浅谈剩余电流继电器在道路照明TT接地系统中的应用
【摘要】为解决市政道路照明的故障保护问题，对某市政道路进行工程设计实例分析。针对采用TT接地系统的市政照明供电线路，结合不同的故障类型的短路计算结果，对断路器额定电流进行整定，并进行灵敏度校验，验证了采用微型断路器配合剩余电流保护装置（RCD），能有效实现市政照明线路的短路保护和防触电保护，满足工程实践要求。
【关键词】照明；故障保护；TT系统；
0引言
随着我国城市化进程的发展，市政照明作为市政公共标准配套设施之一，其供电安全和故障保护措施受到日益高度的重视[1]在道路建设项目中，照明系统具有供电线路很长，负荷分散的特点[2]。路灯多为金属灯杆，且与不特定人群有频繁接触，一旦灯杆漏电，将有可能发生触电事故，因此，合理设置照明配电系统的故障保护*为重要。
1道路照明接地形式的选择
道路照明故障保护的设置方式与系统的接地形式密不可分[3]。低压照明系统的接地形式包含TT、TN、IT系统。已有大量研究表明，IT、TN-C、TN-C-S接地方式不适用于市政照明系统[4，5]，且《城市道路照明设计标准（CJJ45—2015）》[6]第6.1.8条已规定，道路照明配电系统应采用TT系统或TN-S系统。在TT系统中，采用专门的PE线，把控制箱和灯杆接地*连成接地网络，但与变压器中性点不连接。鉴于TT系统拥有安全、可靠性比较高的特点[7]，本文针对某市政道路采用TT系统的故障保护进行工程实例分析。
2工程实例分析
2.1计算条件
根据某市政道路的建设条件，经设计，该工程的照明系统如图1所示，采用TT接地系统，以2#回路进行分析，系统的路灯配电如图2所示。
2.2保护分析
不保同护的分故析障类型，应选用不同的保护方式；针对相间短路、相零短路和过负荷等故障或不正常的运行状态，可在QF1~QF4选用微型断路器进行保护。当选用B型脱扣特性的断路器时，瞬时脱扣范围为3~5In，为满足保护要求，根据《低压配电设计规范（GB50054—2011）》[7]的第6.2.4和6.3.3条，有：
Ik.min≥1.3×5In=8.5In（1）
In≥IB（2）
式中：IB-回路的计算电流；Ik.min-线路末端的*小短路电流；In-B型脱扣特性断路器额定电流。由式（1）、（2）知，对保护设备进行选型和整定时需同时考虑线路负荷和短路电流，因此，参考文献[8]表9.4的电缆参数，对图1中1~4#回路的负荷计算和短路计算结果如表1所示。
根据表1的计算结果，选用4个供电回路均可选用In=25A的断路器可满足选型要求。
间接接触保护：当TT系统发生碰壳故障时，如图2所示TT系统的接地故障回路阻抗如下：Zs=Rph+RA+RB（3）式中：Rph为相线阻抗，其中2#照明回路Rph=0.502Ω；RA、RB分别为电源工作接地电阻和路灯保护接地电阻。大量实践经验表明，系统沿供电线路通长敷设一条φ12热镀锌圆钢作为水平接地体，RB一般不大于4Ω，根据文献[9]，RA通常不大于4Ω，取RA=RB=4Ω。
此时，接触电压Ua和故障电流Ik0为：
式中：U0为系统单相电压，取220V。由于故障电流Ik0远小于断路器的可靠动作电流（8.5In），断路器不跳闸，而接触电压Ua高达103.5V，此时人体一旦接触灯杆，将遭受电击。因此针对间接接触保护，需增设瞬时动作的剩余电流保护装置（RCD），防止触电事故发生。RCD整定时，应考虑躲开线路正常运行时的*大泄露电流，避免误动作，同时保证足够的灵敏度。
根据文献[8]表11.7-16，35mm2聚乙烯绝缘电缆的泄漏电流为33mA/km，同时在所有路灯的导线分接头处、灯具处均有泄露电流，分别按1mA和0.1mA考虑，因此，正常运行时2#照明回路的固有泄露电流为：
由于RCD的动作电流I△n应大于正常泄露电流I△0的2倍[8]，而RCD的剩余不动作电流的优选值为0.5I△n[10]，因此0.5I△n≥2I△n▲I△n≥4I△n=211.2mA，可选取RCD的额定电流为0.5A。灵敏度校验：当接触电压为50V时，泄露电流为I△=U0RA=540VΩ=12.5A，远大于RCD额定电流，RCD能可靠断开，从而保护行人安全。
3安科瑞ASJ系列产品介绍
安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置，主要适用于交流50Hz，额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路，用来对电气线路进行接地故障保护，防止接地故障电流引起的设备损坏和电气火灾事故，也可用来对人身触电危险提供间接接触保护。
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器
ASJ60系列剩余电流监测仪
3.1功能介绍
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器具有以下功能：A型或者AC型剩余电流测量，剩余电流越限指示，额定剩余动作电流可设定，*限不驱动时间可设定，两组继电器输出，具有就地，远程“测试”、“复位”功能；
ASJ60系列剩余电流监测仪具有以下功能：16路剩余电流监测，1路预警继电器输出，16路继电器输出，2路DI输入，自动重合闸功能，远程通讯功能，远程分合闸功能。
3.2技术指标
ASJ10/20系列剩余电流动作继电器技术指标
| 项目 | 指标 | ||||
| AC型 | A型 | ||||
| 辅助电源 | 电压 | AC110/220V（±10%） | AC/DC85~270V | ||
| 功耗 | <5W | <5W | |||
| 输入 | 额定剩余动作 电流I△n | 0.03、0.1、0.3、0.5(A) | 0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1、3、5、10、30(A) | ||
| *限不驱动时间△t | 0.1、0.5(s) | 0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s) | |||
| 额定剩余不动作 电流I△no | 50%I△n | 50%I△n | |||
| 动作特性 | AC正弦交流电流 | AC正弦交流电流、 脉动直流电流 | |||
| 频率 | 50Hz±5Hz | 50Hz±5Hz | |||
