浅析路灯电击安全问题与选型
2021-09-06 13:02:05 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：介绍了路灯设计安全防护的几个要点，简单分析了路灯低压配电接地系统形式TN-S和TT的选择及剩余电流保护装置在路灯设计中设置的必要性，列举了路灯灯具和灯杆的一些安全技术质量要求。
关键词：路灯配电系统接地形式；剩余电流保护装置；路灯室外防护；路灯安全用电
0引言
随着我国经济的飞速发展，全国城镇化不断加速，农村公路也不断修建，路灯几乎已经遍布城市农村的每个角落，为我们夜间出行发挥着至关重要的作用，在我们生活中已经不可或缺。但正是由于路灯分部之广，深入到我们的日常生活当中，每个人每天都有可能与路灯接触，路灯灯杆一般也为导电金属杆，路灯可能带来的电击安全问题也变得尤为重要，路灯照明设计则要尽量减少电击发生的可能性，当发生电击事故时能及时切断电源，确保人身安全。
1路灯设计安全防护要点
路灯安装在户外条件，受日晒雨淋，发生短路接地故障在所难免，故在满足照明功能的前提之下，故障防护则成为了重中之重。防范路灯电击事故的措施：（1）尽可能的减少与故障路灯的接触；（2）当发生电击事故时及时切断电源保护人身安全；（3）确保路灯质量，满足路灯防护等级要求。
2正确选择路灯低压接地系统，减少路灯故障传导
低压接地系统分TN、TT、IT三种类型。TN系统按中性线和PE线的不同组合方式又分为TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。IT系统主要用于对不间断供电和防电击有高要求的场所，如医院室、电力炼钢等，路灯供电系统一般不会采用。实际路灯工程设计中路灯低压接地系统多采用了TN-S和TT系统，那么两种接地系统哪个更适用于路灯低压供电我们做一下比较分析。TN-S系统接地形式见图1：
图1
当TN-S系统某一回路发生接地故障时，其故障电流通过回路的PE线金属通路返回电源，回路故障电流较大，在PE线上大电流产生的电压降形成的接触电压Uf至少为110V，大大超过接触电压限值50V，如果防护电器失效不动作，故障持续时间过长，这时人体接触路灯金属灯杆，就有可能导致间接接触电击至死亡事故，而又因为低压接地系统采用TN-S系统，所有路灯灯杆均与PE先连接，故障电压Uf会沿PE线传导到其他未发生故障的路灯外露金属灯杆上，路灯一般间隔30~40米设置一套，行人接触故障电压的几率就会大大增减，电击事故发生的可能性就很高。
TT系统接地形式见图2：
图2
当TT系统某一回路发生接地故障时，其故障回路内除部分是金属导体外，还串联有电源侧系统接地电阻和路灯外露可导电部分保护接地电阻。其回路阻抗较TN系统的故障阻抗大，故障电流相对较小。由于每套路灯单独设置接地，故障电压不会乱串，只有发生接地故障的那套路灯会带故障电压Uf，其他路灯均安全可靠，行人接触故障电压的几率就会大大减小，电击事故发生的可能性也就随之降低。
3及时切断故障电源保证人身安全
当路灯发生接地故障时，故障回路就会产生故障电流Id，当故障电流流过保护电器时，保护电器跳闸，断开故障回路。但是路灯供电距离一般都比较长，路灯配电回路阻抗较大，故障回路故障电流Id较小，故障电流能否保证断路器可靠动作就需要校验。我们计算一下路灯供电回路的故障电流作简单的分析。
当路灯低压配电系统采用TN-S时，发生接地故障如下图3所示：
图3
假设路灯供电距离为800米，由于路灯供电电缆较长，电压损失较大，并考虑到电缆机械强度的要求，路灯供电电缆一般选用截面为16平方毫米的电缆，断路器长延时整定值Iset1设为32A。查《建筑电气常用数据》04DX101-1得线缆电阻为1.359Ω/km，忽略线缆电抗，则ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，ZPE=1.359x0.8=1.0872Ω，设RA=4Ω，RB=4Ω：
Id=UO/[ZL+ZPE//（RA+RB）]=220/[ZL+ZPE//（4+4）]=107.6A。
式中：ZL—相线阻抗ZPE—PE线阻抗RA—保护接地电阻RB—系统接地电阻。
UO—相对地电压Id—接地故障电流。
断路器瞬动整定值Iset3=10Iset1=320A，由于接地故障电流仅为107.6A，发生接地故障时断路器不会动作。所以加设剩余电流动作保护器RCD才能确保断路器可靠动作，切断供电回路。
当路灯低压配电系统采用TT系统时，发生接地故障如下图4所示：
图4
同样假设路灯供电距离为800米，路灯供电电缆选用截面为16平方毫米的电缆，断路器长延时整定值Iset1设为32A。查《建筑电气常用数据》04DX101-1得线缆电阻为1.359Ω/km，忽略线缆电抗，则ZL=1.359x0.8=1.0872Ω，设RA=4Ω，RB=4Ω:Id=UO/（ZL+RA+RB）=220/（1.0872+4+4）=24.2A。
根据《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB13955-2005第4.2.2.2条TT系统的电气线路或电气设备装设剩余电流保护装置作为防电击事故的保护措施。路灯回路设带剩余电流动作保护的断路器，动作电流30mA，动作时间＜0.1S，当发生接地故障时，剩余电流动作保护器能及时可靠的切断供电回路，保证人身安全。
由此可见，TT系统要比TN-S系统发生电击事故的概率低很多。《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015第6.1.8道路照明配电系统的接地形式应采用TT系统或TN-S系统。规范并未强制要求使用TT系统，很多设计人员在设计中使用TN-S系统，由于路灯安装在室外条件，路灯供电回路断路器容易误动作，供电回路保护开关也未设剩余电流动作保护装置RCD，这样就大大增加了人身电击事故发生的可能性。而使用TT系统则更加安全可靠，即使发生接地故障时，保护开关未动作，故障也不会传到，仅故障路灯带故障电压，人接触故障电压的可能性就降低，其余路灯不会导致人身电击事故。
