浅谈城市道路照明的电气设计

发表时间：2017-11-24T12:23:44.937Z 来源：《基层建设》2017年第24期 作者： 吴灿坚

[导读] 摘要：道路照明不仅影响着城市的夜间面貌，更重要的是它直接影响着人们夜间出行的安全。据有关部门的调查显示：照明系统良好的城市道路，交通事故发生率至少降低35%，城市的犯罪率降低46%，车流量会增加15%。可见城市道路照明系统对城市交通、市民生活、城市形象是多么重要。

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摘要：道路照明不仅影响着城市的夜间面貌，更重要的是它直接影响着人们夜间出行的安全。据有关部门的调查显示：照明系统良好的城市道路，交通事故发生率至少降低35%，城市的犯罪率降低46%，车流量会增加15%。可见城市道路照明系统对城市交通、市民生活、城市形象是多么重要。

关键词：道路；照明；供电；灯具；光源

一、城市道路照明的功能性分析

首先，把夜晚环境的质量提高上去，城市的夜晚没有足够的天然照明，全部都在黑暗之中，很大程度上限制了人们的活动，路灯为人们创造了照明的环境，也给了市民活动的需要，活跃了夜晚的氛围。其次，给城市的形象带来美化的效果，道路照明把城市的结构进行了明晰，把城市的每一个亮点都联系起来，把城市夜晚的整个格局都表现出来。最后，使经济繁荣得到促进。 二、现阶段我国城市道路照明设计分析

第一，照明标准，其照度值综合考虑行业标准《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)推荐值 15Lx，和国际照明委员会(CIE)推荐值25Lx确定为：平均照度大于 25Lx，照度均匀度不低于 0.4，而且在两侧便道全线设置景观照明，并根据不同地段的繁华程度分别设置草坪灯、庭院灯及装饰花灯。第二，灯杆、光源和灯具一般路段路灯灯杆采用 12m双臂热镀锌并经环氧树脂粉末静电喷涂钢杆，沿两侧分隔带中心双侧对称布置，杆距约 40m左右，机动车道光源为 400W高压钠灯，非机动车道光源为 250W高压钠灯，且均用半截光型灯具。交叉路口设置 18m飞蝶中杆灯，光源为 4×400w高压钠灯，以提高交叉口照度。第三，配电系统及控制方式，全线设置专用箱变为路灯供电，每台箱变低压供电半径控制在 1km以内，以保证照明线路末端电压不低于额定电压的 90%。第四，配电线路的设计和敷设路灯系统的特点是线路较长，电流不一定很大。在选择电缆截面时，由于载流量的要求很容易得到满足，故重点考虑线路压降问题。第五，保护接地，低压配电系统最好使用ＴＴ接地系统，它具有更高的安全性，可以减少人身触电事故的发生，每一套路灯的设置都要进行专用的接地装置，以及不带电的金属物体都可以实现保护接地的效果。 三、电缆选择方面

在进行道路照明配电时，因配电线路通常会很长，配电线路具有的零序阻抗将会很大，并且会造成电压偏移以及单相接地电流会变小等问题。电压偏移会对照明质量造成最为直接的影响，而对于单相接地暗电流变小的问题，目前所使用的过电流脱扣器尚无法达到开关可靠动作方面的灵敏度要求。因单向接地电流小，目前的脱扣器具有的整定电流值下限使脱扣器具有的额定电流值的三倍，通常是无法满足灵敏度方面的要求。此外道路配电线路为单相配电，即便在配电时尽可能保证三相平衡，但是零序电流依旧很大，而且不能继续增设零序电流保护方面的设备进行保护。对此，目前可以采取的有效解决办法有如下两种，第一，加大配电电缆内的相导体与保护接地导体具有的截面积，采取具有短延时过电流形式的脱扣器断路器，这是由于同样的断路器，短延时过电流形式的脱扣器断路器一般仅是瞬时过电流形式的脱扣器具有的整定电流的 1/3 ～1/5 左右，因此很容易满足所需的要求。第二，采取带零序电流保护以及剩余电流保护形式的断路器，采取剩余电流保护相比于零序电流保护拥有着更高的灵敏度. 四、配电设备选择

(1)短路电流与计算电流相结合,同应考虑相关设计规范,正确选择配电断路器。现在一般道路大多采用断路器保护,本文也只考虑断路器保护。对于道路照明配电断路器的选择,主要应结合短路电流与计算电流进行选择。通常,道路照明供电电源由电力公网引高压电源到照明专用变压器,变压器的容量不大,一般在80kVA～250kVA之间,即使高压电力系统短路容量按照无限大考虑,变压器低压侧短路电流也不大。假设以下两个条件:1.10kV侧线缆阻抗忽略不计,短路容量无穷大,这样短路电流大小仅取决于前级变压器容量的大小。2.04kV侧的变压器保护主断路器和低压母线上的阻抗也不加考虑,使低压母线三相短路电流也仅取决于10/0.4kV变压器容量的大小。低压侧短路电流可按下式估算。 Id=100Ie/U k %其中Ie=Se/(1.732xUe) 计算结果如表1。

