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        • 技術文章

          淺談剩余電流繼電器在道路照明TT接地系統中的應用

          2024-03-25 16:10:22  來源:安科瑞陳芳芳

          【摘要】為解決市政道路照明的故障保護問題,對某市政道路進行工程設計實例分析。針對采用TT接地系統的市政照明供電線路,結合不同的故障類型的短路計算結果,對斷路器額定電流進行整定,并進行靈敏度校驗,驗證了采用微型斷路器配合剩余電流保護裝置(RCD),能有效實現市政照明線路的短路保護和防觸電保護,滿足工程實踐要求。

          【關鍵詞】照明;故障保護;TT系統;

          0引言

          隨著我國城市化進程的發展,市政照明作為市政公共標準配套設施之一,其供電安全和故障保護措施受到日益高度的重視[1]在道路建設項目中,照明系統具有供電線路很長,負荷分散的特點[2]。路燈多為金屬燈桿,且與不特定人群有頻繁接觸,一旦燈桿漏電,將有可能發生觸電事故,因此,合理設置照明配電系統的故障保護*為重要。

          1道路照明接地形式的選擇

          道路照明故障保護的設置方式與系統的接地形式密不可分[3]。低壓照明系統的接地形式包含TT、TN、IT系統。已有大量研究表明,IT、TN-C、TN-C-S接地方式不適用于市政照明系統[4,5],且《城市道路照明設計標準(CJJ45—2015)》[6]第6.1.8條已規定,道路照明配電系統應采用TT系統或TN-S系統。在TT系統中,采用專門的PE線,把控制箱和燈桿接地*連成接地網絡,但與變壓器中性點不連接。鑒于TT系統擁有安全、可靠性比較高的特點[7],本文針對某市政道路采用TT系統的故障保護進行工程實例分析。

          2工程實例分析

          2.1計算條件

          根據某市政道路的建設條件,經設計,該工程的照明系統如圖1所示,采用TT接地系統,以2#回路進行分析,系統的路燈配電如圖2所示。

          2.2保護分析

          不保同護的分故析障類型,應選用不同的保護方式;針對相間短路、相零短路和過負荷等故障或不正常的運行狀態,可在QF1~QF4選用微型斷路器進行保護。當選用B型脫扣特性的斷路器時,瞬時脫扣范圍為3~5In,為滿足保護要求,根據《低壓配電設計規范(GB50054—2011)》[7]的第6.2.4和6.3.3條,有:

          Ik.min≥1.3×5In=8.5In(1)

          In≥IB(2)

          式中:IB-回路的計算電流;Ik.min-線路末端的*小短路電流;In-B型脫扣特性斷路器額定電流。由式(1)、(2)知,對保護設備進行選型和整定時需同時考慮線路負荷和短路電流,因此,參考文獻[8]表9.4的電纜參數,對圖1中1~4#回路的負荷計算和短路計算結果如表1所示。

          根據表1的計算結果,選用4個供電回路均可選用In=25A的斷路器可滿足選型要求。

          間接接觸保護:當TT系統發生碰殼故障時,如圖2所示TT系統的接地故障回路阻抗如下:Zs=Rph+RA+RB(3)式中:Rph為相線阻抗,其中2#照明回路Rph=0.502Ω;RA、RB分別為電源工作接地電阻和路燈保護接地電阻。大量實踐經驗表明,系統沿供電線路通長敷設一條φ12熱鍍鋅圓鋼作為水平接地體,RB一般不大于4Ω,根據文獻[9],RA通常不大于4Ω,取RA=RB=4Ω。

          此時,接觸電壓Ua和故障電流Ik0為:

          式中:U0為系統單相電壓,取220V。由于故障電流Ik0遠小于斷路器的可靠動作電流(8.5In),斷路器不跳閘,而接觸電壓Ua高達103.5V,此時人體一旦接觸燈桿,將遭受電擊。因此針對間接接觸保護,需增設瞬時動作的剩余電流保護裝置(RCD),防止觸電事故發生。RCD整定時,應考慮躲開線路正常運行時的*大泄露電流,避免誤動作,同時保證足夠的靈敏度。

