0 引言
在设计中经常会遇到路灯低压配电线路如何进行接地故障保护的问题。国家相关规范对户外照明灯具的接地保护没有明确的要求，对路灯的低压配电系统设计及其接地保护上有很多做法。
路灯低压配电系统具有配电半径长( 一般要几百米，甚至上千米) 、用电负荷分散、行人触及的可能性大等特点。这种低压配电系统发生三相或二相短路故障时，一般用熔断器或断路器即可自动切断电源。接地故障线路较长，故障电流较小，常规的保护装置无法很快地切断故障线路，而路灯由于其安装特点，人容易接触，发生电击的危险很大。
1 路灯低压配电的接地形式路
灯低压配电的接地形式有两种: TN 系统和TT 系统。分析路灯低压配电线路的接地故障，首先要看接地形式。
( 1) TN 接地系统。接地故障保护的目的主要是防止人身间接触电。TN 系统接地故障保护动作特性应符合要求:
式中:
Zs———接地故障回路阻抗( 相-保回路阻抗) ，Ω;
Ia———保证保护电器在规定的时间内自动切断故障回路的动作电流，A;
U0———相线对地标称电压，V。
可以看出，TN 系统对保护动作特性要求的实质是接地故障电流大于或等于保护电器在相应规定时间内切除故障的动作电流，这样保护电器才能有效、可靠地切断故障电流。
TT 接地系统。TT 系统接地故障保护动作特性应符合要求:
式中:
RA———外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻，Ω;
Ia———保证保护电器在规定的时间内自动切断故障回路的动作电流，A。
当采用剩余电流动作保护器( Residual CurrentOperated Protective Device，RCD) 时，Ia为RCD 的额定动作电流IΔn。
保护动作的条件是当外露导电体对地电压达到或超过50V 时保护电器应在规定的时间内动作，这时故障电流Id应大于保护电器的动作电流Ia，即Id = ( 50 /RA) ≥Ia。
2 设置路灯接地故障保护的必要性
路灯和与其类似的户外照明装置在发生接地故障时，无论是哪一种配电方式和接地系统，外露金属构件上预期的接触电压Uc都远大于安全值50V，因此正确地设置接地故障保护，对户外照明装置安全运行非常重要。
3 路灯接地系统接地故障最长切断时间要求及其作用TN 和TT 系统有一共同点，即保护动作的基本条件就是故障电流必须大于或等于保护电器的动作电流。另外，根据IEC 60364-4-41: 2005，作为接地保护的断路器最长切断电源时间如表1所示，其中U0为交流或直流电对地的标称电压。
当TT 系统采用过电流保护电器切断电源，且其保护等电位联结连接到电气装置内的所有外界可导电部分时，该TT 系统可以采用表1 中TN 系统最长的切断电源时间。
不管是TN 还是TT 接地系统，作为接地故障保护的断路器最长切断电源时间都要满足表1的要求。IEC 60364-4-41: 2005[4]同时还要求当采用RCD 作为接地故障保护时，要满足表1 中最长切断电源时间的要求，即故障电流要大于5 倍的RCD 额定剩余动作电流。因此，在接地保护开关和导线规格、长度的选择时，需要满足表1和RCD 对故障电流的要求。
4 以前路灯接地系统多采用TN 系统的原因
TN、TT 系统的接地故障电流取决于故障回路电阻的大小，而接地故障电压则是故障电流在相应电阻上的压降，即TN 系统是故障电流在保护线电阻上的压降，而TT 系统是故障电流在保护线电阻及负荷侧接地极电阻上的压降。很明显，如果暂不考虑故障点电阻，TN 系统的故障回路电阻小，故障电流大，优势在于线路首端的过电流保护器能够在规定的时间内切断故障电流，从而可以利用其兼做接地故障保护，而且当本级过电流保护因某种原因拒动，线路上一级过电流保护也能够动作，起到故障后备保护的作用; TT系统的故障回路电阻大，严重地遏止故障电流的大小，这时故障电流通常很小，而不能使线路首端的过电流保护动作，当然更无后备保护。因此，TN 系统设计简化，不用专门设置接地故障保护，而TT 系统往往要增加剩余电流断路器作接地故障保护。而且TN 系统接地形式在民用建筑的单体设计中应用也比较多，因此很多人在做路灯照明设计时采用TN 系统，这是不对的。
