道路照明短路电流计算及开关选择等(2)

路灯干线为三相配电且均衡分布，则其泄漏电流之矢量和Ix1基本为0。

b. 单套灯具的引接线（BVV线，长度为10m）正常泄漏电流可查参考文献的表11-27，近似为50mA/km。若为三相配电回路

认为其矢量和Ix2为0。

c. 根据相关资料，电缆干线线路正常泄漏电流可按21.66mA/km计算，故Ix3=（990m/1000m）×21.66mA=21.44mA。于是

个完整的三相路灯回路的正常最大泄漏电流理论值为Ix= Ix1+ Ix2+ Ix3≈21.44(mA)。实测数据也基本与此相当。

因此，干线开关RCD的额定漏电动作电流I△n≥4Ix =4×21.44mA=85.76mA。根据RCD的制作规格（优选值）， I△n取值

00mA、300mA、500mA等，建议取值300mA及以上。当要和末端灯具开关RCD（0.1s）作时间上的配合时，干线开关RCD

断时间可取0.2s。

上述RCD的漏电保护功能，仅针对接地故障而言。当接地故障和L-N短路需同时考虑时，则推荐采用“RCD + B类断路器”的

型电器。而B类断路器的选择，仍与TN-S系统的类同，不赘述。

灯具的短路保护

单个灯具属于不可能过载的设备，故灯具处无须设臵过载保护；而鉴于灯具分支线处的导线截面显著减小（跟干线相比），因此每

具处宜设臵短路保护。该短路保护电器的选择，应保证在灯具正常工作电流和启动尖峰电流下均不误动作，而短路时则应可靠动作

按故障短路电流来校验其切断时间。

1 TN-S系统的灯具短路保护

本工程实例中，每灯的工作电流为Ic=250W×（1+10%）/0.85×220V=1.45A。根据前述的4.2.2小节，为可靠躲开灯具启

流，当选择熔断器作为灯具开关时，其熔体电流要大于灯具工作电流的2.47倍，则熔体额定电流取为4A。

路灯属于固定设备，根据《低压配电设计规范》（GB 50054-95）（以下简称为《低规》），其接地故障保护装臵的切除故障时间不

于5s，此时就要求短路电流与熔体额定电流之比不应小于4.5（当熔体电流介于4~10A之间时）。而本文的第3节里，已求得接地

电流为75A，故有灵敏系数75A/4A=18.75，>4.5，就是说，可选取4A熔断器作为250W灯具（cosφ=0.85）的短路保护。

灯具开关采用小电流的熔断器时，其短路灵敏系数基本都在十几以上。因此，短路时熔体通常会迅速（甚至0.01s以内）熔断。

，只要干线开关（B类断路器）的短路短延时时间整定为0.2s，就完全可以通过动作时间来满足级间配合。

鉴于成本相对低廉的熔断器已足以胜任单个灯具的短路保护，而MCB和RCD成本都相对较高，且不易解决防盗问题，故在TN

统中对后二者不予以讨论。

2 TT系统的灯具短路保护

TT系统一般通过预期接触电压来规定接地故障保护装臵的动作特性。而路灯虽处室外环境，但其安装场所一般都较为开阔，一旦

触电，都较容易摆脱；此外，现有国内规范、标准等，均未明确将路灯安装场所归类到“特殊环境”。有鉴于此，路灯TT系统的保

臵仍按符合下式条件即可： RA?Ia≤50V ⑹

中：RA——外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻之和（Ω）；

Ia——保证保护装臵切断故障回路的动作电流（A）。

根据现有《路灯规范》，当忽略接触电阻和PE线电阻时，RA要小于10Ω。于是，保护电器的动作电流Ia≤50V/10Ω，即 Ia≤5

就工程实例而言，若250W灯具的保护电器欲选用熔断器，则其熔体电流至少应为4A（见前述第5.1节）。这就意味着，250W灯

护的熔断器之熔体电流值，此时只能介于4~5A之间（理论值），极为局促。显然此时不宜选用熔断器。

但若《路灯规范》里规定的接地电阻值可适当下降，比如为4Ω，则动作电流Ia取值范围有所扩宽，最大可达50V/4Ω=12.5A。

于常规的150~400W的路灯灯具保护，已大致足够。此时的熔断器因动作电流甚小，也可兼作灯具处的L-N短路保护。

若要维持规范里的10Ω接地电阻不变，则应采用高灵敏度、快速动作型、带短路保护功能的RCD。对于本工程实例，可选择额

流In=6A、I△n=30mA、分断时间为0.1s的单相RCD(须带短路保护功能)。当然，灯具处选用RCD作保护，始终存在成本较高、

