深圳市道路照明系统漏电故障保护体系及常见故障处理方法研究

蔡梦潇 

（深圳市市容景观事务中心）

在低压照明系统中，电气设备作为电力设备中的核心设备,只有确保接地装置的有效安装,才能维持电气设备的稳定运行^[1]。深圳市照明系统选用TN-S接地系统，因其为一种保护性能优良、电磁兼容性好的接地方式。在实际运行中，TN-S系统仍面临漏电故障的威胁，尤其是N线与PE线混接这类特有故障，可能导致保护功能失效。传统漏电保护多依赖普通断路器，但其灵敏度和可靠性面临挑战。而随着物联网技术的发展，多层级、相互协作的监测保护体系和“设计-施工防护-维修及更换”的全生命周期防护体系成为解决这一问题的趋势。本文系统性探究深圳市TN-S接地系统中的漏电监测体系及常见故障处理方法，旨在研究全面有效的漏电防护体系，为相关从业人员提供理论指导与实践参考。

1.1 系统组成与工作原理

TN-S（Terre-Neutral-Separate）接地系统采用电源侧中性点直接接地、用电设备外露可导电部分通过保护线（PE）接地的方式。其核心特点是中性线（N）与保护线（PE）自变压器中性点引出后便完全分离，独立布线，PE线在整个系统中不通过正常工作电流，仅通过故障电流，如图1所示。

图1 TN-S接地系统图

系统正常运行时，中性线（N）导通三相不平衡电流；保护线（PE）则保持电位稳定，为设备外壳提供可靠的接地连接。当发生绝缘损坏导致相线碰壳时，故障电流会沿PE线形成的低阻抗路径返回电源中性点，当电流幅值较大时，可使线路前端过电流保护装置（断路器或熔断器）迅速动作切断电源。

1.2 安全性优势与漏电故障类型

依据《城市道路照明设计标准》（CJJ 45—2015）^[2]规定，TN-S系统的安全性主要体现在三个方面：首先，独立的PE线避免了类似于TN-C系统中PEN线断线导致设备外壳带危险电压的风险；其次，PE线不承载工作电流，减少了对地故障电压的产生；最后，良好的电磁兼容性有利于敏感电子设备的稳定运行。

尽管TN-S系统具有较高安全性，但仍可能发生以下漏电故障：

（1）N线与PE线混接：施工或维修中因错误接线导致，会使部分工作电流分流至PE线，造成保护功能紊乱，是TN-S系统中危害极大且常见的故障。

（2）线路绝缘损坏：因老化、机械损伤或环境影响导致相线或N线绝缘下降，可能引发对地泄漏电流，增大电气火灾风险。

（3）用电设备漏电：设备内部绝缘失效使其外壳带电，虽通过PE线可形成故障回路，但若保护未及时动作，仍存在触电危险。

深圳市照明体系依据丰富的经验及实际使用需求，以多层次、相互协作的原则，搭建了人工检测方式、带剩余电流功能的断路器和漏电监测系统三位一体的漏电故障监测体系。

2.1 人工检测方式

人工检测是漏电保护的基础环节，主要通过使用仪器工具定期抽检的方式发现潜在绝缘隐患，能规避体系中部分设施设备失灵的风险。常用方法包括：

2.1.1 绝缘电阻检测

使用绝缘电阻测试仪、验电笔是评估照明设备外壳带电隐患可能性、检测隐性漏电的有效手段。一般用于单基础路灯检测。

2.1.2 漏电检测仪检测

漏电检测仪基于基尔霍夫电流定律，基尔霍夫定律是求解复杂电路的最基本的电学定律^[3]，即在一个节点上，所有流入的电流之和等于所有流出的电流之和。用数学公式表示就是：∑i_in = ∑i_out，通过检测电路中的电流不平衡来识别漏电现象，当火线与零线电流差值超过阈值时，仪器触发报警或保护机制。一般用于路灯回路电缆检测。

2.2　剩余电流动作断路器

剩余电流动作断路器（RCD）是TN-S系统漏电保护的核心自动装置，其通过检测电路中未被平衡的剩余电流实现保护功能。

2.2.1　工作原理与技术特点

剩余电流动作断路器的漏电检测由零序互感器、放大电路和脱扣机构组成。剩余电流动作保护装置是在正常工作条件下接通负载和断开电流，当电路的剩余电流在规定的条件下达到其规定值时引起触头动作而断开主电路的一种保护器^[4]。当被保护线路正常工作时，流经互感器的各导线电流矢量和为零；当发生漏电或触电时，部分电流经PE线或大地返回电源，导致电流矢量和不为零，互感器次级便产生感应电动势，经放大后驱动脱扣器动作。

