顧新艷

南通市城市照明管理處，江蘇 南通 226006

0 引言

目前，因路燈桿漏電導(dǎo)致路人電擊死亡的新聞報(bào)道較多，造成許多路人的恐慌情緒，這對(duì)于城市穩(wěn)定發(fā)展具有不利影響。為了保障室外照明設(shè)施的安全性，減少漏電事故的發(fā)生，保障路人的安全，文章對(duì)照明設(shè)施現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)比了TN-S 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)，并介紹了筆者單位和一家社會(huì)范圍合作開發(fā)的新型漏電監(jiān)測設(shè)備，希望能夠結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)，為城市照明事業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 照明設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 電纜絕緣層受損嚴(yán)重

照明設(shè)施處于室外，天氣環(huán)境多變，特別是夏季溫度太高，照明設(shè)施運(yùn)行在較高的溫度和濕度下，電纜的絕緣層可能發(fā)生老化、擊穿，導(dǎo)致燈桿和電纜出現(xiàn)漏電現(xiàn)象[1]。尤其在雷雨天，因道路積水，照明設(shè)施，如電纜井、路燈燈桿等用電設(shè)施的電源連接點(diǎn)浸泡在水中，加上接頭處纏繞的防水絕緣膠帶日久老化，很容易造成漏電傷人事故。由于高溫、惡劣環(huán)境等客觀因素的影響，電纜絕緣層受損嚴(yán)重。

1.2 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器難以推廣

目前，有些單位為防范照明設(shè)施電纜因漏電而造成電擊傷人事故，在照明控制箱內(nèi)每根出線電纜處加裝剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，一旦發(fā)生漏電，立刻跳閘，切斷該回路電源。但是因該保護(hù)器動(dòng)作靈敏，電纜接頭受潮導(dǎo)致絕緣性能下降，保護(hù)器經(jīng)常誤動(dòng)作，導(dǎo)致照明設(shè)施大片關(guān)燈[2]。每次都要人工檢查恢復(fù)，工作量大，剩余電流動(dòng)作保護(hù)器很難在照明設(shè)施上推廣運(yùn)用。甚至有些照明設(shè)施管理單位，之前已經(jīng)在控制箱內(nèi)安裝了剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，后因該保護(hù)器頻繁跳閘，最后都進(jìn)行拆除，不再使用。

1.3 路燈低壓配電系統(tǒng)安全性低

照明設(shè)施接地故障安全保護(hù)的設(shè)置與其配電系統(tǒng)的接地形式有直接關(guān)系，合理采用接地形式，做好室外照明裝置的接地故障安全保護(hù)，才能保證其用電的安全性和可靠性[3]。室外照明設(shè)施屬于Ⅰ類電擊防護(hù)等級(jí)的用電設(shè)備，其金屬桿體、電氣控制設(shè)備等容易被行人接觸。路燈低壓配電系統(tǒng)送電半徑長（一般為幾百米）、用電負(fù)荷分散，行人觸及的可能性較大，非常危險(xiǎn)。

2 室外照明配電系統(tǒng)的接地形式

城市道路照明的接地方式，按新修訂的《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 45—2015）[4]規(guī)定，宜采用TN-S 或者TT 系統(tǒng)。國際標(biāo)準(zhǔn)要求戶外電氣裝置應(yīng)采用TT 系統(tǒng)，我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在逐步向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

2.1 TN-S 系統(tǒng)

電源端變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過一條導(dǎo)線連接至電源中性點(diǎn)，中性線（N 線）與保護(hù)線（PE 線）分開，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)全部采用單獨(dú)的PE 線[5]。

2.2 TT 系統(tǒng)

電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)接到在電氣上獨(dú)立于電源系統(tǒng)的接地線上，對(duì)于系統(tǒng)配備的PE 可另外增設(shè)接地[6]。

