許 濤

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

煤礦工業(yè)場(chǎng)地道路照明的主要功能是為煤礦工業(yè)場(chǎng)地提供符合規(guī)范的照明質(zhì)量以及滿足各種生產(chǎn)、生活車輛和行人的適合照度和亮度。隨著現(xiàn)代化礦井對(duì)亮化工程及景觀照明的需求不斷提高，當(dāng)今的煤礦場(chǎng)地道路照明不僅作為礦井安全生產(chǎn)、場(chǎng)內(nèi)交通安全、車輛有序運(yùn)行的必要保障，同時(shí)也承擔(dān)著美化場(chǎng)區(qū)環(huán)境、方便人員活動(dòng)的使命。因此場(chǎng)內(nèi)道路照明覆蓋面變得更大、系統(tǒng)變得比以前更為復(fù)雜，隨之而來(lái)的是照明用電安全問(wèn)題也日益突出。

工業(yè)場(chǎng)地道路照明配電系統(tǒng)的選擇、保護(hù)裝置參數(shù)的設(shè)定，決定著路燈系統(tǒng)的安全、維護(hù)成本、系統(tǒng)可靠等諸多管理問(wèn)題，值得重視和探究。

1 道路照明接地系統(tǒng)

配電系統(tǒng)的接地方式分為IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，其文字符號(hào)的第一個(gè)字母表示電源端帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系：T表示直接接地，I表示對(duì)地絕緣或經(jīng)高阻抗接地；第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系：T表示直接接地，N表示通過(guò)與接地的電源中性點(diǎn)的連接而接地。其中TN系統(tǒng)按中性線和PE線的不同組合方式又分為T(mén)N-C、TN-S和TN-C-S三種類型：TN-C的N線和PE 線在全系統(tǒng)內(nèi)是合一的；TN-S的N線和PE 線在全系統(tǒng)內(nèi)是分開(kāi)的；TN-C-S系統(tǒng)中，在電氣裝置電源進(jìn)線前N線和PE 線是合一的，電源接入電氣裝置后N線和PE 線分開(kāi)[1]。

《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)第6.1.8條規(guī)定：“道路照明配電系統(tǒng)的接地形式應(yīng)采用 TT 系統(tǒng)或 TN-S 系統(tǒng)”。

對(duì)于常用于照明配電的TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng)，由于這兩種接地方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，道路照明應(yīng)采用何種接地方式，一直存在爭(zhēng)議。文獻(xiàn)[2]認(rèn)為在路燈照明配電系統(tǒng)中采用TN-S接地系統(tǒng)優(yōu)于TT系統(tǒng)。其理由是：由于TT系統(tǒng)漏電電流較小，存在漏電時(shí)保護(hù)開(kāi)關(guān)并不跳閘，需要增設(shè)漏電保護(hù)器，從而增加了成本；而TN-S系統(tǒng)中一旦設(shè)備外殼帶電，大的短路電流會(huì)很快引起保護(hù)元件動(dòng)作，因而比較安全且節(jié)省安裝費(fèi)用[2]。文獻(xiàn)[3]則從TN-S系統(tǒng)的主要特點(diǎn)以及《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求角度對(duì)道路照明配電采用何種接地方式進(jìn)行了比較，也認(rèn)為用TN-S接地系統(tǒng)優(yōu)于TT系統(tǒng)，認(rèn)為T(mén)T系統(tǒng)由于需要增設(shè)漏電保護(hù)裝置而提高了維護(hù)成本，只有在利用原有三相四線制的供電線路條件下進(jìn)行路燈設(shè)施建設(shè)時(shí)才只能采用TT系統(tǒng)[3]。不過(guò)，隨著國(guó)內(nèi)的財(cái)力增長(zhǎng)和國(guó)產(chǎn)電氣設(shè)備的性能提高，特別是在電氣行業(yè)知名專家的大力推崇下，道路照明采用TT系統(tǒng)逐漸成為共識(shí)。 例如，任元會(huì)認(rèn)為T(mén)N-S這種接地方式用于道路照明存在導(dǎo)致電擊的不安全因素和配電線路保護(hù)的靈敏性難以滿足要求等問(wèn)題；而TT方式由于選用剩余電流保護(hù)器，動(dòng)作電流小，更能保證安全，而且TT系統(tǒng)相比TN-S系統(tǒng)在線路敷設(shè)時(shí)節(jié)省一根PE線，雖然TT方式需要燈桿接地，但由于多數(shù)使用金屬燈桿或鋼筋混凝土燈桿，接地條件良好，且TT方式的接地電阻要求不高，比TN方式的重復(fù)接地要求相比，并不會(huì)增加費(fèi)用[4-8]。王厚余則認(rèn)為：“世界上沒(méi)有最好的接地系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的接地系統(tǒng)”[7]。

