道路照明配电采用TT系统的电击防护措施简析

关于TT系统的规范要求

CJJ 45 - 2015《城市道路照明设计标准》第6.1.8条要求：道路照明配电系统接地形式应采用TT或TN - S系统，并应符合GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》（以下简称《低规》）的相关规定；当采用剩余电流保护装置时，还应满足现行国家标准GB 13955 - 2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》的相关要求。《低规》中TT系统故障防护要求采用过电流保护器或剩余电流保护器切断故障回路电源，并满足：

R _A I _a ≤ 50 V           （1）

式中：R _A —— 设备外露可导电部分的接地电阻和保护导体电阻之和，Ω；

  Ia —— 保证间接接触保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流，A。

配电线路间接接触防护电器的动作特性不符合公式（1）的规定时，应做局部等电位联结或辅助等电位联结。路灯很难实现等电位联结，故只能考虑以满足公式（1）为限定，并保证间接接触保护电器在规定的时间内切断故障电流从而实现接地故障防护。《低规》对于TN系统的故障防护有保护装置的最大切断时间规定，但没有对TT系统的最长切断时间进行规定。GB / T 16895.21 - 2020 / IEC 60364 - 4 - 41：2017《低压电气装置 第4 - 41部分：安全防护 电击防护》第411.5.3条要求，对于T T系统采用RCD做故障防护时应同时满足：切断电源的时间满足表1和公式（2）的要求，并要求预期剩余故障电流显著大于RCD额定动作电流，一般为不小于5 I _?n 。

R _A I _?n ≤ 50 V              （2）

式中：I _?n —— RCD的额定剩余动作电流，mA。

可见GB / T 16895.21 - 2020对于TT系统采用自动切断电源作为故障防护的要求在具体设计中的可操作性很高。

GB / T 16895.21 - 2020中的适用场景为正常环境下，而室外道路照明路灯所处环境特殊，尤其雨天时，人体皮肤属于GB / T 13870.5 - 2016 / IEC / TR 60479 - 5：2007《电流对人和家畜的效应 第5部分：生理效应的接触电压阈值》中的水湿润条件，而在此条件下TT系统采用RCD做故障防护时切断时间就不能采用表1的时间和公式（2）。根据KS C IEC 61200 - 413：2007《Electrical installation guide — Part 413：Protection against indirect contact— Automatic disconnection of supply》查得在潮湿环境下允许的预期接触电压的最大持续时间如表2所示。

从表2可以看出水湿润条件下TT系统接触电压（即安全电压）限值为25 V，接触电压 U _T 满足25 V < U _T ≤ 125 V时最大切断时间取0.17 s，125 V < U _T ≤ 220 V时最大切断时间取0.05 s。表中的人体接触电压与最大持续时间和GB / T 13870.5 - 2016图8水湿润条件下，大的接触表面积，交流电流（50 / 60 Hz）对人效应的约定时间 / 电压区域中c1曲线吻合，即对于路灯而言，人体在接触金属灯杆时属于大面积接触，而故障电流为从手到双脚。

故路灯配电系统接地采用TT系统，用RCD作为故障防护时，RCD的切断时间与预期接触电压满足表2要求，并要求预期剩余故障电流显著大于RCD额定动作电流，一般为不小于5I _?n ，并满足R _A I _?n ≤ 25 V时可以保证安全。

道路照明配电TT系统故障防护计算

下面以实际案例分析工程设计中的具体做法。道路照明中路灯通常采用AC 220 / 380 V三相四线配电，即按L1 - N、L2 - N、L3 - N依次给路灯配电。以路灯配电箱变的变压器中性点接地电阻R _B 取4 Ω，路灯配电干线采用电缆YJV - 0.6 / 1 kV - 4 × 25 mm ² ，供电长度为1 000 m，路灯间距33 m，共30杆路灯。以最末端路灯发生接地故障时进行分析，如图1所示。

图1中R _ST 远小于R _K ，忽略R _ST 后，U _T 约等于U _F ；导线截面 ≤ 95 mm ² 时可忽略线路电抗，且单灯分支线较短，其电阻忽略不计，电源到故障点的相线阻抗约等于干线L3的电阻R _L3 ；做以上简化后，图1等效电路图如图2所示。

按图2计算故障回路阻抗Z _{S - TT} ：

查《工业与民用供配电手册》第四版表11.7 - 16“220 / 380 V单相及三相线路穿管敷设电线泄漏电流参考值”和表11.7 - 15“常用电器的泄漏电流参考值”，计算I _S = 29 + 0.1 × 30 = 32 mA。根据公式（6），I _?n ≥ 128 mA。

以I _?n 取300 mA为例：满足R _A ≤ 25/I _?n 时，R _A ≤ 83.3Ω。由式（4）可得U _T = R _A *220/(1.08+R _A +4) ≤ 207.3V，由此可得当R _A = 83.3 Ω时，U _T = 207.3 V，I _d = 2.49 A。

根据表2，RCD切断时间 ≤ 0.05 s，可满足故障时的人身安全。根据GB 13955 - 2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》规定：无延时型RCD流过的剩余电流在I _?n 、2I _?n 、≥ 5I _?n 时的最大切断时间分别为0.3 s、0.15 s、0.04 s；延时型RCD流过的剩余电流在I _?n 、2I _?n 、≥ 5I _?n 时的最大切断时间分别为0.5 s、0.2 s、0.15 s，最小不驱动时间分别为0.13 s、0.06 s、0.05 s。

如果选择无延时型RCD保护，在故障为金属性接地故障时，当R _A 为83.3 Ω时，U _T = 207.3 V，I _d = 2.49 A，此时RCD在0.04 s内动作，能保证人身安全。在故障为非金属性故障时，I _d = I _?n  时，U _T = I _?n × R _A = 24.99 V；I _d = 2I _?n 时，U _T = 2I _?n × R _A = 49.98 V；I _d = 5I _?n 时，U _T = 5I _?n × R _A = 124.95 V，RCD最大切断时间均满足表2要求。由此可见，选择无延时型RCD做间接接触防护时，只要满足金属性故障条件下的切断时间，即能保证电击防护安全。

路灯线路长，所带灯具多，为了缩小发生接地故障时切断电源引起的停电范围，单灯处设RCD保护，并且干线RCD与分支RCD之间要满足级间选择性，由于路灯的单灯RCD安装在灯杆内，图1中单灯A点和B点发生接地故障的可能性一样大，干线RCD须保证对A点发生的接地故障能可靠保护。延时型RCD流过的剩余电流在大于等于5I _?n 时最大切断时间为0.15 s，查表2，U _T = 125 V时，最大切断时间为0.17 s；当故障为金属性接地故障时，能保证干线RCD对A点的故障保护，须满足U _T = R _A *220/(1.08+R _A +4) ≤ ≤ 125 V，即R _A ≤ 6.68 Ω。此条件下，单灯RCD选择I _?n 为30 mA的直接接触保护用RCD，最大分断时间为0.04 s，干线RCD选择I _?n 为300 mA延时型RCD，延时时间选择0.1 s，最小不驱动时间为0.05 s，可满足故障下的选择性。在故障为非金属性故障时也很容易满足要求，文中不再列举。