道路照明短路电流计算及开关选择等

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路灯配电系统若干问题的探讨

李良胜章友俊（深圳市市政设计研究院有限公司）

要探讨路灯配电系统中的单相接地保护灵敏度校验、保护设置、接地型式选择等。

键词路灯灵敏度接地故障L-N短路接地型式RCD（漏电保护器）I(II)类设备

引言

相对于室内照明而言，室外路灯照明的安装及敷设环境较差，线路距离较长，可达1000m以上，负荷分散但容量不大。我国虽992年就颁布了行业标准《城市道路照明设计标准》（CJJ 45-91）（以下简称《路灯规范》），但因当时条件限制，规范未能就路灯配电系统作出更为详尽而完善的规定。随着我国城市及道路建设的进一步蓬勃开展，对于路灯照明的深入研究已迫在眉睫。

路灯配电系统的以下几个问题尤其值得关注：①单相短路；②灵敏度校验；③保护设置；④接地型式等。

工程实例

某城市道路照明由一台SG-10/0.4kV，100kVA ，D,Yn-11（U k=4.5%）箱变供电。箱变内带3m长LMY-4（40×4）低压。箱变远离10kV系统内发电机组，系统短路容量S d =200MV·A。以箱变为起点，其中的一个路灯回路的线路长为990m，沿道线状布灯（即中间无分支）。路灯为金属灯杆（以下未指明的均同此），纵向布置间距为30m（该回路共有990/30=33套灯具），

高为10m。灯具为220V、250W高压钠灯（自带电容补偿，cosφ=0.85），镇流器损耗为10%。路灯以L1、L2、L3依次配电杆内灯具引接线为BVV-3×2.5mm2。路灯干线为三相配电，线路为VV-4×25+1×16mm2，穿PVC70管（用于分散接地的统时，线路则为VV-4×25 mm2，穿PVC70管）。

单相短路电流的计算

路灯可归类于固定式配电设备（I类设备），其线路须有过载、短路或接地故障保护。单相短路包括单相接地短路故障（以下简称“故障”，例如图1中的f1、f2）和相-中短路（以下简称“L-N短路”，例如图1中的f3）。本节中的3.1及3.2小节，将以路灯的TN 统为例，先来具体计算接地故障电流。

1工程实例的单相接地故障电流

单相接地故障电流要按照相-保回路进行计算。当线路最末端发生单相接地故障（即图1中f1）时，该相-保回路中，共有高压系统压器、低压母线、低压电缆、灯头引接线等五种阻抗元件，单相接地故障电流：

I d=220/√（Rφp2+ Xφp2）⑴

式中，Rφp——回路各元件相保电阻之和，即Rφp= Rφp.s+ Rφp.t +Rφp.m+ Rφp.l+ Rφp.x；Xφp——回路各元件相保电抗之和，即Xφp= + Xφp.t +Xφp.m+ Xφp.l +Xφp.x。其中的Rφp.s、Rφp.t、Rφp.m、Rφp.l、Rφp.x，分别为前述的高压系统、变压器、低压母线、低压电缆s

具引接线之相保电阻（Xφp含义类此，不重述）。

依照参考文献的表4-28~表4-34，就本工程实例而言：①高压系统Rφp.s=0.05mΩ，Xφp.s=0.53mΩ。②变压器Rφp.t=(33.68 /3=33.68mΩ，Xφp.t=(63.64×3)/3=63.64mΩ。③低压母线Rφp.m=0.372mΩ, Xφp.m=0.451mΩ。④低压电缆Rφp.l=2.699 90=2672.01mΩ, Xφp.l=0.192×990=190.08mΩ。⑤灯具引接线Rφp.x=20.64×10=206.4mΩ, 相保电抗Xφp.x=0.29×10=2.9mΩ因此，回路总相保电阻Rφp= 0.05+33.68+0.372+2672.01+206.4=2912.5(mΩ),总相保电抗X

=0.53+63.64+0.451+190.08+2.9=257.6 (mΩ)。于是，

p

=220V/√（2912.52+257.62）mΩ=220V/2923.9mΩ=0.075kA=75A，此即本工程实例中，线路尽头灯具处的单相接地故障电

外，干线开关还要尽量与其下一级保护（即图1中的“灯具开关”）做好级间配合，不越级跳闸。

因路灯箱变内的变压器容量往往较小而阻抗较大，故箱变内低压母线出口处的三相短路电流值较小，常规塑壳断路器的短路分断均可满足要求。

而为了使路灯低压断路器可靠切断故障电路，必须校验断路器脱扣器动作的灵敏度K lm，即：

K lm= I f/I r2⑵

中：K lm≥1.3；

I f——路灯线路末端最小短路电流，对于TN系统为相—保短路（即单相接地故障）或L-N短路电流，对于TT系统为L-N短路；

I r2——断路器短路过电流脱扣器的整定电流值。

前面已述及，路灯回路线路长、阻抗大，从而单相短路很小；若断路器短路过电流脱扣器的整定值设计较大，则该短路电流可能以推动断路器可靠动作。

2 TN-S系统配电线路干线开关的选取

2.1过载长延时保护

照明用低压断路器的长延时过电流脱扣器的整定电流为：

I r1≥K r1•I c ⑶

中：K r1——长延时过电流脱扣器的可靠系数，取1.1；

I c——照明回路的计算电流。

就工程实例而言(33套灯具)，回路计算电流I c =33×0.25×(1+10%）/(√3×0.38×0.85）=15.92A，故I r1≥1.1 5.92A=17.51A，初取I r1=20A。

2.2短路保护

照明用低压断路器的短路过电流脱扣器的整定电流为：I r2≥K r2•I c。式中，I c——照明回路的计算电流；K r2——短路过电流脱扣器靠系数。经过充分足够次数的实践检验，在路灯回路中，为了可靠避让灯具启动之影响，K r2可由路灯（基本为HID灯）的启动倍指启动电流与工作电流之比），再乘以一个裕量系数1.3来得到。而根据相关资料，HID灯具的启动倍数一般介于1.3~1.9之间，取K r2=1.9×1.3=2.47。另一方面，I r2也经常以长延时整定电流I r1与整定倍数（特指断路器短路过电流脱扣器的整定电流与长延定电流之比）K的乘积形式来表达，即I r2=K•I r1，于是有I r2=K•I r1≥2.47I c，由此可得整定倍数K≥2.47（I c/ I r1）。

另一方面，为了保证短路灵敏性，由式⑵可得到：I f≥1.3I r2 =1.3(K•I r1)，故K≤I f/ (1.3I r1)=0.77（I f/ I r1）。至此，即得到K取围的完整计算公式：