淺談剩餘電流測量在排查路燈漏電隱患中的應用

程瑜

韦德1946网址 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，通過研究剩餘(yu) 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餘(yu) 電流的方法，從(cong) 現場作業(ye) 的角度出發，提高人工排查漏電隱患的效率。

【關(guan) 鍵詞】路燈；剩餘(yu) 電流；漏電隱患；維護作業(ye)

0引言

路燈是指給道路提供照明功能的一種用電設備，其特點是分布廣、燈杆基本使用鋼鐵材料，燈杆頂部的燈具、燈杆內(nei) 的電纜線都帶電，由於(yu) 路燈杆較多分布於(yu) 人行道或綠化帶，燈杆與(yu) 人很容易接觸到，因此，當漏電發生時，很容易引起人體(ti) 觸電的事故。近年來，隨著城市規模的不斷擴大，城市人口與(yu) 日俱增，城市照明範圍也隨著日益擴大，市民也對城市照明提出了更高的要求。在這個(ge) 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，而時有發生的路燈漏電傷(shang) 人事件，也給城市照明設施的管理者提出了一個(ge) 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、如何快速排查隱患並分享實際工作中的一些經驗。

１漏電原因分析

路燈設施漏電分為(wei) “燈杆帶電”和“電纜漏電”，這兩(liang) 類現象產(chan) 生的場景有以下幾種:

1）路燈杆內(nei) 電纜絕緣損壞導致電線與(yu) 燈杆接觸，使燈杆帶電。

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

3）路麵積水侵入燈杆內(nei) 部導致漏電。城市內(nei) 澇時，路燈杆若淹沒於(yu) 水中，水位超過燈門高度，接線頭防水措施不足會(hui) 導致漏電。

4）電纜絕緣變化。路燈供電線路比較長，有的線路可能長達數公裏，並且都埋於(yu) 地下，時間久了會(hui) 受侵蝕發生絕緣變化，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(wei) 單相接地故障，«低壓配電設計規範»(ＧＢ/Ｔ５００５４—２０１１)第５.２.９條規定“ＴＮ係統中配電線路的間接接觸防護電器切斷故障回路的時間，應符合下列規定:配電線路或僅(jin) 供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大於(yu) ５ｓ”，假設某一段路燈線路長１ｋｍ，采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２電纜，當線路末端發生單相金屬性接地故障時ꎬ故障電流Ｉｄ＝1２２.３Ａ，對於(yu) 常用的額定電流為(wei) ６３Ａ的斷路器。很難在５ｓ內(nei) 切斷電路，如果發生單相非金屬性接地故障，現有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路[１]。單相接地故障中，故障點電壓會(hui) 下降，另外兩(liang) 相電壓會(hui) 升高，但是由於(yu) ＬＥＤ路燈電源大多數是寬範圍設計，電壓低至９０Ｖ也可以正常工作，因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發現故障，路燈線路由於(yu) 電纜與(yu) 大地接觸，且距離很長。電纜的對地分布電容所產(chan) 生的漏電容易超過一般漏電保護器的整定範圍，導致無法合閘，常規的漏電保護器也無法加裝。因此，在實際的維護管理中，我們(men) 需要增加人工排查故障的方式，提高線路的安全性。單相接地故障發生時，保護導體(ti) (ＰＥ)線內(nei) 會(hui) 流過漏電電流，我們(men) 可以通過測量出漏電電流來排查出故障回路[２]。一段路燈線路長１ｋｍ，采用ＶＶ－１ｋＶ４×２５ｍｍ２＋１×１６ｍｍ２電纜，當線路末端發生單相金屬性接地故障時，故障電流Ｉｄ＝１２２，３Ａ，對於(yu) 常用的額定電流為(wei) ６３Ａ的斷路器，很難在,５ｓ內(nei) 切斷電路，如果發生單相非金屬性接地故障。

現有的斷路器更可能是根本無法切斷故障回路[１]，單相接地故障中，故障點電壓會(hui) 下降，另外兩(liang) 相電壓會(hui) 升高，但是由於(yu) ＬＥＤ路燈電源大多數是寬範圍設計，電壓低至９０Ｖ也可以正常工作。因此無法通過肉眼觀察亮燈情況來發現故障，路燈線路由於(yu) 電纜與(yu) 大地接觸，且距離很長，電纜的對地分布電容所產(chan) 生的漏電容易超過一般漏電保護器的整定範圍。導致無法合閘，常規的漏電保護器也無法加裝。因此，在實際的維護管理中，我們(men) 需要增加人工排查故障的方式，提高線路的安全性，單相接地故障發生時，保護導體(ti) (ＰＥ)線內(nei) 會(hui) 流過漏電電流，我們(men) 可以通過測量出漏電電流來排查出故障回路[２]。