剩余电流动作断路器具备多项智能化特性：1）多档位调节：额定剩余动作电流可根据季节、负载特性在30~300 mA范围内调整。2）缺相保护：采用三相电源取样，即使缺任一相仍能正常工作。

2.2.2　分级配置方案

在深圳市照明系统TN-S接地系统中，剩余电流动作断路器应采用分级配置策略。按照相关技术规范，分支线路发生故障时，分支线路保护会立刻启动，以防故障区域扩大造成更多的经济损失^[5]。

总保护：设置在低压照明回路进线处，动作电流一般为100~500 mA，防护整条回路。

末端保护：设置在单灯上，动作电流为30 mA，提供直接接触电击防护。

这种分级配置确保了保护的选择性与全面性，一方面避免因局部故障导致大面积停电，另一方面也避免单一漏电故障无法自动隔离。

2.3　漏电监测系统

深圳市城市照明设施使用的漏电监测系统通过采集低压照明回路的泄漏电流的方式进行漏电监测。

漏电监测系统由剩余电流互感器测量单元、4G通信模块和中央监控主机组成。系统通过在低压照明回路安装高精度剩余电流互感器，实时监测各回路漏电电流变化。具体功能如下：

（1）24小时实时监测：多窗口显示多回路当前漏电电流值，即使未达报警阈值也能观察绝缘变化趋势。

（2）数据记录与分析：漏电数据定期存档，可作为回路绝缘变化过程的参考，为预防性维护提供依据。

（3）自适应报警：报警值可根据负载特性、季节变化和地区特点灵活调整。

（4）远程断电：漏电电流值过大时，远程切断照明回路。

如今，我国各地区城市在项目开发及施工建设期间，并没有结合实际情况构建出完善的照明管理组织，缺乏完善科学的项目运维、监督等统一体制。

3.1 设计——从源头构建坚固的物理防护基础

以往照明设施建设时，对于TN-S系统采用的五线低压电缆，设计单位一般使用各线线径基本一致的5*25 mm²电缆。但是对于现场施工人员，仅凭颜色分辨N线和PE线，难免会出现偏差。因此，设计单位可设计为4*25 mm²+1*16 mm²电缆，更便于现场施工人员分辨及工程竣工验收检查。此规格电缆满足以下多个条件：

（1）确保N线与PE线独立，杜绝混接隐患：由于PE线相对于其他四线明显较小，存在明显物理分隔区间，从根本上减少了N-PE混接的风险；

（2）PE线正常工况下并不通过电流，且其满足规范对于保护线截面的要求。接地故障时，漏电电流从PE线通过的安全性，从而使前端剩余电流动作断路器动作。

（3）节约经费，当前，有色金属包括铜价激涨，PE线截面取16 mm²有效降低了建设费用，有利于政府财政。

3.2　施工防护——在关键环节实现过程精准控制

城市地铁、道路、桥梁等工程建设时，常常未注意地下电缆，施工时将照明电缆损坏的事情屡见不鲜。这一方面干扰了照明系统的正常运行、保持亮灯率；另一方面，损坏电缆修复后由于接头使用年限、施工工艺的限制，也降低了照明系统的使用年限。规范文明施工，要做到：

（1）施工单位须使用专用仪器检测施工红线内埋有的低压电缆位置及数量；

（2）和照明管理部门沟通，商定对红线内的照明专用电缆回路进行改迁或另外行敷设的具体方案；

（3）照明回路改迁施工现场邀请照明管理人员参与，防止影响照明系统正常亮灯，为市民安全出行提供坚实保障。

3.3 维修及更换照明设施——建立主动的周期性维护屏障

照明系统所使用的灯具、电缆都有其寿命，且会因多种原因发生偶发性故障，更换及维修照明设施，是基于对材料使用规律的认知，所采取的主动性维护策略。

3.3.1 维修及更换照明灯具与附件

灯具，尤其是镇流器、驱动电源等电子部件，长期工作在高温环境下，其内部元器件的绝缘性能会逐年下降，泄漏电流会逐渐增大。对于老旧、特别是存在频闪、噪音或外壳明显变形等故障的灯具，应按使用年限（如5~7年）或根据检测结果进行批量维修或更换。