2 煤礦工業(yè)場(chǎng)地道路照明配電系統(tǒng)接地系統(tǒng)選擇

煤礦工業(yè)場(chǎng)地總平面布置根據(jù)生產(chǎn)工藝流程特證，結(jié)合地形條件，按其功能分區(qū)組合，結(jié)合人流、物流及氣候等因素靈活布置。工業(yè)場(chǎng)地道路是聯(lián)接各個(gè)生產(chǎn)、辦公、生活區(qū)域的通道，場(chǎng)內(nèi)道路分為主干道、次干道和支道三種，其主要特征是道路相對(duì)集中、長(zhǎng)度相對(duì)較短。既具有道路照明的特點(diǎn)，又不完全同于一般的道路照明。和一般的道路照明相比，煤礦工業(yè)場(chǎng)地有諸多生活設(shè)施，是人員活動(dòng)的中心，因此其供電安全性、可靠性尤為重要[9，10]。

TN-S接地系統(tǒng)用于戶外照明由于很難作等電位聯(lián)結(jié)而難以保證安全性。采用TN-S接地系統(tǒng)的路燈照明回路中，燈具、電桿、配電盒等的外露導(dǎo)電部分通過(guò)PE線接到配電變壓器中性點(diǎn)接地，當(dāng)同一變壓器的配電系統(tǒng)內(nèi)其他部分發(fā)生對(duì)地短路故障時(shí)，故障電流經(jīng)大地流回變壓器中性點(diǎn)，使中性點(diǎn)電位升高，這種高電位會(huì)通過(guò)PE線傳到燈桿等處露導(dǎo)電部分，對(duì)人身安全造成威脅，尤其是陰雨天氣等情況下存在較大隱患[11-13]。

此外，TN-S接地系統(tǒng)用于戶外照明時(shí)配電線路保護(hù)的靈敏度難以保障。由于工業(yè)場(chǎng)地道路照明負(fù)載分散，照明線路相對(duì)其他供電負(fù)荷來(lái)說(shuō)較長(zhǎng)，如果線路末端發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，故障電流很小，位于電源端的保護(hù)元件不動(dòng)作，不能迅速切斷短路故障電流。

例如，某礦工業(yè)場(chǎng)地一照明回路，線路總長(zhǎng)度1200m，每間隔20m安裝一盞功率為400W的路燈，燈具功率因數(shù)0.85，線路額定計(jì)算電流Ie計(jì)算如下：

線路選用YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜供電。電源端保護(hù)元件選用長(zhǎng)延時(shí)脫口電流63A的斷路器(瞬時(shí)脫扣器整定電流315A)或63A的熔斷器。查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》得YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜參數(shù)

路末端短路時(shí)，單相短路電流如下：

=3246.98mΩ

(1)

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50054—2016)規(guī)定，TN系統(tǒng)中，電源端保護(hù)元件為斷路器時(shí)，瞬時(shí)脫扣電流應(yīng)大于瞬時(shí)脫扣器整定電流的1.3倍，即315×1.3=409.5A；保護(hù)元件為熔斷器時(shí)，5s內(nèi)熔斷器熔斷電流應(yīng)大于5倍的熔斷器額定電流，即63×5=315A。而上述計(jì)算表明，1200m長(zhǎng)的照明線路的單相短路電流Id=67A，熔斷器和帶瞬時(shí)脫扣的斷路器，都不能滿足保護(hù)靈敏度的要求[14，15]。

相比于TN-S系統(tǒng)，TT系統(tǒng)的接地故障電流更小，保護(hù)元件使用熔斷器或斷路器無(wú)法滿足規(guī)范要求，必須在配電回路中加裝剩余電流保護(hù)器(RCD)。由于RCD的動(dòng)作電流可以設(shè)定在幾百甚至幾十毫安，在漏電值達(dá)到不安全程度之前就可以迅速動(dòng)作，能夠更好地防止觸電事故和引起火災(zāi)事故發(fā)生。

