市政道路照明采用TN-S接地方式时的接地故障保护研究

李文利

陕西省咸阳市礼泉县住建局城区路灯管理所 陕西咸阳 713200

摘要：在市政道路建设中路灯通常采用TN-S接地的方式来进行接地故障保护。在该系统工作过程中，对于断路器动作灵敏性的问题通常会采用放大电缆截面、优化配线电路以及使用带有剩余电流保护的接地故障保护断路器等方式。基于此，本文对TN-S接地方式、发生接地故障时自动切断电源的条件以及TN-S系统提高断路器动作灵敏性措施进行简要分析。

关键词：市政道路照明；TN-S接地；接地故障保护

引言：在市政道路照明中主要有两个方面的缺陷，一方面，市政道路照明配电线路较长，按照不利因素考虑接地故障时，其他接地故障电流较小。另一方面，市政道路照明处在室外，在完善的等电位措施方面很难实施，若发生一些接地故障便会引发电击危险。因此，我们应重视接地故障等相关问题，对市政道路照明中采用TN-S接地方式的接地故障保护问题进行探究讨论。

一、TN-S接地方式概述

TN-S方式供电系统它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统。它是整个系统的中性线与保护线分开的一种TN系统。也就是说，TN-S把工作零线N和专用保护线PE，严格分开的一种TN-S供电系统。或者说，当系统被设计成“TN-S”系统时，整个系统的中性线N与保护线PE是分开的。其主要特点包括以下几个方面：第一，系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠；第二，工作零线只用作单相照明负载回路；第三，专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关；第四，TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统；第五，干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地， 而PE 线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S 系统供电干线上也可以安装漏电保护器。 TN接地系统属于大电流接地系统。所谓大电流接地系统，指的是当发生单相接地故障时，TN系统的接地电流比较大，几乎与相线对中性线N或者火线对零线的短路电流相当。所以，TN系统下发生单相接地故障，可以用过电流保护装置来执行线路保护。TN-C就是把工作的零线和保护接地合起来使用一条线路。这两种供电系统都有各自的规范和要求.所以我们国家的配电系统中,使用后一种的情况即TN-S的更多一些。在TN-S中三个字母分别代表的含义为：第一字母表示 电力系统的对地关系：（T-----一点接地；I-----所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地）；第二字母表示装饰的外露可导电部分对地关系：（T-----外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关｜N-----外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接（在交流系统中，接地点通常就是中性点）；如果后面还有字母，这个字母表示中性线和保护线的组合（S-----中性线和保护线是分开的，C-----中性线和保护线是合一的（PEN线）。

二、市政道路照明采用TN-S系统的接地故障保护分析

（一）相导体与大地发生接地故障应该满足的条件

相导体即正常运行时带电并有助于输电或配电的导体。接地故障即导体与大地的意外连接。电线路所设置的过电流保护兼作接地故障保护；利用剩余电流实现接地故障保护。在TN-S接地系统中,当相导体与无等电位联结作用的地发生接地故障时，由于接地故障电流不大,保护电器无法及时动作,保护导体就会带上故障电压,并传导到用电设备外壳,容易发生触电危险^[1]。

（二）TN-S系统提高断路器动作灵敏性措施

对于TN-S系统提高断路器动作灵敏性可以采用以下几种措施：第一，将电缆截面放大。将电缆截面进行放大，能够降低阻抗、提高接地电流，从而达到提高断路器动作灵敏性的目的。不过放大电缆截面对提高断路器动作灵敏性的效果也是有限度的，而且投入资金相对较多。因此，此种方法只适合于特定的情况，一般放大两级，最多到达三级；第二，对配线路径进行优化。在设计过程中应该尽量选择最短的路径，并且在布置配电设备的过程中注意用电设备与电屏的位置，尽可能不交叉或绕道，缩短电缆的长度。这样不但能够降低阻抗还可以加大电流，提高保护灵敏度，减少电缆的投资；第三，使用带有剩余电流保护的接地故障保护断路器。

