道路照明短路电流计算及开关选择等

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路灯配电系统若干问题的探讨

李良胜 章友俊（深圳市市政设计研究院有限公司）

要 探讨路灯配电系统中的单相接地保护灵敏度校验、保护设臵、接地型式选择等。

键词 路灯 灵敏度 接地故障 L-N短路 接地型式 RCD（漏电保护器） I(II)类设备

引 言

相对于室内照明而言，室外路灯照明的安装及敷设环境较差，线路距离较长，可达1000m以上，负荷分散但容量不大。我国虽

992年就颁布了行业标准《城市道路照明设计标准》（CJJ 45-91）（以下简称《路灯规范》），但因当时条件限制，规范未能就路灯

配电系统作出更为详尽而完善的规定。随着我国城市及道路建设的进一步蓬勃开展，对于路灯照明的深入研究已迫在眉睫。 路灯配电系统的以下几个问题尤其值得关注：①单相短路；②灵敏度校验；③保护设臵；④接地型式等。

工程实例

某城市道路照明由一台SG-10/0.4kV， 100kVA ，D,Yn-11（Uk=4.5%）箱变供电。箱变内带3m长LMY-4（40×4）低压

。箱变远离10kV系统内发电机组，系统短路容量Sd =200MV〃A。以箱变为起点，其中的一个路灯回路的线路长为990m，沿道

线状布灯（即中间无分支）。路灯为金属灯杆（以下未指明的均同此），纵向布臵间距为30m（该回路共有990/30=33套灯具），

高为10m。灯具为220V、 250W高压钠灯（自带电容补偿，cosφ=0.85），镇流器损耗为10%。路灯以L1、L2、L3依次配电

杆内灯具引接线为BVV-3×2.5mm2。路灯干线为三相配电，线路为VV-4×25+1×16 mm2 ，穿PVC70管（用于分散接地的

统时，线路则为VV-4×25 mm2 ，穿PVC70管）。

单相短路电流的计算

路灯可归类于固定式配电设备（I类设备），其线路须有过载、短路或接地故障保护。单相短路包括单相接地短路故障（以下简称“

故障”，例如图1中的f1、f2）和相-中短路（以下简称“L-N短路”，例如图1中的f3）。本节中的3.1及3.2小节，将以路灯的TN

统为例，先来具体计算接地故障电流。

1工程实例的单相接地故障电流

单相接地故障电流要按照相-保回路进行计算。当线路最末端发生单相接地故障（即图1中f1）时，该相-保回路中，共有高压系统

压器、低压母线、低压电缆、灯头引接线等五种阻抗元件，单相接地故障电流： Id=220/√（Rφp2+ Xφp2） ⑴

式中，Rφp——回路各元件相保电阻之和，即Rφp= Rφp.s+ Rφp.t +Rφp.m+ Rφp.l+ Rφp.x；Xφp——回路各元件相保电抗之和，即Xφp=

s

+ Xφp.t +Xφp.m+ Xφp.l +Xφp.x。其中的Rφp.s、 Rφp.t、Rφp.m、 Rφp.l、Rφp.x，分别为前述的高压系统、变压器、低压母线、低压电缆

具引接线之相保电阻（Xφp含义类此，不重述）。

依照参考文献的表4-28~表4-34，就本工程实例而言：①高压系统Rφp.s=0.05mΩ，Xφp.s=0.53mΩ。②变压器Rφp.t=(33.68

/3=33.68mΩ，Xφp.t=(63.64×3)/3=63.64mΩ。③低压母线Rφp.m=0.372mΩ, Xφp.m=0.451mΩ。④低压电缆Rφp.l=2.699

90=2672.01mΩ, Xφp.l=0.192×990=190.08mΩ。⑤灯具引接线Rφp.x=20.64×10=206.4mΩ, 相保电抗Xφp.x=0.29×10=2.9mΩ因此，回路总相保电阻