不易解决等问题。故仅在经济条件许可及管理完好的小区里，才考虑以RCD作为末端保护。

尽管规范未明确路灯线路是否要做到严格的级间配合，而在设计中则应尽量予以满足。当TT系统的路灯采用上、下两级RCD保

，若发生接地故障（常见），通过RCD的动作时间差，无疑能满足动作选择性要求；但若发生L-N短路（少见），则动作选择性不

能得以确保。值得一提的是，当灯具开关采用熔断器，而干线开关采用RCD时，则无论在分断时间或动作电流上，二者都较难配合

当熔断器的负荷侧发生接地故障时，作为配电线路干线开关的RCD很可能出现越级跳闸。

保护接地

关于路灯的保护接地，《路灯规范》第 5.1.9条规定：“可触及的金属灯杆和配电箱等金属照明设备均需保护接地，接地电阻应小

0Ω。”该规范条文较为笼统，既未阐明具体如何做保护接地，也未区分TN系统和TT系统接地之差异。

1 TN-S系统的保护接地

从理论上讲，TN-S系统中发生短路时，短路电流并不流经大地。因此，《路灯规范》是否硬性要求保护接地电阻为某一具体数值（

0Ω），实际上对于人身、设备安全以及保护电器之选取等，都不会产生实质性的影响。

在具体实践中，灯杆处是否要设臵保护接地体（即PE线是否重复接地），各地的设计方法不尽相同，但大都采取了每根灯杆或数

杆设臵一组接地装臵。而单纯从TN系统的自身定义来看，无论PE线有多长，它仅在电源处与N线互相接通并接地即可，PE线自

须重复接地。对此，《路灯规范》无明确要求。

总而言之，在TN-S系统里，尽管在灯杆处设臵PE线接地装臵的做法较为普遍，但其设臵的理论依据并不充分。

2 TT系统的保护接地

TT系统内，电源有一点与地直接连接，该接地极与负荷侧电气装臵外露可导电部分的接地极无电气联系。但是，处于同一个路灯

线路干线开关保护之下时，作为负荷侧电气装臵的路灯灯杆处的各个保护接地极，到底是彼此连通，还是彼此独立呢？又该如何保

作接地极与保护接地极“无电气联系”呢？

2.1各路灯的保护接地极共用

《低规》第4.4.12条规定：“TT系统配电线路内，由同一接地故障保护电器保护的外露可导电部分，应用PE线连接至共用的接

上”。就TT系统路灯的一条配电线路而言，该回路上的所有路灯及其线路（灯具开关之前），均由本线路始端的干线开关（一般为RCD

供接地故障保护。因此，若按《低规》，该回路中的所有路灯灯杆的外露可导电部分，就必须通过PE线接至共用的接地极，而不得

彼此孤立的接地极。也惟有如此，本线路上任一点发生接地故障，都可以通由贯通的PE干线获得较大的短路电流，从而使得干线

（RCD）能可靠动作，及时切除故障，这就是执行规范条文之优点所在。

共用接地极时，若接地故障发生在灯具开关RCD（I△n=30mA）之后（参见图1中的f1），则要求RA≤50V/0.03A=1666Ω即可

接地故障发生在灯具开关RCD（I△n=30mA）之前、干线开关RCD（I△n=300mA）之后的外露可导电部分（参见图1中的f2点）RA≤50V/0.3A=166Ω。综合二者结果，接地电阻限值应取后者（即小于166Ω）。

由此可见，共用接地体的TT系统中，若同一回路的上下级均采用了RCD作为接地故障保护，则对保护接地电阻值的要求比较宽松

容易满足，从而无须每灯杆处设臵接地体。但若采用熔断器作为灯具短路保护，则灯杆处保护的接地电阻越小越好（比如在4Ω以下

但各路灯共用了接地极的TT系统，需要单设PE线，且一处路灯发生接地故障，则故障电压就会经过贯通的PE线蔓延至临近路

，这就丧失了TT系统的独特优点。

2.2各路灯的保护接地极分设

TT系统的自身定义及其具体实践都表明：TT系统中，同一接地保护装臵下的不同被保护对象，其外露可导电部分也可分设接地体

须强求共用接地体（但人可同时触及的外露可导电部分除外）。分设接地体可避免接地故障电压沿PE线蔓延；此外，供电电缆可采

芯，较五芯为节省。

但是，分设接地极的做法直接与上述的《低规》第4.4.12的条文规定相“冲突”，致使设计时难以抉择。而且，每处灯杆都要单

地体，较为浪费接地钢材。

2.3工作接地极与保护接地极的间距问题

TT系统的工作接地极与保护接地极之间，应该是不存在电气联系的。而相关资料（例如《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-9

