韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】單相接地故障是造成城市路燈設施漏電隱患的主要原因，通過(guò)研究剩余電流保護器(ＲＣＤ)的工作原理，找到了利用鉗表快速地測量回路中剩余電流的方法，從現場(chǎng)作業(yè)的角度出發(fā)，提高人工排查漏電隱患的效率。

【關(guān)鍵詞】路燈；剩余電流；漏電隱患；維護作業(yè)

0引言

路燈是指給道路提供照明功能的一種用電設備，其特點(diǎn)是分布廣、燈桿基本使用鋼鐵材料，燈桿頂部的燈具、燈桿內的電纜線(xiàn)都帶電，由于路燈桿較多分布于人行道或綠化帶，燈桿與人很容易接觸到，因此，當漏電發(fā)生時(shí)，很容易引起人體觸電的事故。近年來(lái)，隨著(zhù)城市規模的不斷擴大，城市人口與日俱增，城市照明范圍也隨著(zhù)日益擴大，市民也對城市照明提出了更高的要求。在這個(gè)背景下，路燈設施的數量和密度在不斷增加，這也給城市照明設施的管理增加了難度，而時(shí)有發(fā)生的路燈漏電傷人事件，也給城市照明設施的管理者提出了一個(gè)難題:如何做到既能保證照明的效果，又能把安全隱患消除。本文將主要探討漏電現象的原理、如何快速排查隱患并分享實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗。

１漏電原因分析

路燈設施漏電分為“燈桿帶電"和“電纜漏電"，這兩類(lèi)現象產(chǎn)生的場(chǎng)景有以下幾種:

1）路燈桿內電纜絕緣損壞導致電線(xiàn)與燈桿接觸，使燈桿帶電。

2）燈頭漏電。照明燈頭雖然設計有防水功能。但絕緣發(fā)生變化或者線(xiàn)路被雷擊后。燈頭存在漏電的可能。

3）路面積水侵入燈桿內部導致漏電。城市內澇時(shí)，路燈桿若淹沒(méi)于水中，水位超過(guò)燈門(mén)高度，接線(xiàn)頭防水措施不足會(huì )導致漏電。

4）電纜絕緣變化。路燈供電線(xiàn)路比較長(cháng)，有的線(xiàn)路可能長(cháng)達數公里，并且都埋于地下，時(shí)間久了會(huì )受侵蝕發(fā)生絕緣變化，或受外力影響導致電纜皮破損，電纜絕緣降低就可能導致漏電。在電路分析中，以上漏電現象多為單相接地故障，?低壓配電設計規范?(ＧＢ/Ｔ５００５４—２０１１)第５.２.９條規定“ＴＮ系統中配電線(xiàn)路的間接接觸防護電器切斷故障回路的時(shí)間，應符合下列規定:配電線(xiàn)路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線(xiàn)路，不宜大于５ｓ"，假設某一段路燈線(xiàn)路長(cháng)１ｋｍ，采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２電纜，當線(xiàn)路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)?故障電流Ｉｄ＝1２２.３Ａ，對于常用的額定電流為６３Ａ的斷路器。很難在５ｓ內切斷電路，如果發(fā)生單相非金屬性接地故障，現有的斷路器更可能是根本無(wú)法切斷故障回路[１]。單相接地故障中，故障點(diǎn)電壓會(huì )下降，另外兩相電壓會(huì )升高，但是由于ＬＥＤ路燈電源大多數是寬范圍設計，電壓低至９０Ｖ也可以正常工作，因此無(wú)法通過(guò)肉眼觀(guān)察亮燈情況來(lái)發(fā)現故障，路燈線(xiàn)路由于電纜與大地接觸，且距離很長(cháng)。電纜的對地分布電容所產(chǎn)生的漏電容易超過(guò)一般漏電保護器的整定范圍，導致無(wú)法合閘，常規的漏電保護器也無(wú)法加裝。因此，在實(shí)際的維護管理中，我們需要增加人工排查故障的方式，提高線(xiàn)路的安全性。單相接地故障發(fā)生時(shí)，保護導體(ＰＥ)線(xiàn)內會(huì )流過(guò)漏電電流，我們可以通過(guò)測量出漏電電流來(lái)排查出故障回路[２]。一段路燈線(xiàn)路長(cháng)１ｋｍ，采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２電纜，當線(xiàn)路末端發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，故障電流Ｉｄ＝１２２，３Ａ，對于常用的額定電流為６３Ａ的斷路器，很難在,５ｓ內切斷電路，如果發(fā)生單相非金屬性接地故障。

