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中国市政工程西北设计研究院 钱中阳
照明设计是城市道路设计中比较重要的一项设计内容。为了确保城市道路照明能为车辆驾驶人员以及行人创造良好的视看环境，达到保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果，建设部于91年特制定了《城市道路照明设计标准》CJJ45－91。标准要求道路照明设计原则为“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便。”并对照明标准、光源和灯具的选择、设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求，笔者在工程设计中运用和深入了解标准的过程中，确实得到了很多的益处，同时也发现一些不完善之处，比较突出的是规范中对照明供电保护及电缆选择没有做详细说明和要求，而这部分内容的设计正确与否直接影响到“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便“这个基本原则。在道路实际使用中发生的电气故障， 小到电缆烧毁，大到人身触电伤亡事故的出现，都于与此相关。笔者希望本文起抛砖引玉的作用，以引起有关部门的重视，并与本行业同仁一同探讨。
在道路照明配电中，由于配电线路较长，配电线路零序阻抗较大，单相接地（零）短路电流相对较小。为了计算低压配电系统的单相接地（零）电流，需要利用不对称短路电流的计算方法。不对称短路电流可利用计算三相短路的原则进行计算。因为电压的对称分量与相应的电流对称分量成正比，因此在正序、负序和零序分量中，都能独立地满足欧姆定律和克希荷夫定律。正序、负序和零序电流也只产生相应地正序、负序和零序电压降，利用这一个重要的性质，可以用电工学中对称分量法分析在对称电路中所产生的各种不对称短路。
一、 单相接地（零）短路电流的计算
不对称短路时，由于距发电机的电气距离很远 ，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，因此，可假定正序阻抗约等于负序阻抗。单相接地（零）短路电流按下式计算：
式中Up平均线电压（V）
R0Σ，X0Σ，Z0Σ配电网络的总零序电阻，总零序电抗，总零序阻抗。
R1Σ，X1Σ，Z1Σ配电网络的总正序电阻，总正序电抗，总正序阻抗
单相接地（零）短路公式推导参见电力工业出版社出版的高等学校教材《电力系统断电保护原理》第一章第六节内容。
二、 电路中主要元件阻抗
1、电力系统正序电抗的计算
在计算低压电力网络短路时，有时需要计入系统电抗XX，如果系统电抗不知，只有原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量Sdn（MVA）时，则系统正序电抗可近似地按下式计算：
式中 Uj=Up平均线电压（V）
Sdn原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量（KVA）。
2、 变压器阻抗的计算
变压器的正序电阻：
变压器的正序电抗：
式中ΔPd 变压器短路损耗（kW）
Ue 变压器二次侧额定电压（V）
Se 变压器额定容量（KVA）
Ud% 变压器阻抗电压百分比
变压器的零序电抗是与其本身结构和绕组的接法有关。目前不少厂家生产的Dyn11结线变压器比Yyn0结线变压器零序阻抗小，二次侧短路电流大，可提高一次侧过电流保护兼作二次侧单相接地保护的灵敏性。故建议使用Dyn11结线变压器，变压器的零序电阻，零序电抗的取值计算如下：
R0＝RⅠ＋RⅡ＝R1 X0＝X1＋XⅡ=X1
式中 R0，X0 变压器的零序电阻，零序电抗。
RⅠ，X1变压器的一次绕组电阻，漏电抗。
RⅡ，XⅡ变压器的二次绕组电阻,漏电抗。
R1，X1变压器的正序电阻，正序电抗。
3、 推导参见机械工业版社出版的高等学校教材《工厂供电》。铜、铝母线电阻电抗的计算（矩
形截面母线各相在同一平面内）
式中R、X铜铝母线电阻及电抗
l 母线长度（m）
v 铜、铝导电率
S 导线截面（mm2）
Dj 母线相同几何均距（mm）
H 母线宽度（mm）
4、低压电网中的其他元件如自动开关、电流互感器的正序、零序电阻和电抗可查表。参见《工厂配电设计手册》第一版表4－22，表4－25 表4－26。
