淺析路燈電擊安全問題與選型

 李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：介紹了路燈設(shè)計(jì)安全防護(hù)的幾個(gè)要點(diǎn)，簡單分析了路燈低壓配電接地系統(tǒng)形式TN-S和TT的選擇及剩余電流保護(hù)裝置在路燈設(shè)計(jì)中設(shè)置的必要性，列舉了路燈燈具和燈桿的一些安全技術(shù)質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：路燈配電系統(tǒng)接地形式；剩余電流保護(hù)裝置；路燈室外防護(hù)；路燈安全用電

0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，全國城鎮(zhèn)化不斷加速，農(nóng)村公路也不斷修建，路燈幾乎已經(jīng)遍布城市農(nóng)村的每個(gè)角落，為我們夜間出行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在我們生活中已經(jīng)*。但正是由于路燈分部之廣，深入到我們的日常生活當(dāng)中，每個(gè)人每天都有可能與路燈接觸，路燈燈桿一般也為導(dǎo)電金屬桿，路燈可能帶來的電擊安全問題也變得尤為重要，路燈照明設(shè)計(jì)則要盡量減少電擊發(fā)生的可能性，當(dāng)發(fā)生電擊事故時(shí)能及時(shí)切斷電源，確保人身安全。

1路燈設(shè)計(jì)安全防護(hù)要點(diǎn)

路燈安裝在戶外條件，受日曬雨淋，發(fā)生短路接地故障在所難免，故在滿足照明功能的前提之下，故障防護(hù)則成為了重中之重。防范路燈電擊事故的措施：（1）盡可能的減少與故障路燈的接觸；（2）當(dāng)發(fā)生電擊事故時(shí)及時(shí)切斷電源保護(hù)人身安全；（3）確保路燈質(zhì)量，滿足路燈防護(hù)等級要求。

2正確選擇路燈低壓接地系統(tǒng)，減少路燈故障傳導(dǎo)

低壓接地系統(tǒng)分TN、TT、IT三種類型。TN系統(tǒng)按中性線和PE線的不同組合方式又分為TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。IT系統(tǒng)主要用于對不間斷供電和防電擊有高要求的場所，如醫(yī)院室、電力煉鋼等，路燈供電系統(tǒng)一般不會采用。實(shí)際路燈工程設(shè)計(jì)中路燈低壓接地系統(tǒng)多采用了TN-S和TT系統(tǒng)，那么兩種接地系統(tǒng)哪個(gè)更適用于路燈低壓供電我們做一下比較分析。TN-S系統(tǒng)接地形式見圖1：

圖1

當(dāng)TN-S系統(tǒng)某一回路發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電流通過回路的PE線金屬通路返回電源，回路故障電流較大，在PE線上大電流產(chǎn)生的電壓降形成的接觸電壓Uf至少為110V，大大超過接觸電壓限值50V，如果防護(hù)電器失效不動(dòng)作，故障持續(xù)時(shí)間過長，這時(shí)人體接觸路燈金屬燈桿，就有可能導(dǎo)致間接接觸電擊至死亡事故，而又因?yàn)榈蛪航拥叵到y(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，所有路燈燈桿均與PE先連接，故障電壓Uf會沿PE線傳導(dǎo)到其他未發(fā)生故障的路燈外露金屬燈桿上，路燈一般間隔30~40米設(shè)置一套，行人接觸故障電壓的幾率就會大大增減，電擊事故發(fā)生的可能性就很高。

TT系統(tǒng)接地形式見圖2：

圖2

當(dāng)TT系統(tǒng)某一回路發(fā)生接地故障時(shí)，其故障回路內(nèi)除部分是金屬導(dǎo)體外，還串聯(lián)有電源側(cè)系統(tǒng)接地電阻和路燈外露可導(dǎo)電部分保護(hù)接地電阻。其回路阻抗較TN系統(tǒng)的故障阻抗大，故障電流相對較小。由于每套路燈單獨(dú)設(shè)置接地，故障電壓不會亂串，只有發(fā)生接地故障的那套路燈會帶故障電壓Uf，其他路燈均安全可靠，行人接觸故障電壓的幾率就會大大減小，電擊事故發(fā)生的可能性也就隨之降低。

3及時(shí)切斷故障電源保證人身安全

當(dāng)路燈發(fā)生接地故障時(shí)，故障回路就會產(chǎn)生故障電流Id，當(dāng)故障電流流過保護(hù)電器時(shí)，保護(hù)電器跳閘，斷開故障回路。但是路燈供電距離一般都比較長，路燈配電回路阻抗較大，故障回路故障電流Id較小，故障電流能否保證斷路器可靠動(dòng)作就需要校驗(yàn)。我們計(jì)算一下路燈供電回路的故障電流作簡單的分析。