R

φ

p

= 0.05+33.68+0.372+2672.01+206.4=2912.5(mΩ),总相保电抗X

p

=0.53+63.64+0.451+190.08+2.9=257.6 (mΩ)。于是，

=220V/√（2912.52+257.62）mΩ=220V/2923.9mΩ=0.075kA=75A，此即本工程实例中，线路尽头灯具处的单相接地故障电

。 2不同电缆截面时的单相接地故障电流 为便于比较，把上述工程实例中的电缆，分别换用VV-5×25、VV-4×35+1×16、VV-5×35等不同截面的电缆，可求得不同下的单相接地故障电流（增减百分比均以原VV-4×25+1×16为比较基准），见表1。 表1 不同电缆截面时的灯具处单相接地故障电流 VV-5×16 VV-4×25+1×16 3.51 2.92 2.34 VV-5×25 VV-4×35+1×16 2.63 1.74 VV-5×35 电缆截面 回路相保阻抗（Ω） 63 75 94 84 126 接地故障电流（A） -16.0% 0% 25.3% 12.2% 68.0% 故障电流增减 从计算过程及表1看出：①当路灯线路很长时，因回路阻抗较大，故其末端单相短路电流的数值较小（甚至不足100A），这样就于线路前端的短路保护电器（即图1中的“干线开关”）之动作。这也是路灯配电设计中值得关注的首要问题。②加大导线的截面（是PE线的截面），可以显著增大单相接地故障短路电流。可谓“花钱不多，效果显著”，因此，它理应成为提高路灯短路灵敏度（讲述）的首选措施。 3 L-N短路电流 对于发生概率很小的L-N短路，由于与单相接地故障同属单相短路，计算方法和公式也就基本相同，但其区别也是明显的：接地跟PE线重复接地电阻值大小有关，可由RCD来担当保护；而L-N短路则与接地电阻大小无关，也无法利用RCD的漏电保护功能施保护。 路灯线路干线开关的选择 1路灯干线开关保护的基本要求 一个路灯回路的完整保护，应至少包括两级：配电线路干线开关保护和灯具短路保护。干线开关的选择，除要按箱变内母线出口相短路电流来校验其分断能力外，尚应保证开关在该回路灯具启动和工作时均不误动作，而在过载、短路或接地故障时则应可靠动作

