４６ 道路交通 城市道桥与防洪 ２０１２年３月第３期 浅谈城市道路照明的配电和控制设计 王敏 （上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海２０００９２）
摘 要：国家建设部于２００６年颁布了新版“城市道路照明设计标准”，并于２００７年７月１日起正式实施。该文就近年来道 路照明中应注意的诸如配电系统接地形式、路灯控制方法等问题予以探讨。其内容可供同行参考。 关键词：城市道路；路灯照明；接地形式；配电系统；控制方法 中图分类号：Ｕ４１７．９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０３—００４６－０３
０前言 随着城市的快速发展，城市内部、城市之间的 道路网也在日益延伸和扩展。近几年来市政行业 中的道路工程不断从一线城市、沿海城市向周边 城市延伸，各大城市内部的道路也不断扩展以适 应日益繁忙的城市交通。在加快城市本身的发展 同时也带动了周边城市的发展。城市道路工程中 的道路照明也尤其令人关注，既要满足功能要求， 又能作为城市景观的点缀，还要能满足国家节能 减排的要求，这对道路照明的设计要求和设计难 度都有较大提高。为此国家建设部在２００６年年底 改编了《城市道路照明设计标准》，于２００７年７月 １日正式实施。同时随着国家各种标准规范与ＩＥＣ 的不断接轨，新的理念也不断地在实际工程中得 到应用，因此本文主要想讨论近年来道路照明设 计中应该注意的几个问题。 １道路照明配电系统的接地形式 由于道路照明负荷是线性的非终端负荷，负 荷电压等级低（２２０ＶＡＣ），配电距离较长（可超过 １ ｋｍ），因此为了保证较小线路损耗、配电距离可 以更长，一般多采用３８０ Ｖ作为主干线路的配电 电压，引至每套灯具后断开主干线路，取某相的相 电压引人灯具，整条线路设计时尽可能做到三相 负荷平衡和三相的压降值接近。根据新规范６．１．９ 条款，道路照明配电系统的接地形式宜采用ＴＮ—Ｓ 制或ｒＩＴＩ’制，两种接地制式各有利弊。按规范条文 说明的解释，采用Ｔｒ制必须采用漏电保护装置， 而ＴＮ—ｓ制没有此要求。目前道路照明设计采用 ＴＮ—Ｓ制的配电系统往往不设漏电保护，配电回路 断路器也仅考虑瞬时过电流脱扣器。单相接地故 收稿日期：２０１１－０９—２８ 作者简介：王敏（１９７０一），女，江苏海门人，高级工程师，第四设计 院副总工程师，从事供电系统及其自动化设计与研究工作。 障保护往往并不计算故障电流，也不复核保护电 器的动作可靠性，这是不合理的，尤其在道路照明 这种比较特殊的供配电系统中显得更不合理。采 用ＴＨ—Ｓ制时，应该进行单相接地故障电流的计 算，然后确定是否可以用断路器的瞬时过电流脱 扣器兼作单相接地保护。下面将以图１所示为例 作说明。
——变电所工作接地的接地电阻中压要求＜；４欧姆．共同接地装置按最小要求，有防雷接地共用的＜＝１欧姆 盼—一设备外壳的保护接地电阻根据各种设备均不相同，共同接地按最小要求
图１道路照明配电系统ＴＮ－Ｓ制发生单相接地故障的电流示意图
ＴＮ—Ｓ接地制式中，当发生单相接地故障时，故 障电流是沿相线Ｌ和保护线ＰＥ回路流回电源侧 的，此时的单相接地电流计算公式：
（公式中的分子应为— ，ｏ．４ ｋＶ系统 却 ３８０ 中即为了 ＝２２０ Ｖ）
式中： ——系线路的相保阻抗。 图１中假定故障线路为０．６ ｋｍ长的２５ ｍｍ２ 电缆，ＰＥ与相线同截面的，当线路末端发生单相接 地故障时，故障电流计算： Ｊｌｐ＝０．６￣Ｊ２．１０６２＋０．１６４２＝－２．１ｌｘ０．６＝１．２７（Ｑ）
： ：１７３（Ａ） ｚ伽 Ｊ・二／