          根據文獻[8]表11.7-16,35mm2聚乙烯絕緣電纜的泄漏電流為33mA/km,同時在所有路燈的導線分接頭處、燈具處均有泄露電流,分別按1mA和0.1mA考慮,因此,正常運行時2#照明回路的固有泄露電流為:

          由于RCD的動作電流I△n應大于正常泄露電流I△0的2倍[8],而RCD的剩余不動作電流的優選值為0.5I△n[10],因此0.5I△n≥2I△n▲I△n≥4I△n=211.2mA,可選取RCD的額定電流為0.5A。靈敏度校驗:當接觸電壓為50V時,泄露電流為I△=U0RA=540VΩ=12.5A,遠大于RCD額定電流,RCD能可靠斷開,從而保護行人安全。

          3安科瑞ASJ系列產品介紹

          安科瑞ASJ系列剩余電流動作繼電器和多回路剩余電流監測儀可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩余電流保護裝置,主要適用于交流50Hz,額定電壓400V及以下的TT和TN系統配電線路,用來對電氣線路進行接地故障保護,防止接地故障電流引起的設備損壞和電氣火災事故,也可用來對人身觸電危險提供間接接觸保護。

          ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器

          ASJ60系列剩余電流監測儀

          3.1功能介紹

          ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器具有以下功能:A型或者AC型剩余電流測量,剩余電流越限報警指示,額定剩余動作電流可設定,*限不驅動時間可設定,兩組繼電器輸出,具有就地,遠程“測試”、“復位”功能;

          ASJ60系列剩余電流監測儀具有以下功能:16路剩余電流監測,1路預警繼電器輸出,16路報警繼電器輸出,2路DI輸入,自動重合閘功能,遠程通訊功能,遠程分合閘功能。

          3.2技術指標

          ASJ10/20系列剩余電流動作繼電器技術指標

          項目

          指標

          AC型

          A型

          輔助電源

          電壓

          AC110/220V(±10%)

          AC/DC85~270V

          功耗

          <5W

          <5W

          輸入

          額定剩余動作

          電流In

          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)

          *限不驅動時間△t

          0.1、0.5(s)

          0、0.06、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1、4、10(s)

          額定剩余不動作

          電流Ino

          50%In

          50%In

          動作特性

          AC正弦交流電流

          AC正弦交流電流、

          脈動直流電流

          頻率

          50Hz±5Hz

          50Hz±5Hz

          動作誤差

          -20%~-10%In

          -20%~-10%In

          輸出

          輸出方式

          一組常開、一組轉換

          一組常閉或常開、一組轉換

          觸點容量

          5A250VAC

          5A30VDC

          AL1:8A250VAC;5A30VDC

          AL2:6A250VAC;5A30VDC

          復位方式

          就地、遠程

          就地、遠程、自動

          環境

          工作溫度

          運行溫度:-20℃~+55℃,存儲溫度:-30℃~+70℃

          工作濕度

          ≤95%RH,不結露,無腐蝕性氣體場所

          海拔高度

          ≤2000m

          污染等級

          3級

          安裝類別

          Ⅲ類

          ASJ60系列剩余電流監測儀技術指標

          項目

          指標

          電源

          電壓范圍

          AC/DC85V~265V

          *大功耗

          ≤10VA

          輸入

          *大測量支路數

          16路

          剩余電流測量范圍

          1mA~30A

          額定剩余動作電流I△n

          1mA~30A連續可調

          動作特性

          AC正弦交流電流及脈動直流電流

          頻率

          50Hz±5Hz

          動作延時

          0~10s可設

          開關量

          2路無源干接點輸入

          輸出

          輸出方式

          1路水浸報警繼電器(常開)

          16路剩余電流報警繼電器(常開)

