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[摘 要]城市建设中，道路路灯照明是关系到城市形象的工程，反映着一个城市公共设施和市政建设的总体水平。本文针对道路路灯照明数据分析计算、供电线路电压损失、确定合理的供电方案以及路灯线路的接地故障保护进行阐述分析，明确城市道路路灯照明系统设计必须遵循的几个要点步骤，以便在今后设计工作中更好的应用。
[关键词]道路平均照度 线路电压损失 接地故障保护
中图分类号：F312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0031-02
城市道路路灯照明的作用就是在自然光线不足的情况下为各种车辆驾驶员和行人提供舒适的视觉环境。近年来，随着我国经济社会发展水平的不断提高，城市建设规模的不断扩大，城市道路照明得到了前所未有的重视。道路照明不仅作为一种道路交通运输的视觉保证，而且成为了美化城市道路、协调周边环境的重要组成部分。一项完善、合理的城市道路照明设计就显得尤为重要。
1、目前城市道路路灯照明存在的问题
随着城市市政道路的快速发展，每年都有大量的道路照明工程完成，然而很多道路照明工程由于对道路路灯照明认识上存在误区，一味地追求景观功能、装饰效果，选择的路灯照明亮度不是太高就是不满足照度要求，偏离国家规范所要求的范围。这样不仅对提高交通运输效率没有起到帮肋，反而造成严重的光污染和能源浪费。因此城市道路路灯照明设计前的数据分析计算，是工作中必不可少的重要环节。
2、道路路灯照明数据分析计算
2.1道路参数分析
依据道路类型、级别、设计标准确定合理的灯具布置方式。以丽水南城南一路路灯工程为例，道路等级为城市次干道，设计车速为50km/h，是片区内交通联系的主要通道。道路标准横断面：4米人行道+10米车行道（机动车道+非机动车道）+10米车行道（机动车道+非机动车道）+4米人行道=28米，机动车道与非机动车道用地面划线进行分隔。行车道和人行道的横向坡度均为1.5%。根据城市道路照明设计标准，次干路机动车道路面平均照度 Eav=15/20Lx、均匀度U e=0.4，次干路交汇区路面平均照度 Eav=20/30Lx均匀度U e=0.4。初步确定该路段路灯为双侧对称布置。这种布置方式适合于南一路这种宽路面的道路，路灯灯具安装高度不应小于车行道路面宽度的一半，故可选用12米路灯；灯具悬挑长度1.5米；灯具仰角15度；路灯安装间距35米。
2.2道路光源类型
机动车交通道路照明的光源就目前阶段丽水南城片区来说，又以高压钠灯作为首选。高压钠灯具有寿命长、光效高、质量稳定而且能够满足机动车交通道路照明指标要求的特点。丽水南城南一路（次干路）选用150W高光效高压钠灯；12米路灯选用半截光型灯具；150W高光效高压钠灯光通量φ为17500lm；路灯维护系数K取0.65。
2.3道路平均照度计算
通过利用系数曲线可以计算一段直路上的平均照度，这种方法相對简便。仍以丽水南城南一路路灯工程为例，通过路灯灯具利用系数曲线图可以查得利用系数：
人行道侧W1=1.5m，W1/h=1.5/12=0.13，查U1=0.05
车道侧W2=18.5m，W2/h=18.5/12=1.54，查U2=0.54
U=U1+U2=0.05+0.54=0.59
根据道路平均照度计算公式：Eav=φUKN/ SW
式中Φ——光源的总光通量，Φ=17500lm
U——利用系数，U=0.59
K——维护系数，K=0.65
W——道路宽度，W=20m
S——路灯安装间距，S=35m
N——路灯双侧对称排列，N=2
Eav=（17500x0.59x0.65x2）/（ 35x20） =19.2（Lx）