3 接地系統(tǒng)接地故障時(shí)的安全要求

3.1 TN-S 系統(tǒng)

TN-S 系統(tǒng)接地故障保護(hù)動(dòng)作特性應(yīng)符合要求：

式中：Zs為接地故障回路阻抗（相-保回路阻抗），Ω；Ia為保證保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障回路的動(dòng)作電流，A；U0為相線對(duì)地標(biāo)稱電壓，V。

可以看出，TN-S 系統(tǒng)對(duì)保護(hù)動(dòng)作特性要求的實(shí)質(zhì)是接地故障電流大于或等于保護(hù)電器在相應(yīng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)切除故障的動(dòng)作電流，這樣保護(hù)電器才能有效、可靠地切斷故障電流。

3.2 TT 系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)接地故障保護(hù)動(dòng)作特性應(yīng)符合要求：

式中：RA為外露可導(dǎo)電部分的接地電阻和PE 線電阻，Ω；Ia為保證保護(hù)電器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷故障回路的動(dòng)作電流，A。當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（RCD）時(shí)，Ia為RCD 的額定動(dòng)作電流。

保護(hù)動(dòng)作的條件是當(dāng)外露導(dǎo)電體對(duì)地電壓達(dá)到或超過50 V 時(shí)，保護(hù)電器應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，這時(shí)故障電流應(yīng)大于保護(hù)電器的動(dòng)作電流Ia。

4 TN-S 系統(tǒng)與TT 系統(tǒng)對(duì)比

4.1 室外照明安全性方面

4.1.1 TN-S 系統(tǒng)室外照明安全性更高

雖然國家相關(guān)規(guī)范對(duì)戶外照明燈具的接地保護(hù)沒有明確要求，路燈的低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)也有不同做法，但在國內(nèi)，室外照明還是多采用TN-S 系統(tǒng)。主要原因是TN-S 系統(tǒng)的接地故障電流取決于故障回路電阻的大小，而接地故障電壓是故障電流在相應(yīng)電阻上的壓降，即TN-S 系統(tǒng)接地故障電壓是故障電流在保護(hù)線電阻上的壓降如果暫不考慮故障點(diǎn)電阻，TN-S 系統(tǒng)的故障回路電阻小，故障電流大，優(yōu)勢(shì)在于線路首端的過電流保護(hù)器能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷故障電流，從而可以兼做接地故障保護(hù)。而且當(dāng)本級(jí)過電流保護(hù)因某種原因拒動(dòng)，線路上一級(jí)過電流保護(hù)也能夠動(dòng)作，起到故障后備保護(hù)的作用。

4.1.2 TT 系統(tǒng)室外照明安全性較差

TT 系統(tǒng)接地故障電壓是故障電流在保護(hù)線電阻及負(fù)荷側(cè)接地極電阻上的壓降。TT 系統(tǒng)的故障回路電阻大，極大地遏止故障電流，這時(shí)故障電流通常很小，不能觸發(fā)線路首端的過電流保護(hù)動(dòng)作，更無后備保護(hù)。TT系統(tǒng)往往要增加剩余電流動(dòng)作斷路器作接地故障保護(hù)。

4.2 危險(xiǎn)區(qū)域范圍控制方面

4.2.1 TN-S 系統(tǒng)可擴(kuò)大危險(xiǎn)區(qū)域范圍

當(dāng)照明設(shè)施發(fā)生接地故障時(shí)，其外殼上產(chǎn)生的預(yù)期接觸電壓會(huì)超過安全電壓。因其接地故障電流很大，如果保護(hù)電器選用合理，會(huì)立刻動(dòng)作，切斷電源。但在實(shí)際環(huán)境中，如果故障點(diǎn)發(fā)生的不是金屬性接地故障，接地點(diǎn)的接地電阻難以預(yù)測，很可能具有很大的電阻，使故障接地電流大幅降低，保護(hù)器不能立即切斷故障回路，燈桿外殼長時(shí)間帶有危險(xiǎn)電壓。在同一變壓器供電范圍內(nèi)，TN-S 系統(tǒng)內(nèi)PE 線是連通狀態(tài)，任一處發(fā)生接地故障，其故障危險(xiǎn)電壓可沿PE 線傳導(dǎo)至同一配電線路上的其他照明設(shè)施上，擴(kuò)大了危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。因此，TN-S 系統(tǒng)必須作等電位聯(lián)結(jié)來消除沿PE 線傳導(dǎo)來的故障電壓的危害，因此一般不適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所。

