簡析路燈電擊的選型及安全問題

　　劉丹
 

　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 

　　摘要：介紹了路燈設計安全防護的幾個要點，簡單分析了路燈低壓配電接地系統形式TN-S和TT的選擇及剩余電流保護裝置在路燈設計中設置的必要性，列舉了路燈燈具和燈桿的一些安全技術質量要求。
 

　　關鍵詞：路燈配電系統接地形式；剩余電流保護裝置；路燈室外防護；路燈安全用電
 

　　0引言
 

　　隨著我國經濟的飛速發展，全國城鎮化不斷加速，農村公路也不斷修建，路燈幾乎已經遍布城市農村的每個角落，為我們夜間出行發揮著至關重要的作用，在我們生活中已經*。但正是由于路燈分部之廣，深入到我們的日常生活當中，每個人每天都有可能與路燈接觸，路燈燈桿一般也為導電金屬桿，路燈可能帶來的電擊安全問題也變得尤為重要，路燈照明設計則要盡量減少電擊發生的可能性，當發生電擊事故時能及時切斷電源，確保人身安全。
 

　　1路燈設計安全防護要點
 

　　路燈安裝在戶外條件，受日曬雨淋，發生短路接地故障在所難免，故在滿足照明功能的前提之下，故障防護則成為了重中之重。防范路燈電擊事故的措施：(1)盡可能的減少與故障路燈的接觸；(2)當發生電擊事故時及時切斷電源保護人身安全；(3)確保路燈質量，滿足路燈防護等級要求。
 

　　2正確選擇路燈低壓接地系統，減少路燈故障傳導
 

　　低壓接地系統分TN、TT、IT三種類型。TN系統按中性線和PE線的不同組合方式又分為TN-C系統、TN-S系統、TN-C-S系統。IT系統主要用于對不間斷供電和防電擊有高要求的場所，如醫院室、電力煉鋼等，路燈供電系統一般不會采用。實際路燈工程設計中路燈低壓接地系統多采用了TN-S和TT系統，那么兩種接地系統哪個更適用于路燈低壓供電我們做一下比較分析。TN-S系統接地形式見圖1：
 

圖1
 

　　當TN-S系統某一回路發生接地故障時，其故障電流通過回路的PE線金屬通路返回電源，回路故障電流較大，在PE線上大電流產生的電壓降形成的接觸電壓Uf至少為110V，大大超過接觸電壓限值50V，如果防護電器失效不動作，故障持續時間過長，這時人體接觸路燈金屬燈桿，就有可能導致間接接觸電擊至死亡事故，而又因為低壓接地系統采用TN-S系統，所有路燈燈桿均與PE先連接，故障電壓Uf會沿PE線傳導到其他未發生故障的路燈外露金屬燈桿上，路燈一般間隔30~40米設置一套，行人接觸故障電壓的幾率就會大大增減，電擊事故發生的可能性就很高。
 

　　TT系統接地形式見圖2：
 

圖2
 

　　當TT系統某一回路發生接地故障時，其故障回路內除部分是金屬導體外，還串聯有電源側系統接地電阻和路燈外露可導電部分保護接地電阻。其回路阻抗較TN系統的故障阻抗大，故障電流相對較小。由于每套路燈單獨設置接地，故障電壓不會亂串，只有發生接地故障的那套路燈會帶故障電壓Uf，其他路燈均安全可靠，行人接觸故障電壓的幾率就會大大減小，電擊事故發生的可能性也就隨之降低。
 

　　3及時切斷故障電源保證人身安全
 

　　當路燈發生接地故障時，故障回路就會產生故障電流Id，當故障電流流過保護電器時，保護電器跳閘，斷開故障回路。但是路燈供電距離一般都比較長，路燈配電回路阻抗較大，故障回路故障電流Id較小，故障電流能否保證斷路器可靠動作就需要校驗。我們計算一下路燈供電回路的故障電流作簡單的分析。
 