2不同類型電流產(chan) 生的原理

2.1不平衡電流產(chan) 生的原理

三相五線製中時，任何一相總的單相負荷都有兩(liang) 個(ge) 回路，一是和零線組成２２０Ｖ回路，二是和另一相串聯構成３８０Ｖ回路，當三相平衡的時候，電源相間的線電壓與(yu) 每一相回路的相電壓之間會(hui) 形成一個(ge) 和諧的回路，而此時零線上是沒有電流的。當負荷不平衡的時候，串聯在線電壓之間的兩(liang) 相負荷就不一樣大了，而由於(yu) 串聯電路中電流相等，於(yu) 是負荷大的一相多餘(yu) 的電流就從(cong) 零線流走了，這個(ge) 電流就是不平衡電流[３]。

如圖１所示假設Ｌ１相接了一個(ge) 燈Ｌ２相接了兩(liang) 個(ge) 燈，Ｌ３相接了三個(ge) 燈，Ｌ１相的一個(ge) 燈通過零線和Ｌ２相兩(liang) 個(ge) 燈串聯接於(yu) Ｌ１Ｌ２線電壓，Ｌ１相的一個(ge) 燈也通過零線和Ｌ３相三個(ge) 燈串聯接於(yu) Ｌ１Ｌ３線電壓。此時係統處於(yu) 不對稱狀態，三相不平衡，在線電壓與(yu) Ｌ１相Ｌ２相共三個(ge) 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，而係統之所以還可以運行，是因為(wei) Ｌ１Ｌ２相多餘(yu) 負荷的電流從(cong) 零線走了，因此，此時的Ｎ線是帶電的。

2.2零序電流產(chan) 生的原理

三相係統的電壓、電流都可以分解為(wei) 正序、負序和零序分量，在三相平衡發生時，係統處於(yu) 對稱運行狀態，沒有負序零序分量，隻有正序分量，若出現了負序或零序分量，則說明係統存在問題[４]。單相接地故障會(hui) 產(chan) 生零序電流，假設三相平衡，當電路中發生觸電或漏電故障時，回路中有漏電電流流過，這時三相電流相量和不等於(yu) 零，其相量和為(wei) Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝Ｉ(Ｉ即零序電流)[５]。雖說單相接地故障會(hui) 產(chan) 生零序電壓和零序電流，但是，在實際工作中我們(men) 發現，由於(yu) 路燈低壓設施數量龐大、線路長、接線不規範等諸多問題，導致在實際運行中。三相不平衡的情況較為(wei) 常見，線路中經常有不平衡電流，因此我們(men) 難以通過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(chan) 生的原理

法快速檢測線路中的剩餘(yu) 電流，既然如此，我們(men) 就可以通過測量剩餘(yu) 電流的方式快速方便地排查出單相接地故障，剩餘(yu) 電流保護的原理，是讓三相線路及中性線共同穿過一個(ge) ＣＴ(電流互感器)，如下圖，三相線路與(yu) 中性線的電流矢量和為(wei) ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ，當線路正常沒有發生單相接地故障時，此電流矢量和為(wei) ０(忽略正常泄露電流)。當發生單相接地故障時，ＰＥ線會(hui) 流過接地故障電流ＩＤ，則電流矢量和為(wei) ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ＝ＩＤ[６]，

3漏電電流的檢測

在實際操作時，我們(men) 在路燈箱變的低壓出線端。任選一個(ge) 回路，用鉗形表把Ａ相、Ｂ相、Ｃ相和零線用鉗形表同時鉗住，此時測得的電流數值就是ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＮ，而這個(ge) 數也等於(yu) ＩＤ。也就是故障電流(漏電電流)，在這個(ge) 過程中，不對稱分量被抵消。因此測得的剩餘(yu) 電流，由單相接地故障所產(chan) 生的漏電電流，圖３是現場操作的圖片。