鑒于以上原因，目前多數(shù)煤礦工業(yè)場(chǎng)地的道路照明配電系統(tǒng)采用了TT接地方式。

3 煤礦工業(yè)場(chǎng)地道路照明配電系統(tǒng)采用TT接地系統(tǒng)需注意的問(wèn)題

雖然TT接地方式是比較適用于煤礦工業(yè)場(chǎng)地道路照明的，但采用TT系統(tǒng)也存在不少問(wèn)題，需要特別注意。

3.1 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器動(dòng)作電流的設(shè)定

剩余電流保護(hù)檢測(cè)的是三相電流加中性線電流的相量和，電線路正常運(yùn)行時(shí)剩余電流只是線路的漏泄電流，該電流值一般很小，即：

為了保證接地故障時(shí)剩余電流保護(hù)器能夠可靠動(dòng)作，《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50054—2016)規(guī)定了剩余電流保護(hù)整定值Iset和故障電流Id必須滿足的的關(guān)系，即：Id≥1.3Iset。

一般情況下場(chǎng)地照明回路剩余電流保護(hù)動(dòng)作值整定到幾百毫安甚至1A。在場(chǎng)地照明配電回路中，線路末端單相接地故障單流Id最小可達(dá)幾十安，這個(gè)條件是很容易滿足的，也就是說(shuō)剩余電流保護(hù)器的動(dòng)作可靠性是很容易實(shí)現(xiàn)的。

3.2 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器靈敏度校驗(yàn)

表2 220/380V單相及三相線路埋地、穿管敷設(shè)線路每千米泄露電流 mA/km

如前例中，YJV-0.6/1 3×25+1×16mm2電纜，每千米漏泄電流約為70mA，照明線路在700m長(zhǎng)度時(shí)線路漏泄電流為49mA，剩余電流保護(hù)整定值Iset可整定為150mA；線路長(zhǎng)度在2000m線時(shí)路漏泄電流為140mA，剩余電流保護(hù)整定值Iset可整定為400mA。以防止剩余電流保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3 TT系統(tǒng)的中性線不可重復(fù)接地

TT系統(tǒng)的中性線除在變壓器低壓出線端做一次系統(tǒng)接地外，不得再重復(fù)接地。因?yàn)門(mén)T系統(tǒng)的中性線重復(fù)接地，部分中性線上的負(fù)載電流將經(jīng)大地返回電源而成為雜散電流。這一雜散電流會(huì)引起回路首端的RCD誤動(dòng)作，所以TT系統(tǒng)中性線重復(fù)接地的供電線路上是不能裝設(shè)RCD用以發(fā)生接地故障時(shí)切斷電源或報(bào)警的[7]，而如果供電線路不設(shè)置接地保護(hù)是存在很大的安全隱患的。

N線重復(fù)接地產(chǎn)生的雜散電流，還會(huì)對(duì)地下的金屬構(gòu)件、管道等造成電解腐蝕，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)甚至?xí)茐脑O(shè)備或降低運(yùn)行性能。

對(duì)TT系統(tǒng)的中性線重復(fù)接地，有可能將N線與電氣裝置的外露導(dǎo)電部分的保護(hù)接地間接地產(chǎn)生電氣關(guān)聯(lián)，而將TT系統(tǒng)隱性地轉(zhuǎn)化為T(mén)N-C-S系統(tǒng)。這種由TT系統(tǒng)隱性轉(zhuǎn)化來(lái)的TN-C-S系統(tǒng)，往往帶有TN-C-S型式的缺陷而又不具備該型式的優(yōu)點(diǎn)，也不會(huì)采用TN-C-S型式的安全防護(hù)措施，因此采用N 線重復(fù)接地的TT型式安全性無(wú)法得到有效保證[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤礦工業(yè)場(chǎng)地道路照明配電回路，宜選用帶有剩余電流保護(hù)器的TT系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足線路末端單相接地故障保護(hù)要求，保證用電安全。需要注意的是，剩余電流保護(hù)器的整定電流應(yīng)按照線路長(zhǎng)度及導(dǎo)線選材進(jìn)行合理計(jì)算或者實(shí)際測(cè)量后確定，不能籠統(tǒng)的整定為30mA，否則將會(huì)引起線路剩余電流保護(hù)器誤動(dòng)作。