　　當路燈低壓配電系統采用TN-S時，發生接地故障如下圖3所示：
 

圖3
 

　　假設路燈供電距離為800米，由于路燈供電電纜較長，電壓損失較大，并考慮到電纜機械強度的要求，路燈供電電纜一般選用截面為16平方毫米的電纜，斷路器長延時整定值Iset1設為32A。查《建筑電氣常用數據》04DX101-1得線纜電阻為1.359Ω/km，忽略線纜電抗，則ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，ZPE=1.359x0.8=1.0872Ω，設RA=4Ω，RB=4Ω：
 

　　Id=UO/[ZL+ZPE//(RA+RB)]=220/[ZL+ZPE//(4+4)]=107.6A。
 

　　式中：ZL—相線阻抗ZPE—PE線阻抗RA—保護接地電阻RB—系統接地電阻。
 

　　UO—相對地電壓Id—接地故障電流。
 

　　斷路器瞬動整定值Iset3=10Iset1=320A，由于接地故障電流僅為107.6A，發生接地故障時斷路器不會動作。所以加設剩余電流動作保護器RCD才能確保斷路器可靠動作，切斷供電回路。
 

　　當路燈低壓配電系統采用TT系統時，發生接地故障如下圖4所示：
 

圖4
 

　　同樣假設路燈供電距離為800米，路燈供電電纜選用截面為16平方毫米的電纜，斷路器長延時整定值Iset1設為32A。查《建筑電氣常用數據》04DX101-1得線纜電阻為1.359Ω/km，忽略線纜電抗，則ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，設RA=4Ω，RB=4Ω:Id=UO/(ZL+RA+RB)=220/(1.0872+4+4)=24.2A。
 

　　根據《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》GB13955-2005第4.2.2.2條TT系統的電氣線路或電氣設備裝設剩余電流保護裝置作為防電擊事故的保護措施。路燈回路設帶剩余電流動作保護的斷路器，動作電流30mA，動作時間<0.1S，當發生接地故障時，剩余電流動作保護器能及時可靠的切斷供電回路，保證人身安全。
 

　　由此可見，TT系統要比TN-S系統發生電擊事故的概率低很多。《城市道路照明設計標準》CJJ45-2015第6.1.8道路照明配電系統的接地形式應采用TT系統或TN-S系統。規范并未強制要求使用TT系統，很多設計人員在設計中使用TN-S系統，由于路燈安裝在室外條件，路燈供電回路斷路器容易誤動作，供電回路保護開關也未設剩余電流動作保護裝置RCD，這樣就大大增加了人身電擊事故發生的可能性。而使用TT系統則更加安全可靠，即使發生接地故障時，保護開關未動作，故障也不會傳到，僅故障路燈帶故障電壓，人接觸故障電壓的可能性就降低，其余路燈不會導致人身電擊事故。
 

　　4確保路燈質量，滿足路燈防護等級要求
 

　　路燈安裝在戶外，環境條件交差，故路燈燈桿及燈具質量就為重要。路燈燈桿材質及技術參數、性能指標不應于Q235-A。燈桿表面均應采用熱鍍鋅防腐、噴塑工藝。燈桿焊接連續焊通，不允許點焊、虛焊、漏焊。燈桿表面噴塑處理，處理后要求表面色澤一致，應無脫落現象，表面噴塑保持期不應小于10年。燈桿的所有連接部件為不銹鋼材料，有防止挑臂轉動的措施。
 

　　燈具的防護等級不應低于IP65，燈具效率應大于75%。燈體金屬構件應進行防腐處理，燈具配備防墜落裝置及散熱措施。透明罩應采用高強度聚碳脂復合材料或高強度鋼化玻璃。燈具的機械強度、耐熱性能、電氣絕緣性能滿足《燈具部分：一般安全要求與試驗》GB7000.1-2015和《燈具第2-3部分：特殊要求道路與街路照明燈具》GB7000.203-2013的相關要求。
 