3.3.2 维修及更换线路

施工及后期维护不完美时，电缆绝缘性常常发生击穿现象，而即使施工及后期维护完美，电缆外层绝缘材料在自然环境下也会自然老化。应定期（如每3~5年）使用绝缘电阻测试仪对照明回路进行普测。当检测到回路整体绝缘电阻值下降并接近安全阈值时，或电缆已经到了运行年限时，应考虑对电缆击穿处制作中间头或电缆整体进行预防性更换。

由于深圳市低压电缆都已入地，而非架空线，电缆更换更是可能涉及占道施工、占道挖掘等现实情况，因此，更需要及早谋划。

4.1 N线与PE线混接故障

4.1.1 故障成因与危害

N-PE混接是TN-S系统中特有且危险的故障，主要发生在施工接线错误或维修不当情况下。由于TN-S系统是三相五线制（A相线、B相线、C相线、N线、PE线），建设施工时工人关注重心在照明设备通电，而N-PE混接时，照明设备正常通电不受影响，而过去照明系统采用普通断路器而非剩余电流动作断路器，也无法对此种情况进行检测。两者混接，将导致：

（1）保护功能紊乱：部分工作电流将分流至PE线，使剩余电流断路器检测到异常信号而误动作。

（2）工频噪声传导：三相不平衡电流会通过混接点流入PE线，产生电磁干扰，影响敏感设备。

（3）触电风险增加：混接可能导致照明设施如灯具外壳在正常工作时就带有电位，影响其安全性。

4.1.2 诊断与排查方法

检测N-PE混接可采用以下方法：

（1）断电测量：在完全断电情况下，测量照明低压分回路N线与PE线间的电阻，若阻值异常偏低，表明存在混接可能。

（2）负荷变化法：在通电状态下，观察PE线上是否随负荷变化而产生电流，正常情况下，PE线电流应近似为零。

（3）分段排除：逐段排查低压电缆接驳点，因TN-S系统接地的五线颜色不同，N为蓝色，PE为绿黄双标，目测其接线是否正确。

对于因历史原因形成的复杂混接，难以诊断排查的，需对部分线路进行重新敷设。

4.2 线路绝缘损坏与设施漏电

4.2.1 线路绝缘损坏

线路绝缘损坏的主要原因是线路绝缘老化、接头老化、施工损坏等，主要与环境潮湿、高温，电缆使用年限过长，城市建设施工无序有关。

处理线路绝缘损坏应采取系统方法：

（1）确定漏电回路：通过漏电检测系统在线检测或剩余电流动作断路器动作，确定漏电回路。

（2）识别故障线缆：断开回路开关，分别测量相线对地、N线对地的绝缘电阻，确定是五线中哪一条线路故障。

（3）定位故障点：使用漏电检测仪沿线路检测，通过逐一开灯门、检查外接电源接入点等检测方式，定位到故障点。

（4）修复与验证：切断电缆故障点，重新做防水接头后测量绝缘电阻，确保其为正常值。必要情况下，更换部分低压电缆。

4.2.2 设备漏电

用电设备漏电内部的主要原因是其自身绝缘损坏或搭接线路（如上杆线）等导致外壳带电。检测方法包括：

处理设备漏电应采取系统方法：

（1）确定漏电回路：通过漏电检测系统在线检测或剩余电流动作断路器动作，确定漏电回路。

（2）通电测试：设备正常工作时，使用验电笔检测外壳是否带电。

（3）断电测量：断开照明回路电源，用绝缘电阻测试仪测量相线/中性线与外壳间的绝缘电阻。

（4）修复处理：更换灯具或上杆线，观察漏电是否仍会发生。

为验证本文所述漏电故障监测与全生命周期防护体系的有效性，本节选取深圳市道路照明维护过程中发生的两个具有代表性的真实案例进行深入分析，详细阐述故障排查、诊断及处理的全过程。该两处案例所涉道路照明回路均装配了漏电监测系统，但由于其照明设施（含路灯专用箱变、路灯、管线等）建设日期距现在已有相当年限，为保障夜间照明质量，在进行集中隐患整治前未将普通断路器改装为剩余电流动作断路器。

5.1 案例一：N线与PE线混接导致系统误判为漏电

5.1.1 案例背景与问题描述

2025年7月26日晚，漏电监测系统平台监测发现深圳市罗湖区雅园立交路灯专用箱变内，其漏电检测回路8（如图2所示）的漏电电流超过7000 mA，触发回路报警信号。值班人员立即将相关情况电话通知照明管理部门。

