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城市道路照明电气设计常见问题探讨方浩

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：方浩

[导读] 摘要：在当前我国各地区基础建设迅速发展的背景下，道路照明就成为重点工程。

        （中铁二院华东勘察设计有限责任公司 310004）
        摘要：在当前我国各地区基础建设迅速发展的背景下，道路照明就成为重点工程。但在照明电气设计环节中，存在着灯具选择、配线保护、配线设备选择、电缆选择等重要问题，本文结合大量的实际依据，对上述问题进行了全面的探讨，以期能为相关工作的顺利开展尽一份微薄之力。
        关键词：城市道路照明；电气设计；常见问题；配电设备
        前言
        近些年来，国内经济在快速提升，民众的生活质量也在逐步提高，对生活质量也提出了更高的要求，作为城市主要基础设施的道路照明电器，设计的科学化，在很大程度上可以优化市容和城市功能，也可以提高民众生活质量。
        1配电线路的设计
        因线路照明一般较长，而线路照明的能耗、电压下降对照明亮度有直接影响，若线路设计不合理，终端灯具因电压不足而不能满足照明亮度要求。最好的解决线路电压下降问题的方法是安装电容补偿装置。一般情况下，电容补偿方式有两种：分别在电源处集中补偿和在灯具末端分散补偿。但是，集中补偿方式不能降低配电线路的电力消耗，因此，不推荐采用集中补偿方式；采用灯具末端分散补偿，不仅可以减少配电线路的损耗，而且可以维持灯具所需的电压，可以达到更好的节能效果。
        在设计配线时，可以适当放大一级电力电缆的截面，放大的配线截面既不会增大配线的负荷容量，也能预留周围的景观照明、广告宣传等，还能降低电压降和线路损耗，既能延长照明系统的正常运行，又能达到节能的目的。
        在用电高峰时段，电网电压会较低，而在用电低谷时段，则会较高，从而影响道路照明照度质量。晚上为用电高峰，此时电网的电压会偏低，道路照明会较低，午夜正好相反，电网的电压会偏高，此时的道路照明会较正常情况下高，这种由于电压影响而导致的现象既影响交通安全，又浪费电力。因此在路灯配电箱中安装智能光源稳压式降压装置也是节能的，到后半夜，利用智能光源稳压式降压装置，对道路照明系统适当降低电压，减少线路和灯具的能耗。
        2配电设备选择方面
        第一，将计算电流与短路电流相结合，考虑到设计规范的要求，合理选择配电断路器。当前道路照明普遍采用的是用断路器来实现保护，本文就断路器的保护方面进行了主要分析，对于短路器的选择方面，应将计算电流与短路电流相结合来进行选择。一般而言，道路照明所需的电源是由电力公网中的高压电源经过照明专用变压设备变压后再使用的，变压设备一般选用容量在50 kVA~200 kVA范围内的变压设备，即使配电系统发生短路，其容量变为无限大时，低压变压设备短路电流也不会过大。参考短路电流的大小，在满足电气保护标准的前提下，选用继电器，如果优先选用微型继电器，将大大降低照明工程开发成本。
        第二，美式、欧式配电箱的选择。我国各地区的照明系统中，大多数安装了箱式配电系统，这样的箱式配电系统具有线路运行稳定、定位迅速、占用空间小、成本低等特点。因此，箱式变压器具有广阔的发展前景，是现代城市基础设施的基本构成要素。而现在，箱式配电系统有了一体化美式结构、组合型欧式结构两种。由于前一种结构的优点是构造简练，占用空间较小，而且国产的这种箱体在低压端均设有低压配电箱，这使得照明系统配电箱增加了低压保护功能、计量功能，更能切合现代社会发展趋势，因此在相关设计环节，应优先考虑采用美式配电箱。此外，箱式配电系统外壳会长期暴露在室外强光环境下，这会对塑壳断路器的稳定散热造成较大的干扰，还会使断路器不能稳定地对短路电流和负荷作出保护动作，从而增加系统高压端的事故风险，因此在相关的设计环节中，需要对户外配电箱的位置做出正确的选择。
        3 照明系统的选择
        3.1光源的选择应符合下列规定：
        一般照明在满足照度均匀度条件下，宜选择单灯功率较大；气体放电灯用镇流器应选用谐波含量低的产品；高度较低的功能性照明场所，宜选用 LED 灯、细管径直管荧光灯；高大空间及室外作业场所宜选用功率较大 LED 灯、金属卤化物灯、高压钠灯；除需满足特殊工艺要求的场所外，不应选用白炽灯；走道、楼梯间、电梯间、卫生间、车库等无人长时间逗留的场所，照明灯具宜选用 LED灯、细管径直管荧光灯；疏散指示灯、出口标志灯、室内指向性装饰照明灯（箱）等宜选用 LED 光源；室外景观、道路照明应选择安全、高效、寿命长、稳定的光源，避免光污染。