（三）防止PE线断线措施

PE线即我们平时所说的地线，是专门用于将电气装置外露导电部分接地的导体。在TN-S系统中，PE线起着非常大的作用。若PE线发生断裂，在正常情况下不会使PE线的设备外露可导电部分带电，但在设备发生一相接壳故障时，将使其他所有接PE线的设备外露部分带电，产生非常大的安全隐患，而且该隐患在没有触发前是很难发现的。因此，我们应该保护好PE线以防断裂。我们可以在PE线的设计、施工以及维护这几个方面进行保护。第一，PE线的设计环节。在此阶段，我们必须要按照相应的规定选择合适的截面积，其次要确保照明干线的完整程度。第二，在PE线的施工环节。在施工过程中，不但要严格遵守国家对于此方面的相关规范标准，还应该在交付使用前要测试PE线的导通性能以保证其安全。第三，在PE线的维护环节。施工技术人员必须对PE线进行定期检查，并且将检查的结果按照规程制作成检验报告进行存档，这样方便之后进行检查的工作人员。

（四）短路保护分析

当TN系统利用过电流防护电器兼做接地故障保护时，引用规范:配电线路的短路保护电器,应在短路电流对导体和连接处产生的热作用和机械作用造成伤害之前切断电源,且应符合规定:当短路保护电器为断路器时,被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器额定电流的1.3倍。并采用以下保护措施:照明出线回路选用断路器做为保护电器时,其瞬时或短延时过电流脱扣器的整定电流应大于被保护线路末端的短路电流的1.3倍,这构成了第一重保护。但TN-S系统的配电线路过长时，一般不能够满足灵敏度安全校验,当发生线路末端接地故障时,过小的接地故障电流无法使线路首端的保护电器动作,不能切断故障电路,因此有必要装设剩余电流动作保护电器。当利用剩余电流保护电器时，应采取的保护措施为:当第一重保护不能满足需求时,可以使用剩余电流动当作保护器,剩余电流值在一百至三百毫安之间调节,这就形成了第二重保护,可以提高系统运行的安全性和可靠性。当实施单灯保护且对其做局部等电位连接作为附加防护时，由于路灯属于I类电气设备,即其除了具有金属外壳做为基本绝缘来防电击以外,还具有经PE线接地的手段。当其绝缘损坏后，金属外壳则带危险故障电压, 存在间接接触电击危险。采用保护措施:每套路灯采用RCD防护电器自动切断电源做故障防护,剩余电流值建议选择30mA。如果电子式RCD失效拒动,待局部等电位联结后,将接触电压限制在36v以下,人体也不会导致电击而死,这也就组成了第三重保护。

（五）配电线路保护的相关计算

计算条件有以下几个方面：第一，照明配电一般采用干式变压器；第二，线路的保护电器通常使用电子式断路器；第三，配电线路的长度分为十七档，分别从二百米到一千米；第四，根据我们国家所允许的电压偏差，应让其系数定为1.05.

（六）改进措施

在市政道路照明工程中, TN-S系统的缺点就是难以做有效的等电位联结, 当配电线路较长时,导致接地故障电流小,使得断路器作为短路保护电器时无法进行有效的保护^[2]。

结论：综上所述，TN-S接地方式在市政道路照明方面起到了良性作用，在道路照明系统中得到了大量的使用。长距离路灯TN-S系统配电线路中应该重视末端接地故障情况。而路灯TN-S系统配电线路末端处的单相接地故障电流值小的道路，可采用加大敷设电缆的截面的方法提高断路器动作灵敏性，进而保证施工技术人员生命安全。

参考文献：

[1]方敏.市政道路照明采用TN-S接地方式时的接地故障保护分析[J].智能建筑电气技术,2019,13(06):128-131.

[2]高凯.关于城市照明设计与维护管理的思考[J].大众标准化,2020(14):161-162.