TT系统路灯电气设计

首先这篇文章内容有点多，涉及以下部分：

（1）TT系统RCD整定值的选择（根据线路和路灯自然泄露电流，保证RCD不误动）；

（2）能否满足单相接地故障灵敏度要求（计算单相接地短路电流，并核对能否满足TT系统自动断电时间的要求，保证RCD必动）；

（3）能否满足三相和两相接地灵敏度要求（不靠RCD，靠断路器过电流保护，从而确定最小电缆截面）；

（4）电缆压降计算（室外路灯准确计算方法，单相压降和三相压降的不同）

（5）路灯RCD的设置；

（6）TT系统N对地短路分流RCD能否动作；

（7）路灯TT系统铠装电缆或镀锌钢管两端接地将TT改为TNS系统的问题。

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关于路灯TT系统和TN-S系统之争向来已久，本文不做讨论，以常见的TT+RCD形式叙述。

举例： 选用单灯功率100W的LED路灯（接地电阻20Ω），间距30m布置，距变压器（630kVA，接地电阻4Ω）50m室外设置一台路灯配电箱，配电箱进线电缆规格YJV22-4x16mm2，配电箱共4个路灯供电回路，每个回路带31盏路灯（30x30=900m），路灯供电回路电缆规格YJV22-4x16mm2，出线开关为iC65N/4P+VM C16A 100mA (RCD)，验证所选开关及电缆截面是否满足要求。

1、路灯接线方式如下

2、从变压器至路灯接线示意图如下

3、验证

（1）首先验证100mA的RCD整定值是否合适？ 根据配四下P1013页 路灯供电回路首端RCD整定值为100mA，首先要满足线路及设备泄露电流不致使RCD误动作，由上表可知，泄露电流＜0.5I▲n时RCD保证不动作，即泄露电流小于100mAx0.5=50mA可保证RCD不会误动作。

a)YJV22-4x16低压线路的泄露电流 配四下P1017页 从路灯配电箱至最末端路灯供电电缆长度为50+30x30=950m（此处电缆实际长度取支线敷设距离），由上表，供电线路泄露电流为950mx26mA/1000=24.7mA

b)路灯泄露电流 配四下P1107页 每找到LED灯具的泄露电流，这里按荧光灯安装在金属构件上近似计算，31盏路灯泄露电流为31x0.1mA=3.1mA

c)整条线路总泄露电流：为24.7+3.1mA=27.8mA小于50mA，RCD不会因泄露电流误动作。

（2）验证发生单相接地故障能否满足灵敏性要求

a)TT系统间接接触故障电击防护的要求 配四下P1458页 上面公式两个关键点：TT系统自动断电的时间和剩余动作电流值分别是多少

先看自动切断电源的时间要求 路灯为单相设备，TT系统最长切断时间为0.2s

再看满足切断时间0.2s的预期剩余电流为多少？ 配四下P1454页 由上表可知，最长分断时间小于0.2s的剩余动作电流至少为2倍RCD动作整定值，本文RCD取100mA，根据配四取5倍整定值，即5x100mA=0.5A

b)模型计算 接地故障回路电流=220/(4+20)=9.2A远＞0.5A，根据表11.7-2，可在0.04s内切断电源，满足表15.2-1中0.2s要求。 施加在人身上的故障电压=9.2x20=184V远＞50V

所以对通常TT来说，RCD成了发生单相接地故障保护的唯一措施，若其被摘除或者误动，常规路灯接地电阻下，人员预期接触电压很容易＞50V从发生电击危险，所以这也是TT系统被诟病的主要原因。

（3）验证两相和三相短路能否满足灵敏性要求 两相和三相短路故障，RCD就无能为力了，需要依靠断路器本身的过电流保护能力。 《低压配电设计规范》GB 50054-2011条文： 那是不是算出来的故障电流大于断路器的过电流脱扣器的1.3倍即可？ 这句话是没问题的，但不适用于这里，因为6.2.4条是对框架、塑壳和工业型微断才适用。而本举例中，微断为家用型，脱扣曲线为C型，瞬时磁脱扣范围为5~10倍，如下图

也就是说，对本举例中的断路器来说，三相或者两相短路电流大于16Ax10=160A必然脱扣动作，而不需要短路电流大于16Ax10x1.3。 而iC65的瞬时脱扣时间小于10ms（0.01s），满足表15.2-1中0.2s的规定。

最末端三相和两相短路电流计算：10kV侧短路容量按200MVA 步骤一：变压器高压侧系统阻抗换算

步骤二：计算10/0.4kV三相双绕组变压器的阻抗 《配四》P281页表4.6-3                   注意此处Ub取值为短路点的平均电压，对10/0.4kV变压器即为0.4kV，对应标称电压为0.38kV。 变压器的阻抗计算按有实用法中有名值法

步骤三：计算低压电缆的阻抗 从变压器低压侧至最末端路灯电缆长度1000m（忽略母线阻抗），相线截面为16mm2。 根据配四上P875页电缆电阻和电抗值作为参考 电缆电阻R=1.359x1km=1359mΩ 电缆电抗X=0.082x1km=82mΩ