          觸點容量

          AC250V/3ADC30V/3A

          重合閘

          次數

          0~99連續可設

          間隔時間

          0~999秒連續可設

          通訊

          方式1

          RS485通訊,Modbus-RTU協議

          方式2(可選)

          4G無線通訊

          環境要求

          溫度

          工作溫度:-10℃~55℃,存儲溫度:-30℃~70℃

          濕度

          ≤95%,不結露

          海拔

          ≤2500m

          平均無故障工作時間

          ≥50000小時

          3.3選用說明

          剩余電流動作繼電器在應用時應注意低壓系統的接線型式。

          系統形式

          系統接線

          說明

          TT系統

          采用ASJ。因為當發生單相接地故障時,故障電流很小,且較難估計,達不到開關的動作電流,外殼上將出現危險電壓。

          TN-S系統

          可采用ASJ。更快速靈敏切斷故障,以提高安全可靠性,此時PE線不得穿過互感器,N線要穿互感器,且不得重復接地。

          其余接線型式需要改造成以上兩種型式使用,防止出線誤動作或者不動作的情況。剩余電流互感器的選擇應根據主回路的額定電流為參考選擇,

          型號

          孔徑

          主回路額定電流

          變比

          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

          實際應如圖所示,互感器安裝在主回路或者支路上,通過測量剩余電流判斷是否驅動斷路器動作。

          ASJ10/20剩余電流繼電器典型應用

          ASJ60剩余電流監測儀典型應用

          3.4注意事項

          當采用剩余電流動作保護器(RCD)作為電擊防護附加防護措施時,應符合下列規定:

          額定剩余電流動作值不應大于30mA;

          額定電流不超過32A的下列回路應裝設剩余電流動作保護器(RCD):

          供一般人員使用的電源插座回路;

          室內移動電氣設備;

          人員可觸及的室外電氣設備。

          剩余電流動作保護器(RCD)不應作為*一的保護措施;

          采用剩余電流動作保護器(RCD)時應裝設保護接地導體(PE)。

          4結語

          通過對某工程實例應用進行分析,市政照明在采用TT接地系統的情況下,使用微型斷路器配合剩余電流保護裝置(RCD),可有效實現供電線路的短路保護和防觸電保護,但保護性能仍受供電線路長度的影響較大。針對不同的情況合理選擇設備參數,嚴格執行相關規范標準,在電氣設計工作中至關重要,實現對城市道路照明系統的合理設計,*大限度發揮其在城市發展建設中的重要作用。

          參考文獻

          [1]劉新宇,徐海潮,初秀民,等.道路照明智能控制系統的設計與實現[J].武漢理工大學學報,2011,33(10):69-72.

          [2]王蕾.LED燈在道路交通中的應用[J].公路交通科技:應用技術版,2019,15(1):129-130,133.

          [3]丁映.道路照明配電保護及接地方式探討[J].機電技術,2018(3):73-75.

          [4]關恒祝.礦山井下低壓IT接地系統設計規范探討[J].工礦自動化,2015,41(2):47-49.

          [5]任元會.道路照明配電系統接地方式和線路保護的探討[J].建筑電氣,2007(7):4-7.

          [6]城市道路照明設計標準:CJJ45—2015[S].北京:中國建筑工業出版社,2016.

          [7]低壓配電設計規范:GB50054—2011[S].北京:中國計劃出版社,2012.

          [8]劉屏周.工業與民用供配電設計手冊(第四版)[M].北京:中國電力出版社,2016.

          [9]城市道路照明工程施工及驗收規程:CJJ89—2012[S].北京:中國建筑工業出版社,

          2012.

          [10]剩余電流動作保護電器(RCD)的一般要求:GB/T6829—2017[S]

          [11]蔡浩然.道路照明采用TT接地系統的故障保護.

          [12]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.06版

          作者簡介:陳芳芳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事剩余電流動作保護器的研發與應用,


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          陳芳芳
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