| 动作误差 | -20%~-10%I△n | -20%~-10%I△n | |||
| 输出 | 输出方式 | 一组常开、一组转换 | 一组常闭或常开、一组转换 | ||
| 触点容量 | 5A250VAC 5A30VDC | AL1:8A250VAC;5A30VDC AL2:6A250VAC;5A30VDC | |||
| 复位方式 | 就地、远程 | 就地、远程、自动 | |||
| 环境 | 工作温度 | 运行温度：-20℃~+55℃，存储温度：-30℃~+70℃ | |||
| 工作湿度 | ≤95%RH，不结露，无腐蚀性气体场所 | ||||
| 海拔高度 | ≤2000m | ||||
| 污染等级 | 3级 | ||||
| 安装类别 | Ⅲ类 | ||||
ASJ60系列剩余电流监测仪技术指标
| 项目 | 指标 | |
| 电源 | 电压范围 | AC/DC85V~265V |
| *大功耗 | ≤10VA | |
| 输入 | *大测量支路数 | 16路 |
| 剩余电流测量范围 | 1mA~30A | |
| 额定剩余动作电流I△n | 1mA~30A连续可调 | |
| 动作特性 | AC正弦交流电流及脉动直流电流 | |
| 频率 | 50Hz±5Hz | |
| 动作延时 | 0~10s可设 | |
| 开关量 | 2路无源干接点输入 | |
| 输出 | 输出方式 | 1路水浸继电器（常开） 16路剩余电流继电器（常开） |
| 触点容量 | AC250V/3ADC30V/3A | |
| 重合闸 | 次数 | 0~99连续可设 |
| 间隔时间 | 0~999秒连续可设 | |
| 通讯 | 方式1 | RS485通讯，Modbus-RTU协议 |
| 方式2（可选） | 4G无线通讯 | |
| 环境要求 | 温度 | 工作温度：-10℃~55℃，存储温度：-30℃~70℃ |
| 湿度 | ≤95%，不结露 | |
| 海拔 | ≤2500m | |
| 平均工作时间 | ≥50000小时 | |
3.3选用说明
剩余电流动作继电器在应用时应注意低压系统的接线型式。
| 系统形式 | 系统接线 | 说明 |
| TT系统 |
| 采用ASJ。因为当发生单相接地故障时，故障电流很小，且较难估计，达不到开关的动作电流，外壳上将出现危险电压。 |
| TN-S系统 |
| 可采用ASJ。更快速灵敏切断故障，以提高安全可靠性，此时PE线不得穿过互感器，N线要穿互感器，且不得重复接地。 |
其余接线型式需要改造成以上两种型式使用，防止出线误动作或者不动作的情况。剩余电流互感器的选择应根据主回路的额定电流为参考选择，
| 型号 | 孔径 | 主回路额定电流 | 变比 |
| AKH-0.66L45 | 45mm | 80A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L80 | 80mm | 250A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L100 | 100mm | 400A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L150 | 150mm | 630A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L200 | 200mm | 1000A | 1A:1mA |
| AKH-0.66L-260*100II | 265*104mm | 1000A | 1A:1mA |
实际应如图所示，互感器安装在主回路或者支路上，通过测量剩余电流判断是否驱动断路器动作。
ASJ10/20剩余电流继电器典型应用
ASJ60剩余电流监测仪典型应用
3.4注意事项
当采用剩余电流动作保护器（RCD）作为电击防护附加防护措施时，应符合下列规定：
额定剩余电流动作值不应大于30mA；
额定电流不超过32A的下列回路应装设剩余电流动作保护器（RCD）：
供一般人员使用的电源插座回路；
室内移动电气设备；
人员可触及的室外电气设备。
剩余电流动作保护器（RCD）不应作为*一的保护措施；
采用剩余电流动作保护器（RCD）时应装设保护接地导体（PE）。
4结语
通过对某工程实例应用进行分析，市政照明在采用TT接地系统的情况下，使用微型断路器配合剩余电流保护装置（RCD），可有效实现供电线路的短路保护和防触电保护，但保护性能仍受供电线路长度的影响较大。针对不同的情况合理选择设备参数，严格执行相关规范标准，在电气设计工作中至关重要，实现对城市道路照明系统的合理设计，*大限度发挥其在城市发展建设中的重要作用。
参考文献
[1]刘新宇，徐海潮，初秀民，等.道路照明智能控制系统的设计与实现[J].武汉理工大学学报，2011，33（10）：69-72.
[2]王蕾.LED灯在道路交通中的应用[J].公路交通科技：应用技术版，2019，15（1）：129-130，133.
[3]丁映.道路照明配电保护及接地方式探讨[J].机电技术，2018（3）：73-75.
[4]关恒祝.矿山井下低压IT接地系统设计规范探讨[J].工矿自动化，2015，41（2）：47-49.
[5]任元会.道路照明配电系统接地方式和线路保护的探讨[J].建筑电气，2007（7）：4-7.
[6]城市道路照明设计标准：CJJ45—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[7]低压配电设计规范：GB50054—2011[S].北京：中国计划出版社，2012.
[8]刘屏周.工业与民用供配电设计手册（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2016.
[9]城市道路照明工程施工及验收规程：CJJ89—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[10]剩余电流动作保护电器（RCD）的一般要求：GB/T6829—2017[S]
[11]蔡浩然.道路照明采用TT接地系统的故障保护.
[12]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版