4.2.2 TT 系統(tǒng)可控制危險(xiǎn)區(qū)域的范圍

當(dāng)照明設(shè)施發(fā)生接地故障時(shí)，接地故障電流較小，故障電流通常不足以使熔斷器或斷路器動(dòng)作或迅速動(dòng)作。而且對(duì)地故障電壓會(huì)大大超過安全電壓，該電壓可以使觸及的行人發(fā)生電擊。采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器能快速切斷故障回路。即使漏電剩余電流動(dòng)作保護(hù)器未動(dòng)作，由于采用了TT 系統(tǒng)，該接地故障電壓也不會(huì)傳至其他照明設(shè)施，減少了故障電壓的蔓延，縮小了危險(xiǎn)區(qū)域的范圍，降低了碰觸概率，減少了電擊事故。因此，室外照明配電系統(tǒng)的接地形式宜采用TT 系統(tǒng)。而且，TT 系統(tǒng)的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分與電源端接地分開單獨(dú)接地，裝置外殼為地電位且不會(huì)導(dǎo)入電源側(cè)接地故障電壓，防電擊安全性優(yōu)于TN-S 系統(tǒng)，但需要安裝RCD。

4.3 TT 系統(tǒng)保護(hù)器誤動(dòng)作較多

室外如果采用TT 系統(tǒng)，也有比TN-S 系統(tǒng)不可靠的地方。室外照明線路送電距離一般有幾百米，線路本身泄漏電流較大，尤其到了雨雪天氣，夏天雷擊等不確定因素較多，TT 系統(tǒng)的保護(hù)器誤動(dòng)作就會(huì)增多。

從以上分析得出，在戶外照明配電的接地保護(hù)應(yīng)用中，采用哪種接地形式，現(xiàn)在還沒有最優(yōu)辦法。戶外照明設(shè)施在各種環(huán)境下的正常泄漏電流也沒有權(quán)威可信的數(shù)據(jù)可查。從理論上來講，采用TT 系統(tǒng)加剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，在安全性方面比TN-S 系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)，更是一種值得推廣的接地形式。但是，在室外環(huán)境中，TT 系統(tǒng)本身的缺點(diǎn)也特別明顯。如果出現(xiàn)經(jīng)常性的跳閘，這對(duì)照明設(shè)施的正常運(yùn)行和維護(hù)工作會(huì)帶來極大影響。目前國內(nèi)還是優(yōu)先采用TN-S 系統(tǒng)，很少采用TT 系統(tǒng)。

5 新型漏電監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)

目前照明設(shè)施TN-S 系統(tǒng)接地系統(tǒng)使用中還是存在不足之處，比如不能迅速處理漏電安全的問題。如何才能既避免漏電傷人事故的發(fā)生，又能減少維護(hù)人員的工作量、保障照明設(shè)施正常運(yùn)行，這一直是困擾照明行業(yè)人員的問題。針對(duì)這個(gè)問題，筆者所在單位和一家社會(huì)單位合作開發(fā)了一套照明設(shè)施新型漏電監(jiān)測裝置，專門用來解決照明設(shè)施漏電的問題。

5.1 監(jiān)測原理

漏電監(jiān)測用零序電流互感器作為取樣元件，發(fā)生接地故障時(shí)，各相電流的矢量和不為零，零序電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)電流被智能監(jiān)測設(shè)備檢測到。當(dāng)超過設(shè)定的閾值時(shí)，執(zhí)行單元?jiǎng)幼鳎袛嘞鄳?yīng)的供電輸出，達(dá)到保護(hù)的目的。

