城市道路照明回路保护电器的参数选择以及新型智能漏电保护器

城市道路照明回路保护电器的参数选择以及新型智能漏电保护器

康华志

济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司广州分公司

  广东广州 510000

摘要：在城市道路照明设计中，存在供电线路较长、负荷较小且分散的特点，照明低压出线回路设塑壳断路器和电磁式剩余电流动作保护器（RCD），作为短路和接地故障防护，确保照明配电系统安全可靠，保证道路行人人身安全。本文分析了塑壳断路器和电磁式剩余电流动作保护器（RCD）的参数选择，并介绍了新型智能漏电保护器。

关键词：塑壳断路器、剩余电流动作保护器（RCD）、新型智能漏电保护器

（一）道路照明配电系统接地方式

主要为TN-S系统及TT系统。

（1）道路照明采用TN-S系统，变压器中性点直接与接地极相连，电气设备（1类）的外露可导电部分都用PE线连接到同一个接地电极上，保护功能由一根N线导体、一根PE线导体分离设置提供。

（2）道路照明采用TT系统，变压器中性点直接与接地极相连，电气设备（1类）的外露可导电部分连接到一个独立的接地电极上,并与系统电源中性点接地完全分开并保持一定距离，保护功能由一根N线导体提供。

（二）塑壳断路器参数选择

在城市道路照明设计中，供电线路较长,导致道路照明线路中的最小短路电流值远远小于短路瞬时电流整定值数值，为了避免保护死区，设置三段保护塑壳断路器及剩余电流动作保护器（RCD）。

（1）塑壳断路器分热磁式、电子式脱扣器两种

热磁式脱扣器含热保护、磁保护；电子脱扣器含过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬时保护。其中热保护、长延时保护为过载保护；磁保护、短路短延时保护、短路瞬时为短路保护。

热磁式脱扣器保护特性曲线示意图         电子式脱扣器保护特性曲线示意图

注：Ir : 过载保护继电器脱扣电流设定值

Im : 短路保护（延时）继电器脱扣电流设定值

Ii : 短路保护（瞬时）继电器脱扣电流设定值

Icu : 分断能力

故塑壳断路器应选电子式脱扣器。

（2）过载长延时保护（Iset1）、短路短延时保护（Iset2）、短路瞬时保护（Iset3）参数选择（设IC为照明线路的计算电流）。

1）过载长延时保护（Iset1）须按可靠系数1.3取值，Iset1≥1.3IC。

2）短路瞬时保护（Iset3）按灯具启动条件选择。按《工业与民用供配电手册（第四版）》式（11-7）和表11.3-14要求取值Iset3≥12IC。

3）短路短延时保护（Iset2）按线路计算最小短路电流取值（按可靠系数1.3），Iset2≤1.3Id（Id为最小短路故障电流）

短路电流是指相与相之间、相与地(或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时流过的电流。

短路电流为Isc=U/Zt=U/[R2+X2]1/2。经过计算比对可知，Isc3（三相短路故障）＞Isc2（三相相间短路故障）＞Isc1（单相-中性线短路故障）≥Isc0（单相-地短路故障）。

最小短路故障电流均发生在线路最末端。当采用TN-S系统时，单相接地短路故障电流为最小短路故障电流；当采用TT系统时，单相-中性线短路故障电流为最小短路故障电流。

以TN-S系统为例，单相接地短路故障电流计算方法为：

Id=220/[Rp2+Xp2]1/2

式中，Rp—回路各元件相保电阻之和；

      Xp—回路各元件相保电抗之和。

当线路最末端发生单相接地故障时，回路总相保电阻Rp=高压系统Rps+变压器Rpt+低压母线Rpm+低压电缆Rpl+灯具引接线Rpx；回路总相保电抗Xp＝高压系统Xps+变压器Xpt+低压母线Xpm+低压电缆Xpl+灯具引接线Xpx。

