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城市道路照明路灯电缆截面的选择和保护
来源:www.ygqcom.com | 作者:以光黔城科技 | 发布时间: 2020-01-16 | 4862 NaN | 分享到:
摘 要：简述了电缆截面选择的条件，对不同截面、不同长度的路灯电缆末端进 行了单相短路电流计算，采用非选择型断路器和选择型断路器对配电线路进行短 路保护，分别进行了断路器额定电流选择及脱扣器电流整定，并对路灯配电线路设 置剩余电流保护进行了探讨。
关键词：电缆截面；单相短路电流；断路器；短路保护；剩余电流保护
0 引言：在城市建设中，道路照明是一项不可缺少的重要基础设施，为城市各种车辆在夜间行驶以及行人创造良好的视觉环境，保障交通安全。道路 照明具有负荷分散、配电线路长、环境恶劣等特点。在道路照明工程项目设计过程当中，电气设计人员对道路照明供电回路的保护理解不 到位，造成电缆截面的选择与保护开关电器的选择不匹配，产生很大的安全隐患。 本文根据规范和相关手册，在短路电流计算 的基础上对路灯配电电缆截面的选择和保护进行探讨。
1、路灯电缆截面选择的条件
（1）按温升选择截面。按发热条件选择导体，其长期的负载电流不应小于线路的允许工作电流，以保证导体的实际工作温度不超过允许值。由于路灯回路工作电流均不大，特别是广泛采用LED灯后，工作电流更小，因此路灯电缆均 能满足温升要求。
（2）按经济电流选择截面。在寿命期内按 线路损耗费用与初始投资费用之和最少原则选 择电缆截面。路灯电缆的特点是工作电流小，电 缆截面大，一般均能符合经济电流密度的要求。
（3）按短路热稳定选择截面。在短路保护 电器分断短路电流前，电缆应能承受包括非周期 分量在内的短路电流的热作用。一般路灯专用变压器容量≤400KVA，容量均较小，因此变压器 低压侧出口短路电流均不大。另外，路灯电缆截 面通常不小于16ｍｍ2（根据路灯所提供的相关材料），所以除非变压器容量比较大，否则电缆无须校验热稳定。
（4）按电压降校验截面。正常运行时，道路 照明灯具端的工作电压应为额定电压的90％～105％。路灯电缆的特点是截面大、工作电流小，只要是供电半径不是特别长（不大于1km），电压降均能满足要求。
（5）满足机械强度的要求。绝缘导体穿导 管敷设时，按照GB50054-2001《低压配电设计规范》第3.2.2款第5条的要求，铝导体的最小截面为 10ｍｍ2，铜导体的最小截面为1.5ｍｍ2。 当配电线路采用电缆穿管敷设时，路灯电缆均能满足此要求。
（6）满足线路保护的要求，即符合过负荷保 护、短路保护及接地故障保护的要求。道路照明的特点是路灯线路很长时，回路阻抗值较大，导致线路末端单相短路电流值较小，常规的保护装 置就无法切断或无法很快地切断故障线路，须缩短供电半径、加大电缆截面或采取其他措施，来提高系统故障保护的灵敏性。 综上，选择路灯电缆截面，主要是满足线路 保护的要求，必要时进行热稳定校验和电压降校验，其他选择条件可以不考虑。
2、低压侧单相短路电流计算
道路照明专用变压器常用容量一般为100kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA，路灯常用交联聚乙烯YJV电缆截面为16ｍｍ2、25ｍｍ2、 35ｍｍ2、50ｍｍ2，路灯电缆的长度一般在1000ｍ以内。中小城市路灯专用变压器容量以200kVA及以内居多。本文以常用200kVA变压器为电源，对以上４种常用路灯电缆按不同线路长度分别进行末端单相短路电流计算。单相短路包括 相中短路（简称L-N短路）和单相接地短路故障（简称接地故障）。道路照明配电系统的接地 形式一般采用TN-S系统或TT系统，对于线路末端单相接地短路，这两种系统末端短路电流值基本相同，本文以TT系统为例进行计算。道路照明TT配电系统如图1所示。
道路照明TT配电系统
图1 道路照明TT配电系统
对于路灯电缆末端单相短路（图1中f 1），共 有高压系统、变压器、低压母线、低压电缆等4种阻抗元件，单相接地故障电流为：

高压系统、低压母线的阻抗值太小，相对于变压器和低压电缆的阻抗值可忽略不计。因此如果粗算电缆末端短路电流值，可只考虑变压器和低压电缆两个元件阻抗值。查文献[6]中表4.6-12可知，200kVA变压器相保阻抗 Ｚφp.t＝（10.9＋j29.1）ｍΩ。YJV电缆不同截面相应长度的相保阻抗如表1所示。

据表1提供的相应电缆相保阻抗值和200kVA变压器本身的阻抗，代入式（1），可 算出YJV电缆不同截面相应长度的末端单相接 地故障电流。200kVA变压器供电YJV电缆 不同截面相应长度的末端单相短路电流如表2所示。

3、配电线路保护
根据国家规范GB50054-2011《低压配电设计规范》第6章，配电线路应装设过负荷保护和短路保护，配电线路装设上、下级保护电器，其动作特性应具有选择性。道路照明控制箱（常设于10kV箱式变电站内）属于路灯的第一级保护，保护电器通常采用断路器，路灯杆内通常设置熔断器或小型断路器对灯具进行第二级保护。
3.1、 过负荷保护和短路保护
路灯回路工作电流小，电缆截面相对较大， 过负荷保护很容易实现，因此重点讨论短路保护。根据国标GB50054-2011第6.2.4条，采用断路器作为短路保护电器时，被保护线路末端 的短路电流不应小于断路器短延时或瞬时过电流脱扣器整定电流的1.3倍，即