结论：设计要求次干路机动车道路面维持平均照度应达到15/20Lx，由计算结果可知设计选取的路灯配置满足规范要求，交汇区路面通过适当增加灯具数量以满足照度要求。
3、供电线路电压损失
城市路灯线路一般都比较长，但总体负荷不会太大，电流较小。根据城市道路照明设计标准要求，正常情况下，照明灯具端电压应为额定电压的90%-105%。设计过程中我们应考虑如何将线路电压降控制在5%以内，以确保路灯灯具能够正常运行。为了减少路灯线路电压损失，我们设计中应采取以下两种措施。
3.1采用无功补偿装置
路灯采用的光源一般是气体放电灯，其功率因数相对较低，一般在0.5左右，从而使回路电流增大，在线路上产生大量的电能和电压损失。由于这部分损耗主要发生在路灯电源至每支路灯杆之间长距离低压配电线路上，因此采用路灯电源箱集中补偿装置并不能有效地减少低压配电线路的电压损失。设计过程中我们通常要求每支路灯杆加装单灯分散补偿装置，这种方法不但减少了路灯电源至每支路灯杆之间的电能损耗，而且有利于保证电压质量，补偿后单灯功率因数将达到0.9以上。
3.2合理选择路灯线路电缆截面
在设计道路照明供配电线路时，应进行线路的电压损失计算，使供配电网络在符合规划的前提下，线路容量具有一定的裕度，末端电压又能满足规范要求，且线路截面经济合理。以丽水南城南一路路灯工程为例，供电电源至各座路灯供电电缆适当选用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆，计算结果如下表所示：
结论：经过表格公式计算可得，路灯供电线路电压损失控制在5%以内，选取的电缆截面满足线路电压降的设计要求。
4、确定合理的供电方案和控制方式
供电方案即路灯电源是如何获取的，设计前应进行实地勘测，根据实际情况确定合理的供电电源点。供电电源点的选择主要考虑两个方面的因素，一方面是考虑获取电源是否方便又经济合理；另一方面是考虑所设计道路范围的供电半径，电源设置是否靠近负荷中心。 大部分城市道路照明属于三级负荷，供电方式采用单回路供电。由于路灯负荷容量较小，单回路供电可就近接自0.4KV低压线路。采用这种供电方式，就要充分考虑原有低压线路的容量，核实原低压线路的保护开关及线路截面是否满足新增路灯负荷的要求，原有低压线路的接地形式、保护类型与新增路灯回路是否匹配。另一种单回路供电方式也可就近接自10KV（或20KV）高压线路，通过设置室外箱式变电站，为路灯照明提供专用电源。仍以丽水南城南一路路灯工程为例，供电电源引自一条10KV高压线路，经过一段YJV22-8.7/15-3*70型高压电缆埋地敷設至容量为200KVA的终端型欧式组合变电站，变电站内分别设置高压隔离柜、出线柜一组； S13-M-200/10/0.4 ，10±2*2.5%/0.4Kv， Dyn11 型变压器一台；低压进线计量柜、出线柜、电容补偿柜一组。接地系统采用TN-S系统。
路灯照明为户外照明，人工集中控制管理的可行性并不高。因此路灯控制一般多采用自动为主、手动为辅的控制模式。目前自动控制又以光控、时控相结合的模式为主。道路照明开灯时的天然光照度水平为15Lx，关灯时的天然光照度水平，快速路和主干道为30Lx，次干路和支路为20Lx。
5、路灯线路的接地故障保护
城市道路路灯照明配电线路多为几百米甚至上千米，由于处于户外恶劣环境的影响，线路容易发生短路、过负荷、过电压和接地故障，这就对过往行人容易造成一定程度的危险。根据城市道路照明设计标准要求，道路照明配电系统的接地形式应采用TT系统或TN-S系统，各条路灯出线回路应分别设置断路器或熔断器进行控制和保护，同时路灯控制箱低压母线上应加装泿涌保护装置（SPD）。