5、配电线路的正、负序电阻和正、负序电抗和电抗值参见《工厂配电设计手册》第一版表4－27至4－33。线路的零序电阻、零序电抗、相零电阻、相零电抗可从这些表中给出的相线和零线的零序电阻和零序电抗值按下列公式计算而得：
线路的零序电阻R0＝ROX＋3R01
线路的零序电抗X0＝X0x+3X01
线路的相零电阻：
R0＝1／3（R1＋R2＋Rox+3R01）
线路的相零电抗：
X0＝1／3（X1＋X2＋Xox+3X01）
式中R01，X01 相线的零序电阻和零序电抗；
Rox, Xox 零线的零序电阻和零序电抗；
R0，R1，R2 线路的正序、负序和零序电阻；
X0，X1，X2 线路的正序、负序和零序电抗。
三、下面通过具体的道路照明配电系统图（见附图），计算单相接地（零）短路电流值。
已知变压器高压侧短路容量为100MVA，变压器采用SLC100／10／0.4kV一台，Dyn11结线形式。在1000米配电线路中，照明灯具按35米间距布置，配电方式采用间隔配电，故每条线路上每70米设置一套灯具，照明灯具采用总功率为2×250W的高压纳灯灯具一套，照明干线采用VV22－1KV－4×25mm2电力电缆一根，穿PVC管埋地敷设。计算如下：
1、 正序分量计算
高压系统的正序电抗：
高压系统中无零序电流流过，故不计及零序电流。
变压器正序电阻：
变压器正序电抗：
自动开关、接触器、电流互感器的接触电阻、线圈电阻及线圈电抗在长距离配
电系统中远小于其他元件的电阻电抗值，可以忽略不计。
母线长度较短，计算中忽略不计。
电缆相线的正序电阻 R3＝895（mΩ）
电缆相线的正序电抗 X3＝82（mΩ）
2、 零序分量计算
高压系统中无零序电流流过，故不计及零序阻抗。
变压器零序电阻 R02＝R2＝38.4（mΩ）
变压器零序电抗 X02＝X2＝79.2（mΩ）
电缆线路：
相线 X0X＝101（mΩ）R0x＝R3＝895（mΩ）
零线 X01＝137（mΩ） R01＝2193（mΩ）
电缆线路的零序电抗 ：
X0＝X0X＋3X01＝101＋3×137＝512（mΩ）
电缆线路的零序电阻 ：
R0＝R0x+3R01=895+3×2193＝7474（mΩ）
最末点发生单相接地（零）时相零回路电抗：
XX1Σ＝（2R1Σ＋X0Σ）
＝1／3[2×（1.6+79.2+82）+(79.2+512)]
＝305.6（mΩ）
最末点发生单相接地（零）时相零回路电阻：
Rx1Σ＝（2R1Σ＋R0Σ）／3
＝{[2×(38.4+895)+(38.4+7474)]}/3
＝3127（mΩ）
单相接地（零）短路电流为：
五、自动开关的选择
1、自动开关额定电流的确定
一千米路灯数量为14盏，高压钠灯功率因数为0.45。道路照明计算电流：
Iez≥Ijs 取 Iez=100A
2、自动开关长延时动作的过电流热脱扣器额定电流的确定
IZd1≥KzlIjs=1×23=23A 取脱扣器额定电流为It.e=25A
照明用自动开关长延时脱扣器对高压钠灯的计算系数取1。参见《工厂配电设计手册》第一版表11－21。
3、自动开关瞬时动作的过电流脱扣器的确定Izd3≥Kz3Ijs=6×23=138A 取 LZd3=150A
照明用自动开关瞬时脱扣器对高压钠灯的计算系数取6。参见《工厂配电设计手册》第一版表11－21。
4、 按短路电流校验自动开关动作灵
敏性
自动开关动作系数取1.5时，灵敏性远远达不到要求。
用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值
由于单相接地电流较小，现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流，一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护，容易使电缆长时间过电流，轻则烧毁电缆，重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电，即使配电中尽量使三相平衡，零序电流仍较大，也不能使用另加零序保护装置的措施。
按“JB1284－73”的规定，非选择型配电用自动开关的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍），只具有瞬时过电流脱扣器的自动开关，其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider,Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流就能满足保护要求。 | 