4确保路灯质量，满足路灯防护等级要求
路灯安装在户外，环境条件交差，故路灯灯杆及灯具质量就为重要。路灯灯杆材质及技术参数、性能指标不应于Q235-A。灯杆表面均应采用热镀锌防腐、喷塑工艺。灯杆焊接连续焊通，不允许点焊、虚焊、漏焊。灯杆表面喷塑处理，处理后要求表面色泽一致，应无脱落现象，表面喷塑保持期不应小于10年。灯杆的所有连接部件为不锈钢材料，有防止挑臂转动的措施。
灯具的防护等级不应低于IP65，灯具效率应大于75%。灯体金属构件应进行防腐处理，灯具配备防坠落装置及散热措施。透明罩应采用高强度聚碳脂复合材料或高强度钢化玻璃。灯具的机械强度、耐热性能、电气绝缘性能满足《灯具部分：一般安全要求与试验》GB7000.1-2015和《灯具第2-3部分：特殊要求道路与街路照明灯具》GB7000.203-2013的相关要求。
5安科瑞路灯安全用电平台介绍
5.1平台架构
对路灯控制箱进行监测，通过监测路灯线路的电流和电压值来判断路灯的工作情况
直接接入ARCM310仪表，监控每个路灯的电压、电流等电参量进行预警和报警，也可设置定时通断时间并远程控制路灯通断
5.2平台介绍
安科瑞路灯安全用电监测预警系统通过物联网技术对安装在城市各区域路灯的用电状态进行不间断地数据监测。安全用电通过监测路灯线路的电流和电压值来判断路灯的工作情况，任何不正常的工作状态，平台都能进行监测和预警，预警信息通过手机APP推送，短信，语音电话和邮件等，时间到达责任人的身边，提醒运行人员接触器跳闸，电源失压等等。平台也可以设置开合闸时间，每天定时控制路灯控制器的启动和关闭。
1.监测路灯的开闭，使用时长，非工作时间开启，或开启时间过短，则进行预警；
2.监测路灯的电流电压工作状态，可以分级设置预警值和报警值，当超出阈值范围时进行预警和报警，
3.判断路灯功率和线路损耗，当电流超出阈值范围时进行预警；
4.可以设置路灯的异常个数，超出异常个数进行预警通知；
5.对路灯回路的漏电流和导线温度进行监测，如果漏电过大，线缆温度过高则进行预警或报警；
6.可以设置开合闸时间，定时对路灯控制器进行操作，触发频率可以设置成一次或者每天。
7.多种开关灯执行方案设定，可设置普通（平时）方案、周末方案、节（假）日方案、临时方案，并可设定方案执行的方式和优先级；
8.自动开关灯管理可选择定时模式、按季节变化的日出日落自动跟随模式、光照度辅助开关灯模式；
9.能够自动进行亮灯率计算，形成亮灯率报表首页
消息提醒显示需要处理的任务及报警消息
隐患统计以曲线图的方式展示当月隐患数量
地图显示相关点位
监控模块提供数据监控监控功能，包含大数据调度和统计。
地图显示
设备监控可以按监控设备识别号、项目筛选，显示设备识别号、设备详情、设备实时数据点击“设备”后进入设备实时数据页面。可查看历史曲线，巡检记录，报警信息，控制日志和、视频监控
隐患管理包括隐患巡查、隐患派发、隐患处理、隐患分析
运维管理
能耗分析
5.3产品选型介绍
5.4功能介绍
智慧用电在线监控装置是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单、三相交流电测量、四象限电能计量、谐波分析、遥信输入、遥信输出功能，以及RS485通讯或GPRS无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。
应用：用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等
ARCM310功能：ARCM310智慧用电在线监控装置（以下简称装置）是针对0.4kV以下的TT、TN系统设计的智能电力装置，具有单相交流电测量、漏电监测、温度监测、内控开合闸以及RS485通讯或GPRS无线通讯功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理。
装置采用先进的微控制器技术，集成度高，体积小巧，安装方便，集智能化，数字化，网络化于一身，是建筑监控装置预防监控、系统绝缘老化预估等的理想选择。作为一种先进的智能化、数字化的采集元件，该装置已广泛应用于学校、医院、商场、银行、古建筑等众多场所。
ARCM310图片
GSM400-4G功能：AF-GSM是安科瑞电气推出的新型的4G远程无线数据采集设备，采用嵌入式设计，内嵌TCP/IP协议栈，同时采用了功能强大的微处理芯片，配合内置看门狗，性能可靠稳定。
本产品提供标准RS485数据接口，可以方便的连接RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，就可以完成对MODBUS设备的数据采集，并且与安科瑞服务器进行通讯，
GSM400-4G图片
5.5用户体验
5.6现场安装
6结语
经上述分析，正确选择路灯低压供电系统接地形式与保障路灯灯杆、灯具质量是保障路灯安全可靠运行的关键。TT形态较TN-S系统更加安全可靠，路灯设计是应尽量使用TT系统，减少电击发生概率。只有保证了路灯安全可靠的运行才能更好的发挥路灯在我们生活中的举足轻重的作用，保证我们夜间出行的需求。
【参考文献】
[1]尤冬.浅析路灯电击安全问题
[2]王厚余.《低压电气装置的设计安装和检验》第三版中国电力出版社.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版
作者简介：王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事安全用电研究发展
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