外，干线开关还要尽量与其下一级保护（即图1中的“灯具开关”）做好级间配合，不越级跳闸。

因路灯箱变内的变压器容量往往较小而阻抗较大，故箱变内低压母线出口处的三相短路电流值较小，常规塑壳断路器的短路分断

均可满足要求。

而为了使路灯低压断路器可靠切断故障电路，必须校验断路器脱扣器动作的灵敏度Klm，即： Klm= If/Ir2 ⑵

中：Klm≥1.3；

If——路灯线路末端最小短路电流，对于TN系统为相—保短路（即单相接地故障）或L-N短路电流，对于TT系统为L-N短路

；

Ir2——断路器短路过电流脱扣器的整定电流值。

前面已述及，路灯回路线路长、阻抗大，从而单相短路很小；若断路器短路过电流脱扣器的整定值设计较大，则该短路电流可能

以推动断路器可靠动作。

2 TN-S系统配电线路干线开关的选取

2.1过载长延时保护

照明用低压断路器的长延时过电流脱扣器的整定电流为： Ir1≥Kr1?Ic ⑶

中：Kr1——长延时过电流脱扣器的可靠系数，取1.1；

I c——照明回路的计算电流。

就工程实例而言(33套灯具)，回路计算电流Ic =33×0.25×(1+10%）/(√3×0.38×0.85）=15.92A，故Ir1≥1.1

5.92A=17.51A，初取Ir1=20A。

2.2短路保护

照明用低压断路器的短路过电流脱扣器的整定电流为：Ir2≥Kr2?Ic。式中，Ic——照明回路的计算电流；Kr2——短路过电流脱扣器

靠系数。经过充分足够次数的实践检验，在路灯回路中，为了可靠避让灯具启动之影响， Kr2可由路灯（基本为HID灯）的启动倍

指启动电流与工作电流之比），再乘以一个裕量系数1.3来得到。而根据相关资料，HID灯具的启动倍数一般介于1.3~1.9之间，

取Kr2=1.9×1.3=2.47。另一方面，Ir2也经常以长延时整定电流Ir1与整定倍数（特指断路器短路过电流脱扣器的整定电流与长延

定电流之比）K的乘积形式来表达，即Ir2=K?Ir1，于是有Ir2=K?Ir1≥2.47Ic，由此可得整定倍数K≥2.47（Ic/ Ir1）。

另一方面，为了保证短路灵敏性，由式⑵可得到：If≥1.3Ir2 =1.3(K?Ir1)，故K≤If/ (1.3Ir1)=0.77（If/ Ir1）。至此，即得到K取

围的完整计算公式：

2.47（Ic/ Ir1）≤K≤0.77（If/ Ir1） ⑷

式⑷表明，降低回路运行电流或增大回路短路电流，对于拓宽K的取值范围都十分有利。此外，断路器短路过电流脱扣器的整定

K一定要合理取值，其大小应有所限制：K若整定太小，则无法避开灯具启动电流，可能导致开关误动；K若整定太大，又无法满

路灵敏度要求，可能导致开关拒动。

就本工程实例而言，当路灯配电干线最末端发生接地故障（即图1中的f2）时，灯具引接线（BVV线）的相保阻抗不再计入回路中

以计算得知此时的接地故障电流If=81A，代入到式⑷中就得到，1.966≤K≤3.119。如此小的K值，已无法选用常见的A类断路器

B类断路器（如CM1E）的K值的调节范围很大，故推荐选用。对于本例而言，干线开关可选取K=2.0或2.5或3.0（短延时倍数CM1E。若取中间值2.5，则Ir2=K?Ir1=2.5×20A=50A（短延时脱扣器整定电流值）。

为了从动作时间方面来满足上、下级间配合，此处利用了B类断路器的短延时脱扣器的短延时功能而非瞬时脱扣器的瞬动功能。

另外，只要具体设计中保证路灯配电线路的N线截面不小于PE线截面， L-N短路电流就必然不小于接地故障电流。因此，就可

上述的B类断路器CM1E，来兼顾接地故障和L-N短路两种保护。

当然，当L-N短路忽略不计时，也可采用RCD来作为路灯干线开关（RCD的选择可参照下述关于TT系统的阐述）。

3 TT系统配电线路干线开关的选取

TT系统路灯配电线路的干线开关，推荐采用RCD或其组合电器。

3.1过载长延时保护 与TN-S系统整定相同。

3.2短路保护

路灯配电采用TT系统时，干线开关一般要采用RCD来作为接地故障保护。

根据《漏电保护器安装和运行》（GB 13955-2005）， RCD额定漏电不动作电流的优选值为0.5倍的额定漏电动作电流I△n。同

者也不应小于回路的正常运行最大泄漏电流Ix的2倍。因此： I△n≥2?2Ix

：

I△n≥4Ix ⑸

路灯回路正常运行泄漏电流Ix主要由三部分组成：各灯具正常泄漏电流Ix1、各灯具引接线正常泄漏电流Ix2和干线正常泄漏电流I

a. 对于Ix1，根据《电光源的安全要求》（GB 7248-87）规定，“B15d、B22d、E27、E40和G13型灯头的绝缘电阻，在正常

下不应低于50MΩ，在潮湿气候下不应低于2MΩ”。由此推算HID灯（220V）的正常泄漏电流，分别应是220V/（50~2）M

0.0044~0.11mA。对于单相回路的路灯而言，灯具总泄漏电流即为各灯具泄漏电流之代数和。而对于本文工程实例的三相回路而言

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