4實際應用

我們(men) 用這個(ge) 方法對１３３台箱變進行了剩餘(yu) 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，有一台箱變ＮＳ３￣１００的Ｎ５回路的數值達到了２０.２Ａ，明顯超出正常範圍。經過排查後，我們(men) 在一處燈杆內(nei) 找到了故障原因，如圖４所示，該燈杆燈門內(nei) 的接線端，被外力拉入至底下的燈盤位置，我們(men) 猜測，可能是台風“山竹”襲來時，倒伏樹木牽扯了路燈電纜，導致接線端被拉到低位，而該燈杆內(nei) 低位非常潮濕，導致接線頭絕緣老化加速，潮濕的環境使線頭產(chan) 生放電現象。使燈杆帶上漏電壓，其電壓達到了１０３Ｖ，由於(yu) 隻是其中一相的絕緣老化，擊穿空氣通過燈杆與(yu) 大地連接，產(chan) 生的漏電流隻有十幾安培，空氣開關(guan) 無法跳閘，導致此燈杆可以“帶病工作”，且能正常亮

燈。常規巡查難以發現故障，表２中，也有一台箱變ＮＳ３￣１２５的Ｎ２回路數值明顯較大，達到了２３Ａ，我們(men) 對該回路進行排查後，找到了故障點，故障點也在一處燈杆內(nei) 。該燈杆的燈門內(nei) 電纜接線頭絕緣膠布燒斷，導致電纜頭散開，電纜頭與(yu) 燈杆金屬表麵直接接觸，造成了單相接地故障。表１和表２中除兩(liang) 個(ge) 故障回路外，其餘(yu) 大部分回路測得的數值相對較低，由於(yu) 路燈線路長，且每個(ge) 回路的總長度差異較大，電纜對地的分布電容也會(hui) 產(chan) 生些許的漏電流，因此並不是說測出了剩餘(yu) 電流數值，就說明回路存在故障。正常的線路也可能被檢測出輕微的剩餘(yu) 電流。在這個(ge) 基礎上，我們(men) 暫時無法給出一個(ge) 精確的安全數值，隻能在維護作業(ye) 時，從(cong) 數值*大的回路開始逐個(ge) 排查。

5安科瑞ASJ係列產(chan) 品介紹

安科瑞ASJ係列剩餘(yu) 電流動作繼電器和多回路剩餘(yu) 電流監測儀(yi) 可與(yu) 低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式剩餘(yu) 電流保護裝置，主要適用於(yu) 交流50Hz，額定電壓400V及以下的TT和TN係統配電線路，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係列剩餘(yu) 電流動作繼電器

ASJ60係列剩餘(yu) 電流監測儀(yi)

5.1功能介紹

ASJ10/20係列剩餘(yu) 電流動作繼電器具有以下功能：A型或者AC型剩餘(yu) 電流測量，剩餘(yu) 電流越限報警指示，額定剩餘(yu) 動作電流可設定，極限不驅動時間可設定，兩(liang) 組繼電器輸出，具有就地，遠程“測試”、“複位”功能；

ASJ60係列剩餘(yu) 電流監測儀(yi) 具有以下功能：16路剩餘(yu) 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。

5.2技術指標

5.3選用說明

剩餘(yu) 電流動作繼電器在應用時應注意低壓係統的接線型式。

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線穿互感器，且不得重複接地。

其餘(yu) 接線型式需要改造成以上兩(liang) 種型式使用，防止出線誤動作或者不動作的情況。剩餘(yu) 電流互感器的選擇應根據主回路的額定電流為(wei) 參考選擇，

5.4注意事項

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

額定剩餘(yu) 電流動作值不應大於(yu) 30mA；

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

供一般人員使用的電源插座回路；

室內(nei) 移動電氣設備；

人員可觸及的室外電氣設備。

剩餘(yu) 電流動作保護器（RCD）不應作為(wei) 保護措施；

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

6結束語

我們(men) 使用的這種快速檢測剩餘(yu) 電流的方法，可以在路燈維護作業(ye) 過程中，提高人工排查故障回路的效率。快速發現漏電安全隱患，通過一段時間的現場檢驗，確定了該方法的可操作性。但是我們(men) 還無法整定出安全數值，使得檢測的過程還存在瑕疵。未來，我們(men) 還將對回路長度與(yu) 電纜對地分布電容造成的泄漏電流之間的關(guan) 係進行研究，完善通過檢測剩餘(yu) 電流排查路燈漏電隱患的方法。

參考文獻

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作者簡介：程瑜，韦德1946网址，主要從(cong) 事剩餘(yu) 電流動作保護器的研發與(yu) 應用，手機：193 7098 5997（微信同號）