　　5安科瑞路燈安全用電平臺介紹
 

　　5.1平臺架構
 

　　對路燈控制箱進行監測，通過監測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況
 

　　直接接入ARCM310儀表，監控每個路燈的電壓、電流等電參量進行預警和報警，也可設置定時通斷時間并遠程控制路燈通斷
 

5.2平臺介紹
 

　　安科瑞路燈安全用電監測預警系統通過物聯網技術對安裝在城市各區域路燈的用電狀態進行不間斷地數據監測。安全用電通過監測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態，平臺都能進行監測和預警，預警信息通過手機APP推送，短信，語音電話和郵件等，時間到達責任人的身邊，提醒運行人員接觸器跳閘，電源失壓等等。平臺也可以設置開合閘時間，每天定時控制路燈控制器的啟動和關閉。
 

　　1.監測路燈的開閉，使用時長，非工作時間開啟，或開啟時間過短，則進行預警；
 

　　2.監測路燈的電流電壓工作狀態，可以分級設置預警值和報警值，當超出閾值范圍時進行預警和報警，
 

　　3.判斷路燈功率和線路損耗，當電流超出閾值范圍時進行預警；
 

　　4.可以設置路燈的異常個數，超出異常個數進行預警通知；
 

　　5.對路燈回路的漏電流和導線溫度進行監測，如果漏電過大，線纜溫度過高則進行預警或報警；
 

　　6.可以設置開合閘時間，定時對路燈控制器進行操作，觸發頻率可以設置成一次或者每天。
 

　　7.多種開關燈執行方案設定，可設置普通(平時)方案、周末方案、節(假)日方案、臨時方案，并可設定方案執行的方式和優先級；
 

　　8.自動開關燈管理可選擇定時模式、按季節變化的日出日落自動跟隨模式、光照度輔助開關燈模式；
 

　　9.能夠自動進行亮燈率計算，形成亮燈率報表首頁
 

　　消息提醒顯示需要處理的任務及報警消息
 

　　隱患統計以曲線圖的方式展示當月隱患數量
 

　　地圖顯示相關點位
 

　　監控模塊提供數據監控監控功能，包含大數據調度和統計。
 

地圖顯示
 

　　設備監控可以按監控設備識別號、項目篩選，顯示設備識別號、設備詳情、設備實時數據點擊“設備”后進入設備實時數據頁面。可查看歷史曲線，巡檢記錄，報警信息，控制日志和、視頻監控
 

隱患管理包括隱患巡查、隱患派發、隱患處理、隱患分析
 

運維管理
 

能耗分析
 

       5.3產品選型介紹
 

       5.4功能介紹

 

　　智慧用電在線監控裝置是針對0.4kV以下的TT、TN系統設計的智能電力裝置，具有單、三相交流電測量、四象限電能計量、諧波分析、遙信輸入、遙信輸出功能，以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理。
 

　　應用：用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等
 

　　ARCM310功能：ARCM310智慧用電在線監控裝置(以下簡稱裝置)是針對0.4kV以下的TT、TN系統設計的智能電力裝置，具有單相交流電測量、漏電監測、溫度監測、內控開合閘以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理。
 

　　裝置采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑監控裝置預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。作為一種先進的智能化、數字化的采集元件，該裝置已廣泛應用于學校、醫院、商場、銀行、古建筑等眾多場所。
 

ARCM310圖片
 

　　GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠程無線數據采集設備，采用嵌入式設計，內嵌TCP/IP協議棧，同時采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗，性能可靠穩定。
 

　　本產品提供標準RS485數據接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設備的數據采集，并且與安科瑞服務器進行通訊，
 

GSM400-4G圖片
 

　　5.5用戶體驗
 

       5.6現場安裝
 

       6結語

 

　　經上述分析，正確選擇路燈低壓供電系統接地形式與保障路燈燈桿、燈具質量是保障路燈安全可靠運行的關鍵。TT形態較TN-S系統更加安全可靠，路燈設計是應盡量使用TT系統，減少電擊發生概率。只有保證了路燈安全可靠的運行才能更好的發揮路燈在我們生活中的舉足輕重的作用，保證我們夜間出行的需求。
 

　　【參考文獻】
 

　　[1]尤冬.淺析路燈電擊安全問題
 

　　[2]王厚余.《低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗》第三版中國電力出版社.
 

　　[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版