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        3.2 路灯专用变压器容量的选择
        3.2.1城市路灯属于单相用电负荷，在次要道路采用单侧布灯方式时，路灯负荷不易达到三相平衡，易造成电压中性点偏移，所以宜优先选用单相变压器，其容量按实际用电负荷不超过额定容量的70％计算。由S1=UI=P／COSφ，P=单灯功率×盏数，采取单灯无功补偿时COSφ=0.85，单灯实际功率=单灯功率×1.1；没有无功补偿时COSφ=0.44，单灯实际功率=单灯功率×1.2，变压器容量为s=P／70％cosφ。
        3.2.2在城市主要干道，采取双侧布灯方式时，路灯负荷比较容易达到三相平衡，可以选择三相变压器，由s=√3UI=P／COSφ(u为线电压)，计算方法同上。由计算可知，采取无功补偿，可以减小变压器容量。
        3.3保护与接地系统
        3.3.1由于路灯使用电源电压为220V，低压线路大部分为二线制和三相四线制，电源对灯杆、控制箱等设施的金属外壳电压为220V，由于城市路灯对安全性的特殊要求，路灯线路应采取三线制或者三相五线制。将保护接地线与每根路灯钢杆进行可靠连接，在保护接地线中间、末端均做重复接地，使接地电阻≤10n。
        3.3.2每套灯具内，在镇流器进电侧前端均应加设与电源功率匹配的熔断器，确保发生故障时能及时切断电源，避免漏电事故的发生。熔丝大小根据光源功率，150w高压钠灯可选择5An丝，250W或400W高压钠灯可选择7.5A熔丝。
        3.4道路照明的控制
        道路照明的控制分定时控制和光电控制两类，定时控制所采用的器件为微电脑控制仪或微机智能监控系统；光电控制所采用的器件为光控开关。无论采用何种控制，均需确保控制设备性能安全可靠，操作简便。控制方式应考虑节能措施。道路照明开灯时的天然光照度水平宜为30Ix，次干路和支路宜为201x。
        4照明控制方面的设计标准
        我国市政道路照明工程目前所遵循的相关标准中，对于照明电气控制的内容，虽然可以满足现代照明控制的要求，但并不能与科学技术的发展速度体现同步。道路照明管理能力的提高需要与经济技术的发展速度相适应，对管理内容进行逐步细化和整理，可以促进照明电器节能效果的提高，节约开发成本。
        合理地使用远程监控系统，可以充分地结合最新的自动化技术、多媒体技术、智能终端技术等对道路照明系统的运行过程进行远程监控。为了实现这一目标，需要确保系统结构与地区经济状况相适应，以此来对其进行实时扩展和优化，以达到对优化设施系统进行远程监控的目的，确保对整个地区照明系统运行状态进行实时控制，及早发现和及时处理照明出现的异常情况，切实为照明系统的持续可靠运行提供保障，充分发挥调度中心监控的重要作用。
        5路照明评价指标和测试
        一般情况下，道路照明电气系统设计和定位后，都要借助专业人员对系统的线路布置和稳定性进行评估，从目测方法上，在白天主要对杆塔与区域设施风格的统一性、杆塔之间的距离、照明电气系统的定位角度、灯杆与场景的平行度、杆塔与地面的垂直等方面进行评估；天黑时，还需感受各光源形成的条纹是否平滑一致、是否有照明死角、眩光效果、诱导效果、照明效果、路面整体照度等。采用现场测量与实算相结合的方法，以环境比值和诱导性、眩光限制、路面光照均匀度、路面平均光照度等为评价指标，对汽车交通道路照明进行常规的评价。行人路面的评价指标为路面平均照度、路面的最低照度和垂直照度。在照明设施通电亮灯后，要求对光照度、均匀度等方面的实地抽查。
        结语
        综上所述，照明电气对城市的稳定发展和人们的安全出行将发挥不可替代的现实作用，对照明电气进行科学的设计可以促进城市功能的优化升级，尽管技术法规对光照度、照明电气等环节有较多的规定，但在具体设计过程中仍会出现许多问题，借助于对这些问题的分析，为以后的技术法规优化提供参考，从而保证国内照明电气的规范设计。
        参考文献
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