14.7.4.3条及其条文解释）表明，工作接地和保护接地两个接地体间，若要彻底脱离电气联系，则二者的最小净距不宜小于20m（

于特定的土壤电阻率）。而路灯箱变的金属外壳、金属底座、基础钢筋等，都必须与PE线连通，因此，箱变处的接地体仅适合作为

接地，而难以作为N线的工作接地。为此，变压器中性点处引出的N线必须另穿绝缘套管，拉到距离箱变20m以远的地方，单独

工作接地体；且该接地点的半径20m以内，不得存在任何本配电系统的保护接地体。而这一点有时是较难实现的，它也成为路灯TT系统的一个瓶颈问题。

路灯采用TN-C系统合适吗？

路灯基本采用HID灯，它属于典型的非线性负荷，其配电线路中含有以三次谐波为主的奇次谐波电流。理论分析和实验测定都表明

便是三相完全平衡的气体放电灯线路，N线上通过的高次谐波仍达相线电流的30%以上；若为三相非平衡线路，则PEN线通过的

电流更大。于是，当路灯采用TN-C系统（非指TN-C-S系统）时，如此大的工作电流平时即在PEN线上流通，使得路灯金属灯杆

变的金属外壳上面，正常运行时即不可避免地带有较高的电位，可能造成触电威胁。更为严重的是，万一PEN线发生断线故障，则

压就通过灯具直接加在灯杆或箱变等设备外露可导电的金属外壳上（而保护电器还难以觉察），这是比较危险的。因此，路灯配电不

采用TN-C系统。

路灯采用II类设备的可行性

II类设备具有双重绝缘或加强绝缘，不需要PE线，不需要保护接地，且简单易行，可确保人身安全。它若用于路灯系统，应具备

的可操作性和经济性。

路灯系统采用II类设备时的可能措施：采用非金属外壳的箱变；塑料绝缘电缆全程（包括灯座内接头处）穿于塑料管中（不宜采

属管）；灯杆内的灯具连线为双绝缘线BVV，且穿塑料管；灯具采用II类灯具。若无法保证后两条措施，则灯杆要制作成非金属灯

如水泥灯杆），或在金属灯杆表面涂以符合规范的绝缘材料。

当然，当路灯系统内全部采用II类设备时，虽无须考虑接地故障保护了，但若要顾及L-N短路，则仍应进行L-N短路灵敏度校

采用相应措施。

几点结论

长距离的路灯线路，必须充分重视短路灵敏度的校验。采用低压断路器时，路灯短路灵敏度与断路器短路过电流脱扣器的整定倍数密切相关，而K的取值范围大致为：2.47（Ic/ Ir1）≤K≤0.77（If/ Ir1）。而校验路灯短路灵敏度时，是否兼顾接地故障和L-N

路，将直接关系到配电系统方案的不同。采用低压断路器配电而短路灵敏度不足时之解决途径：①采用D,Yn11变压器。②合理低断路器的整定倍数K。③适当加大PE和N线截面。④适当减小回路正常运行电流。

路灯TN-S系统宜以B类断路器作为干线开关，TT系统则宜以RCD或其组合电器作为干线开关。路灯系统干线开关RCD之I要合理取值。

TT系统中，接地电阻值较大时，应采用RCD作灯具开关；反之，可用熔断器保护。现阶段，路灯若采用TT系统尚会受到一定制约。

路灯配电不推荐采用TN-C系统。

路灯系统可考虑采用II类设备。

参考文献

国航空工业规划设计研究院等〃工业与民用配电设计手册（第二版）〃北京：水利电力出版社，1994：120~121，129~137，527

注：本文原在《建筑电气》2007年第2期发表）

作者/来源：李良胜 章友俊（深圳市市政设计研究院有限公司

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