根据短路电流,在满足电气保护的要求下,合理选择断续器类型,如适当选用微型断路器,而不是一味采用塑壳断路器,可以大大节省设备投资。

(2)美式箱变与欧式箱变的选择及注意的问题。

道路照明配电中心多采用箱式变电站,它们具有成套性强、体积小、占地少,能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗,缩短送电周期,选址灵活、对环境适应性强,且能美化城市环境、安装方便、运行可靠及投资少、见效快等一系列优点,所以组合式变压器有着广阔的使用范围,是城市建设的必需设备。现今箱式变电站主要分两类:组合装置型(又称欧式箱变)和一体型(又称美式箱变)。

欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中,变压器室温很高,引起散热困难,影响出力;另一方面欧式箱变在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜,所以欧式箱变体积较大。美式箱变与欧式箱变结构上不一样。从布置上看,其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置,而是品字型布置。从结构上看,美式箱变分为前、后两部分:前面为高、低压操作间隔,操作间隔内包括高低压接线端子,负荷开关操作柄,无载调压分节开关,插 入 式 熔 断 器,油位计等;后部为注油箱及散热片,将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕,采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱,油箱及散热器暴露在空气中,没有散热困难。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化,美式箱变的占地面积和体

积大大减小,由于其体积很小再加上只是一侧开门,其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4,体积仅为同容量欧式箱变的1/5～1/3。国产化美式箱变在低压侧加装低压配电柜,增加低压保护及计量方式功能,更能满足国内用户的需要。所以使用这种箱变的场合也越来越多。由于箱式变长期处于太阳的直晒下,影响塑壳断路器的散热,使得断路器不能正常开断负载及短路电流,易引发高压侧故障。所以室外使用箱式变时布置位置也需要设计注意。

五、灯具光源选择方面

当前时期我国道路照明中普遍使用高压钠灯，其光效相对较高，具有很好的黄光透雾性，而且拥有着较高的视觉灵敏度。因为道路照明通常亮度在 1 ～ 2cd/m 2 ，对于眼睛而言是在中间视觉范围内，视网膜内的锥体细胞以及杆体细胞将会共同作用。若使用的使 LED 路灯进行照明能够边缘视觉所具有的作用得以更好的发挥，对环境中的视觉信息灵敏度将会更高。随着近年来制灯行业得到了极大的发展，LED 路灯光效得到了显著的提升，正常工作寿命也已经达到几万小时，而且其具有很好的显色性，因此在今后的道路照明设计过程中要将其进行不断的应用。尤其是在居住区范围内的道路中已经广泛应用 LED 路灯进行照明，对于市中心与商业区等区域内，其对颜色识别有着更高的要求，因此该区域内应不断的应用 LED 路灯。光源选择不应该单一化与简单化，应该基于以人为本的设计理念，根据具体工程情况对灯具光源进行合理的正确的选取。 六、供电系统保护装置

道路照明系统灯具安装于户外，承受种种不利的气候影响，很容易使灯具受机械损伤和绝缘下降而导致事故发生。它暴露于公共场所，又无等电位联结，增大了电击死亡率，故应采用TN—S 系统，整个系统的中性线（N） 与保护线（PE） 是分开的。1） 当电气设备相线碰壳，直接短路，可采用过电流保护器切断电源；2） 当N线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，PE 线也无电位；3）TN—S 系统在保护接

地的首末端、中间均做重复接地，使接地电阻≤10 欧姆。 结束语：

我们国家目前很多城市对于城市照明开始的新的建设，发布的新的中国城市照明标准中，对于道路照明的建设工作起到很大的促进作用，把这一条标准执行好，相信我们国家的城市道路照明会得到更快速的发展，并且能得到持续性的发展，照明的质量也会提升到一个更高的水平。

参考文献：

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[3]周益民关于城市道路照明的可持续发展策略河北大学学报 2013年 [4]陈依依城市道路照明设计理念分析山东大学学报 2013年。

[5] CJJ45-91. 《城市道路照明设计标准》[S].中国建筑科学研究院. [6] 天津大学《电力系统继电保护原理》.电力工业出版社出版. [7] 苏文成. 《工厂供电》.机械工业出版社出 版 .