5.2 實(shí)現(xiàn)功能

5.2.1 監(jiān)測配電箱端

對(duì)配電箱內(nèi)每個(gè)路燈支路電纜的漏電電流進(jìn)行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)漏電電流超過預(yù)定的漏電閾值，智能監(jiān)控終端會(huì)自動(dòng)斷開相應(yīng)的斷路器，停止向該支路電纜供電，并向監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)，將相關(guān)漏電信息報(bào)送給單位的值班控制中心。控制中心立刻派出維護(hù)人員到現(xiàn)場處理故障。待專業(yè)維護(hù)人員到現(xiàn)場排除故障后，由監(jiān)控中心復(fù)位報(bào)警信號(hào)，恢復(fù)到正?？刂茽顟B(tài)。

5.2.2 監(jiān)測路燈燈桿端

對(duì)路燈燈桿內(nèi)的電纜線漏電流進(jìn)行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)燈線漏電流超過預(yù)設(shè)的漏電閾值，燈桿智能監(jiān)測報(bào)警控制器將自動(dòng)切斷該路燈電源，并向監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)。專業(yè)人員去現(xiàn)場排除故障后，再恢復(fù)正?？刂茽顟B(tài)。

5.2.3 智能監(jiān)控中心

智能監(jiān)控中心可以定時(shí)采集各處配電箱內(nèi)每個(gè)支路電纜有無漏電流數(shù)據(jù)，可遠(yuǎn)程修改各智能監(jiān)測終端的監(jiān)測報(bào)警控制器的漏電閾值。對(duì)監(jiān)測或接收到的漏電報(bào)警信息可以通過短信發(fā)送給相關(guān)管理人員。可對(duì)報(bào)警復(fù)位，遠(yuǎn)程重新送電，管理人員可以通過手機(jī)App 查看個(gè)監(jiān)測點(diǎn)相關(guān)信息。

5.3 運(yùn)行效果

目前，該新型漏電監(jiān)測系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行了2 年多，在平時(shí)的運(yùn)行中，時(shí)刻對(duì)照明線路進(jìn)行漏電監(jiān)測，解決了照明設(shè)施漏電問題，可以準(zhǔn)確、及時(shí)地控制電源輸出，達(dá)到漏電保護(hù)效果。該套系統(tǒng)可以將漏電保護(hù)的動(dòng)作電流值顯示在控制中心的電腦上，根據(jù)現(xiàn)場每條線路的實(shí)際狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，比傳統(tǒng)的漏電保護(hù)器更加智能、可靠。管理人員可以根據(jù)系統(tǒng)日常記錄的漏電數(shù)據(jù)分析判斷電纜老化、損傷的程度，立即停運(yùn)嚴(yán)重漏電回路，修復(fù)后再運(yùn)行。

截止到目前，全市照明控制箱內(nèi)已有70%的電纜線路安裝了該新型漏電監(jiān)測裝置，爭取盡快做到照明設(shè)施線纜全覆蓋。

6 結(jié)束語

通過以上分析，文章發(fā)現(xiàn)在城市照明設(shè)施系統(tǒng)中，無論是采用TN-S 系統(tǒng)還是TT 系統(tǒng)，都存在一定的不足。即使大量采用TN-S 系統(tǒng)，在漏電安全方面還是不能做到萬無一失，安全隱患仍然存在。在安全故障不能及時(shí)排除的情況下，針對(duì)仍然存在的安全隱患，只能采取主動(dòng)監(jiān)測手段。因此文章提出了一種新型實(shí)用漏電監(jiān)測裝置來專門解決照明設(shè)備漏電問題。實(shí)驗(yàn)證明這一裝置既提高了照明設(shè)施運(yùn)行的安全性，又實(shí)現(xiàn)了城市照明管理智能化，對(duì)城市照明設(shè)施的安全管理具有重要的意義。