这里着重强调路灯出线回路保护断路器加装漏电保护的必要性。工作中发现路灯维护人员为了减少工作量，常常要求取消断路器上漏电保护装置，这种做法是不合理的。当线路发生单相接地时，故障点通过保护PE线与大地构成通路，此时Ia+Ib+Ic+In不等于0，这就是我们所说的漏电电流。为了防止漏电电流引起人身电击伤亡、电气火灾、及线路损坏的事故发生，要求接地保护切断故障线路的时限为5秒。显然利用原普通断路器和熔断器作为保护，保护时间上就很难满足时限上的要求。利用各条路灯出线回路保护断路器加装漏电保护装置，从而实现接地故障保护迅速动作，漏电保护动作整定电流可以达到mA级，动作时限也可以达到零点几秒级。
那么漏电保护整定电流到底取多大比较合适呢？这也是设计过程中经常碰到的问题，我们来分析一下。漏电断路器的额定动作电流应大于系统正常泄漏电流的2倍，当采用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆穿金属套管或直埋敷设时，绝缘导线正常泄漏电流为62mA/kM，假设线路长度为1 kM，那么漏电断路器额定漏电保护整定电流取2x62=124 mA ，额定漏电动作电流等级可选取300mA；另一种情况当采用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆穿绝缘套管敷设时，绝缘导线正常泄漏电流为12mA/kM，假设线路长度为1 kM，那么漏电断路器额定漏电保护整定电流取2x12=24 mA ，额定漏电动作电流等级则选取30mA。通过以上分析可知，路灯线路不同的敷设方式和距离决定了漏电保护整定电流取值选择的不同。
6、结语
综上所述，城市道路照明系统设计应秉承对工程认真负责的态度，合理运用理论分析计算，并结合实际情况制定最优的供电方案，以安全、经济、发展的原则选取电气设备，做好保护措施，保障电气设备安全可靠的运行。让我们的城市道路路灯照明系统设计更好地为市政建设服务。
参考文献：
（1）《城市道路照明设计标准》CJJ45——2015
（2）《城市道路照明设计》 李铁楠编著
（3）《照明设计手册》 北京照明学会照明设计专业委员会编
作者简介：
莫颖哲，女，浙江丽水人，工程师，毕业于上海电力学院电气工程及其自动化本科专业，现就职于浙江智联电力设计有限公司，研究方向：电力设计。
[关键词]道路平均照度 线路电压损失 接地故障保护
中图分类号：F312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0031-02
城市道路路灯照明的作用就是在自然光线不足的情况下为各种车辆驾驶员和行人提供舒适的视觉环境。近年来，随着我国经济社会发展水平的不断提高，城市建设规模的不断扩大，城市道路照明得到了前所未有的重视。道路照明不仅作为一种道路交通运输的视觉保证，而且成为了美化城市道路、协调周边环境的重要组成部分。一项完善、合理的城市道路照明设计就显得尤为重要。
1、目前城市道路路灯照明存在的问题
随着城市市政道路的快速发展，每年都有大量的道路照明工程完成，然而很多道路照明工程由于对道路路灯照明认识上存在误区，一味地追求景观功能、装饰效果，选择的路灯照明亮度不是太高就是不满足照度要求，偏离国家规范所要求的范围。这样不仅对提高交通运输效率没有起到帮肋，反而造成严重的光污染和能源浪费。因此城市道路路灯照明设计前的数据分析计算，是工作中必不可少的重要环节。
2、道路路灯照明数据分析计算
2.1道路参数分析
依据道路类型、级别、设计标准确定合理的灯具布置方式。以丽水南城南一路路灯工程为例，道路等级为城市次干道，设计车速为50km/h，是片区内交通联系的主要通道。道路标准横断面：4米人行道+10米车行道（机动车道+非机动车道）+10米车行道（机动车道+非机动车道）+4米人行道=28米，机动车道与非机动车道用地面划线进行分隔。行车道和人行道的横向坡度均为1.5%。根据城市道路照明设计标准，次干路机动车道路面平均照度 Eav=15/20Lx、均匀度U e=0.4，次干路交汇区路面平均照度 Eav=20/30Lx均匀度U e=0.4。初步确定该路段路灯为双侧对称布置。这种布置方式适合于南一路这种宽路面的道路，路灯灯具安装高度不应小于车行道路面宽度的一半，故可选用12米路灯；灯具悬挑长度1.5米；灯具仰角15度；路灯安装间距35米。