現有的斷路器更可能是根本無(wú)法切斷故障回路[１]，單相接地故障中，故障點(diǎn)電壓會(huì )下降，另外兩相電壓會(huì )升高，但是由于ＬＥＤ路燈電源大多數是寬范圍設計，電壓低至９０Ｖ也可以正常工作。因此無(wú)法通過(guò)肉眼觀(guān)察亮燈情況來(lái)發(fā)現故障，路燈線(xiàn)路由于電纜與大地接觸，且距離很長(cháng)，電纜的對地分布電容所產(chǎn)生的漏電容易超過(guò)一般漏電保護器的整定范圍。導致無(wú)法合閘，常規的漏電保護器也無(wú)法加裝。因此，在實(shí)際的維護管理中，我們需要增加人工排查故障的方式，提高線(xiàn)路的安全性，單相接地故障發(fā)生時(shí)，保護導體(ＰＥ)線(xiàn)內會(huì )流過(guò)漏電電流，我們可以通過(guò)測量出漏電電流來(lái)排查出故障回路[２]。

2不同類(lèi)型電流產(chǎn)生的原理

2.1不平衡電流產(chǎn)生的原理

三相五線(xiàn)制中時(shí)，任何一相總的單相負荷都有兩個(gè)回路，一是和零線(xiàn)組成２２０Ｖ回路，二是和另一相串聯(lián)構成３８０Ｖ回路，當三相平衡的時(shí)候，電源相間的線(xiàn)電壓與每一相回路的相電壓之間會(huì )形成一個(gè)和諧的回路，而此時(shí)零線(xiàn)上是沒(méi)有電流的。當負荷不平衡的時(shí)候，串聯(lián)在線(xiàn)電壓之間的兩相負荷就不一樣大了，而由于串聯(lián)電路中電流相等，于是負荷大的一相多余的電流就從零線(xiàn)流走了，這個(gè)電流就是不平衡電流[３]。

如圖１所示假設Ｌ１相接了一個(gè)燈Ｌ２相接了兩個(gè)燈，Ｌ３相接了三個(gè)燈，Ｌ１相的一個(gè)燈通過(guò)零線(xiàn)和Ｌ２相兩個(gè)燈串聯(lián)接于Ｌ１Ｌ２線(xiàn)電壓，Ｌ１相的一個(gè)燈也通過(guò)零線(xiàn)和Ｌ３相三個(gè)燈串聯(lián)接于Ｌ１Ｌ３線(xiàn)電壓。此時(shí)系統處于不對稱(chēng)狀態(tài)，三相不平衡，在線(xiàn)電壓與Ｌ１相Ｌ２相共三個(gè)燈的回路中。電流處處相等，而Ｌ１相和Ｌ２相各自回路的負載電流卻不等，而系統之所以還可以運行，是因為Ｌ１Ｌ２相多余負荷的電流從零線(xiàn)走了，因此，此時(shí)的Ｎ線(xiàn)是帶電的。

2.2零序電流產(chǎn)生的原理

三相系統的電壓、電流都可以分解為正序、負序和零序分量，在三相平衡且發(fā)生時(shí)，系統處于對稱(chēng)運行狀態(tài)，沒(méi)有負序零序分量，只有正序分量，若出現了負序或零序分量，則說(shuō)明系統存在問(wèn)題[４]。單相接地故障會(huì )產(chǎn)生零序電流，假設三相平衡，當電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)三相電流相量和不等于零，其相量和為Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝Ｉ(Ｉ即零序電流)[５]。雖說(shuō)單相接地故障會(huì )產(chǎn)生零序電壓和零序電流，但是，在實(shí)際工作中我們發(fā)現，由于路燈低壓設施數量龐大、線(xiàn)路長(cháng)、接線(xiàn)不規范等諸多問(wèn)題，導致在實(shí)際運行中。三相不平衡的情況較為常見(jiàn)，線(xiàn)路中經(jīng)常有不平衡電流，因此我們難以通過(guò)直接測量零序電流的方式去排查單相接地故障。

2.3漏電電流產(chǎn)生的原理

法快速檢測線(xiàn)路中的剩余電流，既然如此，我們就可以通過(guò)測量剩余電流的方式快速方便地排查出單相接地故障，剩余電流保護的原理，是讓三相線(xiàn)路及中性線(xiàn)共同穿過(guò)一個(gè)ＣＴ(電流互感器)，如下圖，三相線(xiàn)路與中性線(xiàn)的電流矢量和為ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ，當線(xiàn)路正常沒(méi)有發(fā)生單相接地故障時(shí)，此電流矢量和為０(忽略正常泄露電流)。當發(fā)生單相接地故障時(shí)，ＰＥ線(xiàn)會(huì )流過(guò)接地故障電流ＩＤ，則電流矢量和為ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩＤ[６]，

3漏電電流的檢測

在實(shí)際操作時(shí)，我們在路燈箱變的低壓出線(xiàn)端。任選一個(gè)回路，用鉗形表把Ａ相、Ｂ相、Ｃ相和零線(xiàn)用鉗形表同時(shí)鉗住，此時(shí)測得的電流數值就是ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ，而這個(gè)數也等于ＩＤ。也就是故障電流(漏電電流)，在這個(gè)過(guò)程中，不對稱(chēng)分量被抵消。因此測得的剩余電流，由單相接地故障所產(chǎn)生的漏電電流，圖３是現場(chǎng)操作的圖片。