當(dāng)路燈低壓配電系統(tǒng)采用TN-S時(shí)，發(fā)生接地故障如下圖3所示：

圖3

假設(shè)路燈供電距離為800米，由于路燈供電電纜較長，電壓損失較大，并考慮到電纜機(jī)械強(qiáng)度的要求，路燈供電電纜一般選用截面為16平方毫米的電纜，斷路器長延時(shí)整定值Iset1設(shè)為32A。查《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》04DX101-1得線纜電阻為1.359Ω/km，忽略線纜電抗，則ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，ZPE=1.359x0.8=1.0872Ω，設(shè)RA=4Ω，RB=4Ω：

Id=UO/[ZL+ZPE//（RA+RB）]=220/[ZL+ZPE//（4+4）]=107.6A。

式中：ZL—相線阻抗ZPE—PE線阻抗RA—保護(hù)接地電阻RB—系統(tǒng)接地電阻。

UO—相對地電壓Id—接地故障電流。

斷路器瞬動(dòng)整定值Iset3=10Iset1=320A，由于接地故障電流僅為107.6A，發(fā)生接地故障時(shí)斷路器不會動(dòng)作。所以加設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器RCD才能確保斷路器可靠動(dòng)作，切斷供電回路。

當(dāng)路燈低壓配電系統(tǒng)采用TT系統(tǒng)時(shí)，發(fā)生接地故障如下圖4所示：

圖4

同樣假設(shè)路燈供電距離為800米，路燈供電電纜選用截面為16平方毫米的電纜，斷路器長延時(shí)整定值Iset1設(shè)為32A。查《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》04DX101-1得線纜電阻為1.359Ω/km，忽略線纜電抗，則ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，設(shè)RA=4Ω，RB=4Ω:Id=UO/（ZL+RA+RB）=220/（1.0872+4+4）=24.2A。

根據(jù)《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》GB13955-2005第4.2.2.2條TT系統(tǒng)的電氣線路或電氣設(shè)備裝設(shè)剩余電流保護(hù)裝置作為防電擊事故的保護(hù)措施。路燈回路設(shè)帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的斷路器，動(dòng)作電流30mA，動(dòng)作時(shí)間＜0.1S，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，剩余電流動(dòng)作保護(hù)器能及時(shí)可靠的切斷供電回路，保證人身安全。

由此可見，TT系統(tǒng)要比TN-S系統(tǒng)發(fā)生電擊事故的概率低很多?！冻鞘械缆氛彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2015第6.1.8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)。規(guī)范并未強(qiáng)制要求使用TT系統(tǒng)，很多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中使用TN-S系統(tǒng)，由于路燈安裝在室外條件，路燈供電回路斷路器容易誤動(dòng)作，供電回路保護(hù)開關(guān)也未設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置RCD，這樣就大大增加了人身電擊事故發(fā)生的可能性。而使用TT系統(tǒng)則更加安全可靠，即使發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)開關(guān)未動(dòng)作，故障也不會傳到，僅故障路燈帶故障電壓，人接觸故障電壓的可能性就降低，其余路燈不會導(dǎo)致人身電擊事故。

4確保路燈質(zhì)量，滿足路燈防護(hù)等級要求

路燈安裝在戶外，環(huán)境條件交差，故路燈燈桿及燈具質(zhì)量就為重要。路燈燈桿材質(zhì)及技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)不應(yīng)于Q235-A。燈桿表面均應(yīng)采用熱鍍鋅防腐、噴塑工藝。燈桿焊接連續(xù)焊通，不允許點(diǎn)焊、虛焊、漏焊。燈桿表面噴塑處理，處理后要求表面色澤一致，應(yīng)無脫落現(xiàn)象，表面噴塑保持期不應(yīng)小于10年。燈桿的所有連接部件為不銹鋼材料，有防止挑臂轉(zhuǎn)動(dòng)的措施。

燈具的防護(hù)等級不應(yīng)低于IP65，燈具效率應(yīng)大于75%。燈體金屬構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行防腐處理，燈具配備防墜落裝置及散熱措施。透明罩應(yīng)采用高強(qiáng)度聚碳脂復(fù)合材料或高強(qiáng)度鋼化玻璃。燈具的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能、電氣絕緣性能滿足《燈具部分：一般安全要求與試驗(yàn)》GB7000.1-2015和《燈具第2-3部分：特殊要求道路與街路照明燈具》GB7000.203-2013的相關(guān)要求。

5安科瑞路燈安全用電平臺介紹

5.1平臺架構(gòu)

對路燈控制箱進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況

直接接入ARCM310儀表，監(jiān)控每個(gè)路燈的電壓、電流等電參量進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，也可設(shè)置定時(shí)通斷時(shí)間并遠(yuǎn)程控制路燈通斷