2.2道路光源类型
机动车交通道路照明的光源就目前阶段丽水南城片区来说，又以高压钠灯作为首选。高压钠灯具有寿命长、光效高、质量稳定而且能够满足机动车交通道路照明指标要求的特点。丽水南城南一路（次干路）选用150W高光效高压钠灯；12米路灯选用半截光型灯具；150W高光效高压钠灯光通量φ为17500lm；路灯维护系数K取0.65。
2.3道路平均照度计算
通过利用系数曲线可以计算一段直路上的平均照度，这种方法相對简便。仍以丽水南城南一路路灯工程为例，通过路灯灯具利用系数曲线图可以查得利用系数：
人行道侧W1=1.5m，W1/h=1.5/12=0.13，查U1=0.05
车道侧W2=18.5m，W2/h=18.5/12=1.54，查U2=0.54
U=U1+U2=0.05+0.54=0.59
根据道路平均照度计算公式：Eav=φUKN/ SW
式中Φ——光源的总光通量，Φ=17500lm
U——利用系数，U=0.59
K——维护系数，K=0.65
W——道路宽度，W=20m
S——路灯安装间距，S=35m
N——路灯双侧对称排列，N=2
Eav=（17500x0.59x0.65x2）/（ 35x20） =19.2（Lx）
结论：设计要求次干路机动车道路面维持平均照度应达到15/20Lx，由计算结果可知设计选取的路灯配置满足规范要求，交汇区路面通过适当增加灯具数量以满足照度要求。
3、供电线路电压损失
城市路灯线路一般都比较长，但总体负荷不会太大，电流较小。根据城市道路照明设计标准要求，正常情况下，照明灯具端电压应为额定电压的90%-105%。设计过程中我们应考虑如何将线路电压降控制在5%以内，以确保路灯灯具能够正常运行。为了减少路灯线路电压损失，我们设计中应采取以下两种措施。
3.1采用无功补偿装置
路灯采用的光源一般是气体放电灯，其功率因数相对较低，一般在0.5左右，从而使回路电流增大，在线路上产生大量的电能和电压损失。由于这部分损耗主要发生在路灯电源至每支路灯杆之间长距离低压配电线路上，因此采用路灯电源箱集中补偿装置并不能有效地减少低压配电线路的电压损失。设计过程中我们通常要求每支路灯杆加装单灯分散补偿装置，这种方法不但减少了路灯电源至每支路灯杆之间的电能损耗，而且有利于保证电压质量，补偿后单灯功率因数将达到0.9以上。
3.2合理选择路灯线路电缆截面
在设计道路照明供配电线路时，应进行线路的电压损失计算，使供配电网络在符合规划的前提下，线路容量具有一定的裕度，末端电压又能满足规范要求，且线路截面经济合理。以丽水南城南一路路灯工程为例，供电电源至各座路灯供电电缆适当选用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆，计算结果如下表所示：
结论：经过表格公式计算可得，路灯供电线路电压损失控制在5%以内，选取的电缆截面满足线路电压降的设计要求。
4、确定合理的供电方案和控制方式