（3）剩余电流动作保护器（RCD）的参数选择

道路照明回路设剩余电流动作保护器（RCD），是防止人身触电、电气火灾的有效措施。

工作原理：将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，使主电路触头断开，完成保护。

正常运行情况下，三相及N相（I1、I2、I3、N）的矢量和Ipe，为线路的正常泄露电流，就是剩余电流动作保护器的基准值；当发生接地故障时，三相及N相（I1、I2、I3、N）的矢量和Ipe（G），就是线路的接地故障电流就是剩余电流动作保护器的测定值。

基准值与测定值两相比较，就能检测短路故障的发生。同时剩余电流动作保护器将设定一个整定值，当发生接地故障时且达到整定值时，剩余电流动作保护器脱扣将故障回路断开。为避免误动作，剩余电流动作保护器保护整定值应大于基准值的2.5~4倍。

（4）工程实例

某一道路照明回路，供电距离950m，正常供电电流为16A，采用TT供电系统，主电缆选用YJV-0.6/1kV 4x25mm2，分支电线选用截面RVV-300/500V 3x2.5mm2（每套灯长度为12m）。

计算I1≥1.3x16A=20.8A；计算单相短路电流I〞=142.86A，计算I2≤142.86A/1.3=110.66A；计算I3≥12x16A=192。塑壳断路器选用In=25A，I1=0.9In,I2=4In t=0.1S，I3=8In。计算正常泄露电流70mA，RCD取值300mA。

（三）新型智能漏电保护器的应用

传统剩余电流动作保护装置根据检测到的漏电幅值进行保护，然而在某些特殊情况下，可能出现保护死区。当在某一相线路发生漏电时，三相线电流加中性线电流的矢量和比基准值大，但是仍然小于整定值的情况下，剩余电流动作保护器不会动作但其实漏电事故已经发生，这就是传统剩余电流动作保护器的保护死区。新型智能漏电保护的应用就是为了消除死区、保障用电安全而研发出来的新型保护电器。

新型智能漏电保护器的工作原理：通过交流线路保护器基于矢量突变量检测的线路漏电保护方法，实时对三相线路的合成漏电流进行检测和计算，得出线路三相合成漏电流的幅值和相位，并对该漏电流的矢量变化进行突变量检测，并以此为判据进行故障的判断。交流线路保护器设定智能化周期性自动检测漏电流，并自动与上一次进行对比，当产生了较大突变量且突变量超过设定的安全值时，控制断路器跳闸，起到全面的直接触电和间接触电保护作用。

新型智能漏电保护器的总体架构：

主要分为现场设备层、系统平台层。现场设备层主要包括断路器、剩余电流互感器、交流线路保护器及集中控制器等，现场设备对线路发生的漏电故障进行保护动作，同时现场设备采集线路漏电、电压、电流等信息，并上送系统平台层。系统平台收集现场线路的运行信息后，进行综合数据处理，实现照明系统的漏电监控、漏电分析、定值管理、辅助决策等功能。

系统功能要求如下：短路保护（通过自动设定功能，使非三段保护断路器具有三段保护功能）、漏电流幅值保护（可自动设定漏电流幅值大小0mA-10000mA)、漏电流突变保护（可自动设定漏电突变保护动作定值大小30mA-1000mA)、监测功能（监测分合闸状态）、控制功能、事件记录功能、人机接口、通信功能、照明三遥控制系统等相关功能。

（四）结语

随着社会的发展，道路照明安全性的要求越加提高，利用现有的技术，确保照明配电系统安全可靠，保证道路行人人身安全，同时更应注意新型保护电器的研发与利用，提高智能性及安全性。

主要参考文献

1、《工业与民用供配电设计手册（第四版）》中国电力出版社 2016；

2、《低压配电设计解析》任元会 中国电力出版社 2020；

3、《现代照明技术及设计指南》李炳华、岳云涛 中国建筑工业出版社 2019。