路灯控制箱出线断路器根据回路负荷的大小，其过载长延时额定电流I set1通常选用16A、20A、25A、32A、40A、50A。采用A类非选择型塑壳断路器，其短路瞬时脱扣器动作电流 I set3不可调整，瞬时动作电流I set3一般为10倍（或12倍）的 I set1，即分别为160A、200A、250A、320A、400A、500A。但当采用B类选择型塑壳断路器时，其短延时过电流脱扣器动作电流I set2一般均可调整，为了保证线路末端短路时断路器可靠动作，其短延时过电流脱扣器动作电流I set2一般按2~4倍的I set1整定，本文按3倍考虑。另外，当路灯杆内部发生短路时，为了实现与下级灯杆内的断路器或熔断器短路保护的选择性，短延时过电流脱扣器除必要的动作延时外其动作电流I set2还应不小于下级断路器（灯杆内断路器）瞬时脱扣器动作电流的1.3倍。当灯杆内保护采用小型断路器时，通常采用额定电流6A、脱扣曲线为B型、剩余动作电流30mA的小型剩余电流断路器，其瞬时脱扣电流为5倍额定电流即30A，因此，路灯控制箱出线选择型断路器短延时脱扣器动作电流不应小于39A。单灯保护采用小型断路器的好处是：灯杆内线路发生接地故障时，断路器可以非常快地切除故障，由于灯具引线采用护套线且在灯杆内敷设，因此灯杆内发生接地故障的几率特别低，可以不考虑。当然单灯保护也可采用熔断器，缺点是没有剩余电流保护功能，优点是造价低，其与选择型断路器级间配合也很容易实现，因此应用很广。根据式（2）、式（3）可以算出，YJV电缆不同截面相应长度可以采用的非选择型断路器和选择型断路器对应的最大额定电流值，如表3、表4所示。

当路灯控制箱出线断路器采用非选择型断路器时，由表3可知路灯电缆长度≥500ｍ线路 末端短路时，截面25ｍｍ2及以下电缆全部不能 满足短路保护要求，只有通过加大电缆截面才能满足短路保护要求。当路灯控制箱出线断路器 采用选择型断路器时（短延时脱扣电流按3倍长延时电流整定），由表4可知只要路灯电缆长度在1000ｍ以内，线路末端短路时结合所在回路的计算电流都能选择到合适的电缆截面。因此， 路灯控制箱采用选择型断路器不但短路保护可靠，而且经济，可显著减小电缆截面。
3.2、剩余电流保护
路灯杆常常安装于人行道或靠近公交港湾站台处，与不特定人群有着可随意接触的空间， 一旦因绝缘老化、雨淹等导致剩余电流使灯杆带电，由于故障电流小，常规的短路保护和过负荷保护往往难以动作，这将引发极大的危险性，容易造成人身触电事故。装设剩余电流动作保护装置不但可以防止电气线路或电气设备因接地故障引起电气火灾和电气设备损坏的事故，而且还可防止直接和间接接触的电击事故发生，确保人身安全。
剩余电流保护只能作为其他直接接触防护 失效或人员疏忽时电击事故基本防护措施的附 加保护措施，对于路灯系统采用剩余电流保护防 止直接电击，就是在路灯杆内装设剩余电流不超过30mA的剩余电流断路器替代常规熔断器。 路灯杆是否装设剩余电流保护，目前相关规范没有明确规定。另外，路灯杆内电气设备发生漏电的几率也特别低。因此，间接接触电击事故防护是路灯配电线路保护主要考虑的因素。通常在路灯控制箱出线处采用剩余电流断路器，当电路发生绝缘损坏造成接地故障，由剩余电流断路器动作切断电源。 根据国家规范 GB/T13955-2017《剩余电流 动作保护装置安装和运行》第5.7条，路灯控制箱出线剩余电流断路器的额定剩余不动作电流， 应不小于路灯和被保护电气线路的正常运行时泄漏电流最大值的2倍。文献[6]中表11.7-16， 正常情况下截面 16~50ｍｍ2的YJV电缆每千米泄漏电流在26~33mA之间，路灯每盏灯泄漏电流0.1mA。以截面YJV-4×35ｍｍ2长度 0.8km路灯（考虑双灯头）供电线路为例，正常情况下该 路灯供电线路泄漏电流在33mA左右，所以路灯控制箱出线剩余电流断路器的额定剩余不动作电流不应小于66mA。根据规范  GB/T13955-2017附录B.6~B.7，剩余电流断路器的额定剩余动作电流宜为额定剩余不动作电流的2倍。 因此，路灯控制箱出线剩余电流断路器的额定剩余动作电流不应小于 132mA。考虑路灯配电环境复杂，路灯漏电如误动作会给安全照明带来隐患。结合路灯实际，路灯控制箱出线剩余电流断路器的剩余动作电流不宜小于300mA。另外，路灯杆内如果采用剩余动作电流30mA的小型断路器对路灯进行单灯保护，则路灯控制箱出线剩余电流断路器应采用剩余动作电流不小于300mA延时型剩余电流断路器，剩余电流保护动作延时时间宜为0.2~0.3s。
4、结语
路灯电缆的特点是配电线路长、回路阻抗大、末端短路电流小，因此满足短路保护要求 是路灯电缆截面选择的首要因素。采用选择型断路器对路灯配电线路进行短路保护，通过合理确定断路器的额定电流值和短延时过电流脱扣器动作电流值，不但使短路保护动作可靠，而且又经济，可显著减小电缆截面。另外，在选择型断路器的基础上加装剩余动作电流不小于300mA剩余电流脱扣器，当路灯或配电线路发生接地故障时能够迅速切断电源，可防止电击事故发生，有效保障人身安全。

参考文献：
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