供电方案即路灯电源是如何获取的，设计前应进行实地勘测，根据实际情况确定合理的供电电源点。供电电源点的选择主要考虑两个方面的因素，一方面是考虑获取电源是否方便又经济合理；另一方面是考虑所设计道路范围的供电半径，电源设置是否靠近负荷中心。 大部分城市道路照明属于三级负荷，供电方式采用单回路供电。由于路灯负荷容量较小，单回路供电可就近接自0.4KV低压线路。采用这种供电方式，就要充分考虑原有低压线路的容量，核实原低压线路的保护开关及线路截面是否满足新增路灯负荷的要求，原有低压线路的接地形式、保护类型与新增路灯回路是否匹配。另一种单回路供电方式也可就近接自10KV（或20KV）高压线路，通过设置室外箱式变电站，为路灯照明提供专用电源。仍以丽水南城南一路路灯工程为例，供电电源引自一条10KV高压线路，经过一段YJV22-8.7/15-3*70型高压电缆埋地敷設至容量为200KVA的终端型欧式组合变电站，变电站内分别设置高压隔离柜、出线柜一组； S13-M-200/10/0.4 ，10±2*2.5%/0.4Kv， Dyn11 型变压器一台；低压进线计量柜、出线柜、电容补偿柜一组。接地系统采用TN-S系统。
路灯照明为户外照明，人工集中控制管理的可行性并不高。因此路灯控制一般多采用自动为主、手动为辅的控制模式。目前自动控制又以光控、时控相结合的模式为主。道路照明开灯时的天然光照度水平为15Lx，关灯时的天然光照度水平，快速路和主干道为30Lx，次干路和支路为20Lx。
5、路灯线路的接地故障保护
城市道路路灯照明配电线路多为几百米甚至上千米，由于处于户外恶劣环境的影响，线路容易发生短路、过负荷、过电压和接地故障，这就对过往行人容易造成一定程度的危险。根据城市道路照明设计标准要求，道路照明配电系统的接地形式应采用TT系统或TN-S系统，各条路灯出线回路应分别设置断路器或熔断器进行控制和保护，同时路灯控制箱低压母线上应加装泿涌保护装置（SPD）。
这里着重强调路灯出线回路保护断路器加装漏电保护的必要性。工作中发现路灯维护人员为了减少工作量，常常要求取消断路器上漏电保护装置，这种做法是不合理的。当线路发生单相接地时，故障点通过保护PE线与大地构成通路，此时Ia+Ib+Ic+In不等于0，这就是我们所说的漏电电流。为了防止漏电电流引起人身电击伤亡、电气火灾、及线路损坏的事故发生，要求接地保护切断故障线路的时限为5秒。显然利用原普通断路器和熔断器作为保护，保护时间上就很难满足时限上的要求。利用各条路灯出线回路保护断路器加装漏电保护装置，从而实现接地故障保护迅速动作，漏电保护动作整定电流可以达到mA级，动作时限也可以达到零点几秒级。
那么漏电保护整定电流到底取多大比较合适呢？这也是设计过程中经常碰到的问题，我们来分析一下。漏电断路器的额定动作电流应大于系统正常泄漏电流的2倍，当采用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆穿金属套管或直埋敷设时，绝缘导线正常泄漏电流为62mA/kM，假设线路长度为1 kM，那么漏电断路器额定漏电保护整定电流取2x62=124 mA ，额定漏电动作电流等级可选取300mA；另一种情况当采用ZC-YJV-1kV-5x16型电力电缆穿绝缘套管敷设时，绝缘导线正常泄漏电流为12mA/kM，假设线路长度为1 kM，那么漏电断路器额定漏电保护整定电流取2x12=24 mA ，额定漏电动作电流等级则选取30mA。通过以上分析可知，路灯线路不同的敷设方式和距离决定了漏电保护整定电流取值选择的不同。
6、结语
综上所述，城市道路照明系统设计应秉承对工程认真负责的态度，合理运用理论分析计算，并结合实际情况制定最优的供电方案，以安全、经济、发展的原则选取电气设备，做好保护措施，保障电气设备安全可靠的运行。让我们的城市道路路灯照明系统设计更好地为市政建设服务。
参考文献：
（1）《城市道路照明设计标准》CJJ45——2015
（2）《城市道路照明设计》 李铁楠编著
（3）《照明设计手册》 北京照明学会照明设计专业委员会编
作者简介：
莫颖哲，女，浙江丽水人，工程师，毕业于上海电力学院电气工程及其自动化本科专业，现就职于浙江智联电力设计有限公司，研究方向：电力设计。