4實(shí)際應用

我們用這個(gè)方法對１３３臺箱變進(jìn)行了剩余電流的檢測，表１和表２是部分測量數據，其中Ｎ１~Ｎ１０代表回路編號。表１中，有一臺箱變ＮＳ３￣１００的Ｎ５回路的數值達到了２０.２Ａ，明顯超出正常范圍。經(jīng)過(guò)排查后，我們在一處燈桿內找到了故障原因，如圖４所示，該燈桿燈門(mén)內的接線(xiàn)端，被外力拉入至底下的燈盤(pán)位置，我們猜測，可能是臺風(fēng)“山竹"襲來(lái)時(shí)，倒伏樹(shù)木牽扯了路燈電纜，導致接線(xiàn)端被拉到低位，而該燈桿內低位非常潮濕，導致接線(xiàn)頭絕緣老化加速，潮濕的環(huán)境使線(xiàn)頭產(chǎn)生放電現象。使燈桿帶上漏電壓，其電壓達到了１０３Ｖ，由于只是其中一相的絕緣老化，擊穿空氣通過(guò)燈桿與大地連接，產(chǎn)生的漏電流只有十幾安培，空氣開(kāi)關(guān)無(wú)法跳閘，導致此燈桿可以“帶病工作"，且能正常亮

燈。常規巡查難以發(fā)現故障，表２中，也有一臺箱變ＮＳ３￣１２５的Ｎ２回路數值明顯較大，達到了２３Ａ，我們對該回路進(jìn)行排查后，找到了故障點(diǎn)，故障點(diǎn)也在一處燈桿內。該燈桿的燈門(mén)內電纜接線(xiàn)頭絕緣膠布燒斷，導致電纜頭散開(kāi)，電纜頭與燈桿金屬表面直接接觸，造成了單相接地故障。表１和表２中除兩個(gè)故障回路外，其余大部分回路測得的數值相對較低，由于路燈線(xiàn)路長(cháng)，且每個(gè)回路的總長(cháng)度差異較大，電纜對地的分布電容也會(huì )產(chǎn)生些許的漏電流，因此并不是說(shuō)測出了剩余電流數值，就說(shuō)明回路存在故障。正常的線(xiàn)路也可能被檢測出輕微的剩余電流。在這個(gè)基礎上，我們暫時(shí)無(wú)法給出一個(gè)精確的安全數值，只能在維護作業(yè)時(shí)，從數值*大的回路開(kāi)始逐個(gè)排查。

5安科瑞ASJ系列產(chǎn)品介紹

安科瑞ASJ系列剩余電流動(dòng)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(xiàn)路，用來(lái)對電氣線(xiàn)路進(jìn)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(lái)對人身觸電危險提供間接接觸保護。

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器

ASJ60系列剩余電流監測儀

5.1功能介紹

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)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(dòng)作電流可設定，極限不驅動(dòng)時(shí)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(dòng)重合閘功能，遠程通訊功能，遠程分合閘功能。

5.2技術(shù)指標

ASJ10/20系列剩余電流動(dòng)作繼電器技術(shù)指標

ASJ60系列剩余電流監測儀技術(shù)指標

5.3選用說(shuō)明

剩余電流動(dòng)作繼電器在應用時(shí)應注意低壓系統的接線(xiàn)型式。

其余接線(xiàn)型式需要改造成以上兩種型式使用，防止出線(xiàn)誤動(dòng)作或者不動(dòng)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，

實(shí)際應如圖所示，互感器安裝在主回路或者支路上，通過(guò)測量剩余電流判斷是否驅動(dòng)斷路器動(dòng)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

5.4注意事項

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

• 額定剩余電流動(dòng)作值不應大于30mA；

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

• 供一般人員使用的電源插座回路；

• 室內移動(dòng)電氣設備；

• 人員可觸及的室外電氣設備。

• 剩余電流動(dòng)作保護器（RCD）不應作為保護措施；

• 采用剩余電流動(dòng)作保護器（RCD）時(shí)應裝設保護接地導體（PE）。

6結束語(yǔ)

我們使用的這種快速檢測剩余電流的方法，可以在路燈維護作業(yè)過(guò)程中，提高人工排查故障回路的效率?？焖侔l(fā)現漏電安全隱患，通過(guò)一段時(shí)間的現場(chǎng)檢驗，確定了該方法的可操作性。但是我們還無(wú)法整定出安全數值，使得檢測的過(guò)程還存在瑕疵。未來(lái)，我們還將對回路長(cháng)度與電纜對地分布電容造成的泄漏電流之間的關(guān)系進(jìn)行研究，完善通過(guò)檢測剩余電流排查路燈漏電隱患的方法。

參考文獻

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[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.06版

作者簡(jiǎn)介：張豪，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事剩余電流動(dòng)作保護器的研發(fā)與應用