5.2平臺介紹

安科瑞路燈安全用電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域路燈的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測。安全用電通過監(jiān)測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態(tài)，平臺都能進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，預(yù)警信息通過手機(jī)APP推送，短信，語音電話和郵件等，時(shí)間到達(dá)責(zé)任人的身邊，提醒運(yùn)行人員接觸器跳閘，電源失壓等等。平臺也可以設(shè)置開合閘時(shí)間，每天定時(shí)控制路燈控制器的啟動(dòng)和關(guān)閉。

1.監(jiān)測路燈的開閉，使用時(shí)長，非工作時(shí)間開啟，或開啟時(shí)間過短，則進(jìn)行預(yù)警；

2.監(jiān)測路燈的電流電壓工作狀態(tài)，可以分級設(shè)置預(yù)警值和報(bào)警值，當(dāng)超出閾值范圍時(shí)進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，

3.判斷路燈功率和線路損耗，當(dāng)電流超出閾值范圍時(shí)進(jìn)行預(yù)警；

4.可以設(shè)置路燈的異常個(gè)數(shù)，超出異常個(gè)數(shù)進(jìn)行預(yù)警通知；

5.對路燈回路的漏電流和導(dǎo)線溫度進(jìn)行監(jiān)測，如果漏電過大，線纜溫度過高則進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警；

6.可以設(shè)置開合閘時(shí)間，定時(shí)對路燈控制器進(jìn)行操作，觸發(fā)頻率可以設(shè)置成一次或者每天。

7.多種開關(guān)燈執(zhí)行方案設(shè)定，可設(shè)置普通（平時(shí)）方案、周末方案、節(jié)（假）日方案、臨時(shí)方案，并可設(shè)定方案執(zhí)行的方式和優(yōu)先級；

8.自動(dòng)開關(guān)燈管理可選擇定時(shí)模式、按季節(jié)變化的日出日落自動(dòng)跟隨模式、光照度輔助開關(guān)燈模式；

9.能夠自動(dòng)進(jìn)行亮燈率計(jì)算，形成亮燈率報(bào)表首頁

消息提醒顯示需要處理的任務(wù)及報(bào)警消息

隱患統(tǒng)計(jì)以曲線圖的方式展示當(dāng)月隱患數(shù)量

地圖顯示相關(guān)點(diǎn)位

監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)監(jiān)控監(jiān)控功能，包含大數(shù)據(jù)調(diào)度和統(tǒng)計(jì)。

地圖顯示

設(shè)備監(jiān)控可以按監(jiān)控設(shè)備識別號、項(xiàng)目篩選，顯示設(shè)備識別號、設(shè)備詳情、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“設(shè)備"后進(jìn)入設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面?？刹榭礆v史曲線，巡檢記錄，報(bào)警信息，控制日志和、視頻監(jiān)控

隱患管理包括隱患巡查、隱患派發(fā)、隱患處理、隱患分析

運(yùn)維管理

能耗分析

5.3產(chǎn)品選型介紹

5.4功能介紹 

智慧用電在線監(jiān)控裝置是針對0.4kV以下的TT、TN系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能電力裝置，具有單、三相交流電測量、四象限電能計(jì)量、諧波分析、遙信輸入、遙信輸出功能，以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理。

應(yīng)用：用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等

ARCM310功能：ARCM310智慧用電在線監(jiān)控裝置（以下簡稱裝置）是針對0.4kV以下的TT、TN系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能電力裝置，具有單相交流電測量、漏電監(jiān)測、溫度監(jiān)測、內(nèi)控開合閘以及RS485通訊或GPRS無線通訊功能，通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理。

裝置采用先進(jìn)的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化于一身，是建筑監(jiān)控裝置預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。作為一種先進(jìn)的智能化、數(shù)字化的采集元件，該裝置已廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院、商場、銀行、古建筑等眾多場所。

ARCM310圖片

GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞電氣推出的新型的4G遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采用嵌入式設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片，配合內(nèi)置看門狗，性能可靠穩(wěn)定。

本產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊，

GSM400-4G圖片

5.5用戶體驗(yàn)

5.6現(xiàn)場安裝

6結(jié)語

經(jīng)上述分析，正確選擇路燈低壓供電系統(tǒng)接地形式與保障路燈燈桿、燈具質(zhì)量是保障路燈安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。TT形態(tài)較TN-S系統(tǒng)更加安全可靠，路燈設(shè)計(jì)是應(yīng)盡量使用TT系統(tǒng)，減少電擊發(fā)生概率。只有保證了路燈安全可靠的運(yùn)行才能更好的發(fā)揮路燈在我們生活中的舉足輕重的作用，保證我們夜間出行的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]尤冬.淺析路燈電擊安全問題

[2]王厚余.《低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)》第三版中國電力出版社.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2020.06版

作者簡介：李婧婧，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事安全用電研究發(fā)展，