步骤四：计算路灯供电线路末端三相和两相短路电流 总电阻R总=0.08+3.78+1359=1363mΩ 总电抗X总=0.8+14.7+82=98mΩ 短路电流=230/根号下（1363²+98²）=0.1678kA=168.3A 将将大于断路器的16Ax10=160A，这个数值并不保险，建议将路灯供电电缆截面改为3x25+1x16mm2，路灯配电箱前端电缆截面为4x16保持不变。 由上表，25截面电缆电阻为870mΩ/km，远小于16截面的1359mΩ/km，不用像上面详细计算，估算一下三相和两相短路电流约261A，抛出环境因素，这个短路电流值是能保证iC65 16A C型曲线瞬时脱扣的。

（4）验证压降能否满足要求 配四上P462页 道路照明电压偏差允许值为+5%~-10%，考虑变压器和路灯配电箱前端压降按3%计，路灯配电箱至路灯最末端电缆压降负偏差取-7%。

结论：计算路灯线路压降时，负荷取所有灯具的总负荷，线路长度为配电点到负荷中心，而不是配电点到负荷末端。 证明过程： 设O处为照明配电箱（我们先从此处说起，暂不考虑配电箱前端线路压降），此照明配电回路满足如下条件： （1）灯具电压等级为~220V； （2）单灯容量相等（便于计算取单灯计算电流为1A）； （3）灯具间距离近似相等（设两灯之间线缆长度为L2，配电箱至首端灯线缆长度为L1）； （4）照明配电箱至末端灯具电缆等截面。设计中我们通常不会改变线缆截面，灯具自带接线忽略不计。 根据配四P866页表9.4-3接相电压的单相负荷线路计算公式及欧姆定律： 我们知道供配电系统中电压降是随着负荷电流的变化在变化的，即电压降是一段一段的，我们将上图分段考虑并计算线路电压降。 （1）CD段线路压降为2△ua·L2·1A； （2）BC段线路压降为2△ua·L2·2A； （3）AB段线路压降为2△ua·L2·3A； （4）OA段线路压降为2△ua·L1·4A； 整段线路OD压降： △u=2△ua·L2·1A+2△ua·L2·2A+2△ua·L2·3A+2△ua·L1·4A， 合并同类项后 △u=2△ua·L1·4A+2△ua·L2·（1A+2A+3A） =2△ua·L1·4A+2△ua·L2·6A（公式1-1）。 我们取首末灯具线路中点（如图中实心圆点所示），可知A点到实心圆点间距离为L2+L2/2=3·L2/2，将此数代入到公式1-1中得 △u=2△ua·L1·4A+2△ua·（3·L2/2）·4A =2△ua·（L1+3·L2/2）·4A公式（1-2）。

本例每个供电回路所接100W照明灯具31个，根据上面短路电流计算，电缆截面有4x16调整为3x25+1x16，接法如下： 计算:功率P=100x31=3100W 电流I=3100/380/1.732/0.9=5.3A 注意此处是按三相负荷计算而不是单相。 若计算单相线路压降，为2倍的三相线路压降。

配四上P875页

可知25mm2截面电缆，功率因数按0.9时对应每A每km压降百分比为0.373，上一步计算电流为5.3A，现在关键是长度的选取。 路灯配电箱至第一盏路灯长度为50m，第一盏路灯至最后一盏路灯长度900m，那么计算压降所取长度为50+900/2=500m， 那么从路灯配电箱至最末端路灯线路压降为0.373x5.3x0.5=0.988%，完全满足要求。 电缆压降低的主要原因是路灯功率太小，计算电流小，长度取实际长度的一半。

经过以上核算，选用单灯功率100W的LED室外路灯（接地电阻20Ω），间距30m布置，距630kVA变压器（接地电阻4Ω）50m室外设置一台路灯配电箱，配电箱进线电缆规格YJV22-4x16mm2，配电箱共4个路灯供电回路，每个回路带31盏路灯（30x30=900m，功率3kW），路灯供电回路电缆规格YJV22-3x25+1x16mm2，出线开关为iC65N/4P+VM C16A 100mA (RCD)，验证所选开关及电缆截面满足要求。

4、路灯TT系统RCD的设置 由上图，采用TT系统设计路灯时，除了路灯供电回路首端采用RCD外，每个路灯接线仓也要安装RCD。 我们设计的时候，通常每个路灯就地做个接地极完事，而施耐德的书将所有路灯接地极通过扁钢连一起了，这里并不是局部等电位或者将扁钢当PE线的作用，而是保证首端RCD能可靠动作。 关于TT系统路灯N对地故障时RCD能否可靠动作见修改：TN和TT系统N对PE（或地）故障分析（二）

5、关于TT系统路灯其他问题 （1）路灯供电线路通常采用铠装电缆或者交联聚乙烯电缆穿镀锌钢管敷设； （2）同现场工程师了解到，施工不管是TT系统还是TNS系统，铠装电缆两端和镀锌钢管两端通通焊接接地； （3）那么就硬生生人为制造了一条PE线，破坏了TT系统不沿PE线传导故障电压的优点； （4）这个现场实际问题还是较难解决的，所以我们可不可以仿照室外电动伸缩门作法，在每个路灯下做个局部等电位，首端还是设置100mA或者300mA的RCD，这样图纸设计成TT系统，人为接成TNS系统，沿铠装层或者镀锌钢管传递的故障电压也会因为局部等电位保护人身安全。