即upe<220×r杆/r杆+6r杆 (2-3)upe<220×1/7=31.5v
故une≈220-upe≈188v。此时,公用端客户的电气设备外壳上就带有上百伏的高压。
以上是理论计算结果,在本人的工作实践中,也碰到过此类问题。一条道路上的公用变压器(道路照明取自公用变)夜间零线带电,公用端用户设备外壳带电,白天一切正常。经供电局检查,怀疑是路灯线路故障,夜间断掉路灯电源后,电压正常。后来的结果证实,确实是由于路灯接地故障引起的公用端客户的电气设备外壳带电,究其原因,主要是路灯采用tt系统,公用变采用tn系统,路灯与公用变的接地形式不一致所致。
选用tn系统还要注意的一点是:tn-c-s系统的n线与pe线分了以后,严禁合在一起,否则,也会带来电气安全隐患。有些用户为了保险,在线路末端又将n线与pe线,误以为是重复接地的做法。其实,也会导致设备外壳带电,反而不安全。
综上所述,道路照明接地系统的选择宜根据变压器的权属来选择,如是路灯专用变,适合采用tt系统;如是路灯公用变,接地形式应与公用变接地形式保持一致。
3 道路照明接地故障保护措施
道路照明设备基本属于ⅰ类设备,ⅰ类设备自动切断电源的间接接触电击防护措施的保护原理在于当用电设备绝缘损坏时,应尽量降低接触电压值,并此电压对人体的作用时间,以避免导致电击死亡事故。
tn-s系统接地故障保护一般采用熔断器、断路器和剩余电流保护器进行保护。对于tt系统,《城市道路照明设计标准》条文说明第6.1.9条规定“不能用熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器兼做接地故障保护,而应使用剩余电流保护器作接地故障保护”。下面将具体阐述三种电器的选择方法。
3.1 熔断器。熔断器选择应根据其时间-电流特性,约定时间和约定电流,过电流选择比,i2t特性和分段能力进行选择。
3.1.1 熔断器额定电流的确定。道路照明的熔断器额定电流应按启动尖峰电流选择,并满足kr最小值的要求。
3.1.1.1 按启动尖峰电流选择:
ir≥kmic (3-1)
式中:ir——熔断体额定电流;ic——线路计算电流;km——熔断体选择计算系数,取决于电光源启动状况和熔断体时间电流特性,其值见表1。
3.1.1.2 满足切断接地电流故障时间要求选择:为使熔断器迅速切断故障线路,按规范要求(《低压配电设计规范》第4.4.),其接地故障电流id与熔断体额定电流ir应满足下式要求。
id/ir≥ki (3-2) 系数ki值见表2
为满足(3~2)的要求,单灯熔断器的ir不能选择过大,一般启动电流为正常工作电流的1.7倍,因此,单灯熔断器选ir≥2ic 即可。
3.1.2 开断电流校验。熔断器最大开断电流应大于被保护线路最大三相短路电流有效值。
3.1.3 熔断器与熔断器的级间配合。熔断器的级间配合要求包括过电流选择比和i2t特性两部分。一般上下级熔断体额定电流选择比≥1.6:1即认为有选择性。弧前熔断时间<0.01s时,上级熔断器的弧前i2t值应大于下级熔断器的熔断i2t值。
3.2 断路器。断路器可用于照明线路的过载、短路和接地故障保护。
3.2.1 反时限过电流脱扣器:断路器反时限即长延时过电流脱扣器整定电流为:
iset1≥krel1ic (3-3)
iset1≤iz (3-4)
式中:iset1——长延时过电流脱扣器整定电流;ic——线路计算电流;iz——导体允许持续载流量;krel1——长延时过电流脱扣器可靠系数,取决于电光源启动状况和断路器特性,其值见表3。
3.2.2 瞬时过电流脱扣器:为保证断路器可靠切断接地故障电路,则应满足下式:
ikmin≥krel1iset3 (3-5)
式中:ikmin——被保护线路末端最小短路电流,krel1——脱扣器动作可靠系数;iset3——瞬时过电流脱扣器整定电流。
如线路较长,单相短路电流较小,不能满足(3-5)要求,可以采用剩余电流保护器作接地故障保护。
3.2.3 分断能力校验。断路器的分断能力应大于等于被保护线路最大三相短路电流周期分量有效值。
3.3 剩余电流保护器。剩余电流保护器(rcd)又称漏电开关,剩余“漏电”电流保护器,是一种灵敏度很高的电气保护装置。根据接地形式不同,剩余电流保护器的保护要求也不同。
3.3.1 tt系统:
3.3.1.1 rcd参数设置:①额定动作电流i△n:与tn系统相比,tt系统故障回路阻抗大,故障电流小,故障点未被熔焊而出现接地电阻,其阻值难以估算。因此,用预期接触电压值来规定保护电器动作特性的要求,如(3-6),即当预期接触电压超过50v时,保护电器应在规定时间内切断故障电路。
iara≤50v (3-6)
式中:ra——电气装置外露导电部分接地极和pe线电阻之和;ia——使保护电器在规定时间内可靠动作的电流,在此时间为5s。
此时的ia即为rcd额定动作电流i△n。漏电动作电流一般有30、50、100、300、500ma等几个级别,考虑到南方的阴雨潮湿天气,建议线路末端可取50~100ma进行保护,上下级电流比≥3:1,上级动作电流选300ma。
室内末端漏电保护的i△n一般都取30ma,可能有人会担心末端i△n取值过大。其实,根据iec/tc标准——1974年提出权威性iec——479文件“电流对人体的效应”:
取电击能量:i×t×k = 500×0.15”×0.67=50 ma·s
已将安全界限由30ma·s放宽到50ma·s。
因此,线路末端i△n选用50ma是合理的。i△n选用100ma,只要缩短动作时间,保护也是安全的。
②额定不动作电流i△n0
额定漏电不动作电流i△n0,应不小于电气线路和设备的正常漏泄电流最大值的2倍。
3.3.1.2 接线图:
3.3.2 tn-s系统:
3.3.2.1 rcd参数设置:tn-s系统当相-零回路阻抗较大,过电流保护不能兼作接地保护故障时,应采用漏电电流保护。此时也可将漏电保护器保护的线路和设备按局部tt系统处理,其rcd参数的设定与tt系统一样。
3.3.2.2 接线图:
应注意的是,在tn系统中,采用漏电保护器与未采用漏电保护器的设备如共用pe线,则当未采用漏电保护器的电气设备绝缘损坏而外壳带电时,漏电保护器保护的设备外壳也带电,有可能造成人身伤害。因此,道路照明配电系统中的pe线不应与其他设备的pe线连接。
以上,是我对道路照明接地故障保护的一点浅见,希望各位专家和同行批评指正。
参考文献
1 中国航空工业规划设计研究院.组编.工业与民用配电设计手册第
三版.中国电力出版社
2 北京照明学会照明设计专业委员会编.照明设计手册第二版.中国 电力出版社
3 《钢铁企业电力设计手册》编委会编.钢铁企业电力设计手册下册.
冶金工业出版社
4 李心林主编.注册电气工程师考试辅导教材及复习题解(供配电专
业技能部分)(第二版).中国建筑工业出版社