所以接地工作必须引起电气设计单位的高度重视。在市政工程电气设计过程中必须严格遵循电气设计规范要求，落实好接地施工，确保接地设备的安全。在安装相关装置过程中，必须严格按照相关电气电力设备安装流程，科学、合理地进行接地装置的规范安装，达到降低接地电阻，保证接地系统的安全性和可靠性，为市政工程建设运行的顺利、顺畅提供保障。

2道路照明两种接地型式接地故障保护分析

道路照明配电系统特点：一是，配电线路较长，用电负荷分散，按照不利因素考虑接地故障时，其接地故障电流较小；二是，道路照明处在室外，行人触及的可能性大，且很难实现完善的等电位连接，一旦发生接地故障便会引发电击危险。

低压配电系统接地型式是根据系统电源点的对地关系和负荷侧电气装置的外露可导电部分的对地关系来划分。系统接地型式有TN系统、TT系统和IT系统。TN系统按中性导体和保护接地导体的分合配置方式还分为TN-C、TN-C-S和TN-S三类系统。下面仅对道路照明配电系统采用的两种接地型式，即TN-S和TT系统做简单介绍。

1.1TN-S接地型式

TN-S系统是电源中性点直接接地，用电设备外露可导电部分通过专用保护接地导体（PE线）与该接地点连接。整个系统的中性导体（N线）和专用保护接地导体（PE线），严格分开。

TN-S接地型式的系统大多是利用铜芯电缆中的一芯作专用PE线。对于TN-S系统故障回路为相线（RL）→灯杆外壳→PE线（RE）→电源中性点，TN-S系统的故障回路电阻小，故障电流（Id）相对大，可以用过电流保护装置来执行线路保护。

故障电流的大小，对选择保护电器的参数至关重要，当发生线路末端接地故障时，由于线路过长使得接地故障电流可能只有几十安培，达不到保护电器动作条件，不能切断故障电路，此时必须进行灵敏度验算。由于专用保护接地导体（PE线）的存在，系统正常运行时，PE线上没有电流，PE线对地没有电压，较TN-C系统安全，但存在断线及故障电流沿PE线传递的安全隐患。

TN-S系统更适用于设有变电站的工业和公共建筑的低压配电系统，整个建筑物内应做等电位联结。

1.2TT接地型式

TT系统就是电源中性点直接接地，用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。通常将电源中性点的接地叫做工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。TT系统中，这两个接地必须是相互独立的。

TT接地型式的系统是在每根灯杆处设50×5热镀锌角钢接地极，长2.5m，埋深0.8m。对于TT系统故障回路为相线（RL）→灯杆外壳→PE线（RE）→灯杆接地电阻（RB）→中性点接地电阻（RA）→电源中性点，TT系统的故障回路电阻远大于TN-S系统，故障电流（Id）小，一般仅为几安培至几十安培，这时采用过电流保护器无法满足切断电源的要求，应采用剩余电流动作保护器（RCD）作故障防护。

TT系统的用电设备外露可导电部分的保护接地和电源系统接地分开，避免了故障电压传递到设备外壳，因此较为安全。再者，接地装置就在设备附近，PE线断线的几率小，且容易被发现。但户外的接地故障回路情况很难明确，雨雪天气、干旱、接触电阻的不确定性等因素使得出现故障时故障回路的电流变化，保护电器不动作或误动作的情况时有发生。

TT系统适用于无等电位联结的户外场所，如道路照明、园林照明、施工场地、户外临时用电等。

3道路照明两种接地型式的优化

配电线路过长时，一般不能够满足灵敏度安全校验，当发生线路末端接地故障时,过小的接地故障电流无法使保护电器动作，不能切断故障电路，针对这种情况可以采取提高断路器动作灵敏性的方法。我们知道故障电流的大小与故障回路电阻有关（R=ρL/S），减小回路电阻，电流变大，断路器动作(If≥1.3Iset3）。可以采用以下几种措施：第一，加大相导体及保护接地导体截面积（S），放大电缆截面积的方法只适用于小截面的情况；第二，对配电路径进行优化，在设计过程中尽量使电源靠近负荷中心，并选择最短的路径（L）；第三，采用带短延时过电流脱扣器的断路器，对于同一断路器，短延时过电流脱扣器的整定值（Iset2）通常只有瞬时过电流脱扣器整定值（Iset3）的1/5~1/3左右，灵敏性更容易满足；第四，采用带接地故障保护的断路器，如带剩余电流动作保护装置（RCD）的断路器，使用时应注意PE线不能接入RCD和剩余电流保护整定值的选取，避免误动。

通过PE线重复接地来减少PE断线及故障电压沿PE线传至灯杆设备外壳造成的危害。PE线进行重复接地后，如果断线处在重复接地之前，重复接地处灯杆由TN-S转变成TT系统的保护模式；PE线重复接地后，如果发生相线接地故障，故障电压沿PE线传递，此时重复接地电阻与中性点接地电阻并联的等效电阻变小，使得相线分担的电压增加，PE线对地电压减小。当然在设计阶段PE线截面积和材质等的选择、施工和维护环节确保PE线的完整性、导通性也至关重要。

通过上面的分析可知理论上TT系统更适用于道路照明。路灯处于户外环境，为了避免误动，对于TT系统RCD的额定剩余动作电流（I∆n）值的选取相当重要。I∆n值的选取应满足两个条件：1）I∆n≥回路正常运行中的最大泄漏电流的2倍；2）Id≥5I∆n。一般道路照明线路及灯具的泄漏电流只有几十毫安（其中灯具零点几毫安，不足1毫安），故障电流为几安至几十安。照明干线回路I∆n至少选择200mA，避免误动，可以选300mA或500mA。为方便故障点检修以及避免故障范围扩大，可在每个灯杆各灯具的分支出线处加装一个RCD作为接地故障主保护，照明干线回路的RCD作为接地故障的后备保护。灯杆处I∆n值可为30mA，瞬时动作，干线RCD延时0.2~0.3s。为了减少RCD的误动，还应选择防护等级和长期防护性能高的产品，设计要求灯具的防护等级不低于IP65。

综上所述，除了合理的选择开关、电缆、线路等，对于TN-S系统还应校验保护电器的灵敏度度和PE线的重复接地；对于TT系统应注意剩余电流动作保护器额定剩余动作电流值的选取及上下级配合。当然，还有其他增加接地安全的措施和注意事项，如TN-S系统，可通长敷设一根40×4热镀锌接地扁钢作为总等电位连接导体，也可在每个灯杆处配置RCD或者熔断器作为单灯保护，以提高系统的安全性和稳定性；而TT系统还应注意施工时不能把N线误当成PE线进行重复接地。

4结束语

市政工程中道路照明接地型式的选择其实没有定论，以上仅从安全的角度出发对两种系统进行了分析，如考虑造价、施工及后期运营维护等两种系统各有优劣。《城市道路照明设计标准》中也说了道路照明配电系统的接地型式应采用TN-S系统或TT系统。通过故障分析和优化措施，对两种接地型式有正确完善的认知，工程中才能正确的运用，减少电击事故，确保系统安全、平稳运行。

参考文献：
[1]方敏.市政道路照明采用TN-S接地方式时的接地故障保护分析[J].智能建筑电气技术，2019，13（06）：128-131.

[2]任元会.低压配电设计解析[M].北京：中国电力出版社，2020：62-78.