5 户外路灯采用TN 接地系统存在的问题分析
( 1) 过去TN 接地系统中均采用接零保护，即将金属灯柱及座箱等与系统的PE 线或PEN线相接，此时若发生接地故障，其接地电流Id =U/Zo，其中Zo为相-零回路阻抗，对于路灯常用的小截面电缆，其值一般为1 Ω/km 左右。故理论上Id可达到百安培。但实际上如果故障点发生的不是金属性接地故障，接地点的接地电阻难以预测。故障点如果不熔焊，可能产生电弧、电火花，其具有很大的电阻，使故障接地电流大幅降低，这样保护电器不能动作或延迟很久才动作。另外，故障点的电弧、电火花温度可能很高，易引燃附近的可燃物，存在电气火灾隐患。故线路的保护装置也很难可靠动作。灯柱及座箱上会长时间带有危险电压，并且这种电压还可能通过PE 线或PEN 线传到系统的所有灯柱和座箱。从某种意义上讲，其危及的面会更广。
( 2) 采用TN 接地系统时，所有的路灯或其他的户外照明装置的外壳都是通过PE 线而相互连通的，而PE 线又是与电源侧相连的，当户外的某一灯具或电源侧发生接地故障时，故障电压可沿PE 线传导至其他与PE 线相连的所有设备及装置( 包括路灯) 的外壳上，户内与PE 线相连接的装置外壳虽然也带故障电压，但由于户内的等电位联结，人体可同时触及的可导电部分电位差很小，可以保证在触及带故障电压的设备外壳时不触电; 户外照明装置处于无等电位联结场所，此故障电压与地面零电位的电压差形成接触电压，如果该接触电压高于50 V( 考虑到户外可能存在的潮湿环境，应取25V) ，是不安全的。
以上TN 系统存在的第一个问题是极个别的，但绝不能轻视，第二个问题时解决问题的关键在于当户外的某灯具或电源侧发生接地故障时，电源侧或每个灯具所带的保护电器能及时有效地将故障电流切掉，这就需要保证故障电流足够大，能使保护电器动作，即满足Idmin≥1. 3Iset3，其中Idmin为被保护线路末端接地故障电流，Iset3为低压断路器瞬时过流脱扣器的整定电流。对于TN 接地系统，要提高接地故障的灵敏度，可以通过选用Dyn11 接线组别变压器，加大相导体及接地保护导体的截面积，采用带短延时过电流脱扣器的断路器和带接地保护的断路器等措施。对于本节提到的，在极个别情况下接地故障电阻也有可能变得很大，数值不确定，使得故障电流变小，保护电器不动作。在提高接地故障灵敏度的方法中，最可靠的做法是每个灯具加CD 保护，而RCD 的额定电流不应大于6A，剩余电流为30mA。
6 户外路灯采用TT 接地系统存在的问题分析
(1)TT接地系统中均采用接地保护，即将金属灯柱及座箱等接地，此时若发生接地故障，其接地电流为
若ro=4Ω，rd=10Ω，由式(4)得Id=15.7A。
该故障电流通常还不足以使熔断器或断路器动作或迅速动作。如果采用断路器做接地故障保护，故障电流必须满足Idmin≥1.3Iset3。如果瞬时过电流脱扣器的整定值取长延时过电流脱扣器的5倍，断路器长延时脱扣器的整定值≤2.4A时才能满足要求，显然不合适。灯柱座箱对地电压Ud=Urd/(ro+rd)=157V。该电压足以使触及的行人发生电击。因此，采用TT接地系统的路灯配电回路的电源侧须采用RCD。当户外照明装置发生接地故障时，PE线上流过故障电流，RCD内流过相线和N线的电流并不相同，而是相线、N线、PE线电流的矢量和。如果RCD内存在不平衡电流，脱扣器动作。
电源侧的RCD剩余电流一般取100mA或300mA。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都在不断改变出现故障时故障回路的电流，使得不动作或误动作的情况时有发生。
7 结语
户外灯具的接地形式现在还没有一个定论，户外灯具在各种环境下的正常泄漏电流也没有权威可信的数据可依据。建议对于电话亭、候车亭、广告牌等类似的配套照明设备设30mARCD作为附加保护，户外每一路灯处设置RCD作为接地故障主保护，电源处根据一般原则选择TN、TT接地系统后，设置断路器或RCD作为接地故障的后备保护。
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