5.1.2 应用过程与诊断分析

基于全生命周期防护体系中的“主动维护”策略，照明管理部门在发现这一情况后，立即组织检修。系统记录的数据为决策提供了直接依据。

维护人员根据照明管理部门指令赶赴罗湖区雅园立交路灯专用箱变现场，按系统指示找到对应回路。为迅速排除故障，首先使用验电笔检测回路上每基路灯外壳是否带电，结果发现均显示不带电。接着，维护人员首先利用漏电监测系统查看该回路当天数据，发现漏电电流在亮灯后随负荷变化而变化。这表明漏电与负荷相关，符合N-PE混接的典型特征。由于晚间断电查找故障点位将影响市民出行环境，且灯杆外壳不带电，安全隐患相对较小。遂决定第二天白天查找故障点。

7月27日，维护人员采用“分段排除法”，将该回路划分为若干区段，将路灯逐一断电并测量PE线电流。当对某一路口的高杆灯（如图3所示）断电时，PE线电流消失。由此将故障点锁定在该灯上。打开该路灯的灯门后，发现该段路灯施工方在7月26日接驳线路时，误将原应接入的蓝色N线错接为绿黄双色的PE线。修复错误接线后，再次测量PE线电流接近于零。7月27日晚，路灯正常亮灯后，漏电监测系统平台也显示漏电检测回路8 已不存在漏电电流（如图4所示）。

图2 回路8报警信号图

图3 高杆灯图

图4 回路8正常通电图

5.1.3 取得的效果

此次漏电处理，成功消除了可能被误判为实际漏电的情形，维护了照明系统漏电故障保护体系的准确性。同时，此案例也凸显了漏电监测系统的数据追溯功能与人工诊断方法相结合的重要性，也印证了在第3.1节设计中采用差异化线缆规格（如4*25 mm²+1*16 mm²）以从物理上避免混接的必要性，也增加了道路维护人员的经验。

5.2 案例二：线路接头绝缘破损引发的设备漏电

5.2.1 案例背景与问题描述

2025年7月4日晚，漏电监测系统平台监测发现深圳市罗湖区红岗路二号路灯专用箱变内漏电检测回路5（如图5所示）显示照明回路的漏电电流超过3000 mA，触发回路报警信号。值班人员立即将相关情况电话通知照明管理部门。

图5 回路5报警信号图

5.2.2 应用过程与诊断分析

基于全生命周期防护体系中的“主动维护”策略，照明管理部门立即与现场维护人员联系，发现其正在红岗路二号箱变现场检修线路试送电。照明管理部门立即指示维护人员立即对系统指示故障进行检修。

维护人员首先使用验电笔检测回路上每基路灯外壳是否带电，找到了外壳带电的路灯。其次，断开路灯低压回路电源后，打开灯门，观察灯杆腔体内是否存在线路接线不正确、接头存在绝缘破损、相线搭上灯杆内壁等现象，结果发现其A相线碰杆（如图6所示），遂立即对A相进行包封并加装绝缘皮套，处理完成后使用绝缘电阻测试仪（摇表）分别测量各相线及N线对地的绝缘电阻。测试发现，对地绝缘电阻均大于2 MΩ，满足规范要求，线路恢复正常。重新送电后漏电监测系统平台也显示漏电检测回路5已不存在漏电电流（如图7所示）。

图6 接线图

图7 回路5正常通电图

5.2.3 取得的效果

此次漏电处理，成功在故障刚发生时便消除了隐患，避免了可能因漏电导致的安全事故。案例证明了漏电监测系统在“数据记录”方面的巨大价值，它将维护模式从“事后维修”转变为“实时监控式维护”，是全生命周期防护体系中至关重要的一环。

本文系统研究了深圳市漏电故障保护体系、常见故障处理方法、典型案例分析，归纳为以下结论：

首先，深圳市的照明漏电监测体系构建了多层次、相互协作的综合体系：剩余电流动作断路器为核心保护装置，漏电监测系统为可视平台，人工定期检测为兜底手段，三者有机结合可实现漏电故障的全面防控。

其次，深圳市的照明全生命周期防护体系构建：从设计方面构建了“血管系统”，从施工防护方面避免了“先天优质，后天残疾”的悲剧，从定期更换方面充当了设施更换的“守门人”。

最后，深圳面对不同漏电故障类型需采用差异化诊断策略。主要通过固定的识别-断电-查找-修复-复电流程，实现故障快速处理。

随着电气技术不断发展，TN-S接地系统漏电保护体系将越来越多地受益于智能算法与物联网技术的日益进步，为人民的夜间出行提供越来越牢靠的保障。