从图１可看到ＰＥ的主要作用是在单相接地 故障时提供故障电流返回电源侧，以供保护电器 动作用，因此ＰＥ线的截面除了要考虑一定机械强 ２０１２年３月第３期 城市道桥与防洪 道路交通 ４７ 度外，还要能够承担单相接地故障电流的载流量， 这也是道路照明线路采用５芯同截面设计的原 因。 单相接地的故障电流切除有断路器和熔断器 两种，采用熔断器保护时，根据熔断器容量的不 同，故障电流切除的灵敏度也各不相同，范围在 ４．５～７倍。即道路照明配电回路中采用ｌ６ Ａ熔体 电流的熔断器兼作单相接地故障保护时，要使熔 断器可靠动作的单相接地故障电流必须大于等于 ５ Ｉｈ，即８０ Ａ。采用断路器作为单相接地保护电器 时，其灵敏度要求为不小于１．３倍，但是断路器切 断单相接地故障的脱扣器为瞬动或短延时，这意 味着，假设配电回路采用整定电流值为１６ Ａ断路 器，其瞬动脱扣器是１０ Ｉｈ，即为１６０ Ａ，那么故障 电流必须大于等于１６０ Ｘ １．３＝２０８（Ａ）时才能保证 可靠跳闸。若是图１所示的仅６００ ｍ的单相接地 计算电流就不足以保证断路器的瞬动脱扣器可靠 跳闸。 怎么解决呢？关键在于增加故障电流，如放大 导线截面，缩短电缆配电长度等等，也可以采用带 短延时脱扣器的断路器，短延时脱扣器的瞬动倍 数在１．５～５ Ｉｈ之间可调，也就是动作电流减小很 多，还有就是采用带漏电保护的断路器，带漏电保 护的断路器价格非常昂贵。由于道路照明多采用 电缆埋地敷设，因此正常情况下的线路及设备本 身就具有一定漏电流。根据设计手册，２５ ｍｍ 截面 的电缆，每ｋｍ的漏电流为７０ ｍＡ。根据工程经验， 这个数据在潮湿天气会更大。因此设计采用带漏电 流保护的断路器时需要避开正常的漏电流，否则断 路器极易误动作。由于道路照明发生单相接地故障 多为间接接触，因此无需按照防止直接接触带电体 的３０ ｍＡ要求整定漏电电流，可适当放大。 从以上论述可见，道路照明的配电系统采用 ＴＮ—Ｓ制也应进行单相接地故障电流的计算，并复 核保护电器的动作灵敏度，确保发生单相接地故 障时保护电器可靠动作。 ２节能要求 新规范与原规范的最主要区别是增加了节能 的要求，具体体现在７．１．２条款中。该条款为强制 性条文，规定了不同道路等级和照度标准的道路 单位面积的最高耗能，在满足照度、均匀度等标准 的条件下，单位面积的耗能不得大于规范规定数 值，该功耗还包括灯具镇流器的功耗。从新规范中 可以看到对道路照明设计的节能要求大大提高 了。按照这个要求，设计必须采用高光效的灯源、 灯具，低损耗的镇流器。基于这个要求，灯杆的间 距和高度设计随意性也没有那么大了，基本上照 度和均匀度刚刚符合要求的数值才能满足７．１．２ 条款中的强制性条文要求。 ３路灯控制方法 除了灯源、灯具、灯杆的设计以外，路灯的控 制也是节能的一项极为重要的举措。城市道路照 明的一个特点是半夜或者后半夜以后很多道路车 流量和人流量降低，因此可以适当降低半夜或后 半夜的照度达到节能的目的，这也是设计中常说 的半夜灯控制要求。目前国内各地均有不同做法，
一些大城市交通繁忙，车辆错时运行，晚上流量也 不低，因此没有半夜灯要求。也有很多中小城市或 者大城市中的工业区、大型小区等晚间的车流量 很少，因此都可以按半夜灯控制要求来运行，可在 晚间节省２０％一５０％的电能。 国内道路照明工程中电源一般为电业部门设 置ｌ０，０．４ ｋＶ箱式变或地埋变，引出若干回路至路 灯控制箱（也称路灯监控箱）从路灯控制箱进线电 源桩头开始及其以后所有设备属于路灯所管理， 之前属于供电局管理，电费计量点一般不设在箱 变内。道路监控、景观照明等其它道路相关用电负 荷若要从道路箱变取电，往往需要设置单独电费 计量点。路灯的开关控制一般是根据室外光线的 明暗和时间变化进行自动控制的，控制装置设置 在路灯控制箱内，均为就地自控，若需要遥控，则 可通过增加控制器接口来实现控制中心的遥控。 实现半夜灯的控制要求，可通过很多方法，目前各 地城市都有各自的习惯要求和做法，可以采用新 型设备，可以在配电系统设计时实现，笔者在此介 绍几种常用的方法。 ３．１采用调压的方式 在照明配电回路中采用变压器，开关灯时可 通过逐步调压的方法使启动电流和关灯电流较 小，这个方式在开关灯时就能适当降低能耗。当半 夜需要调低照度时，可采用调低变压器输出电压 的方式，适当降低灯具的光照度来实现，由于目前 道路照明采用的多是气体发光灯，对电压要求较 高，电压降过大末端的灯具会熄灭，因此其调节的 幅度不大，一般约在２０％。优点是沿线每套灯具的 光照度同时下降，照明的均匀度变化不大，驾驶员 的眼睛容易适应。这个方式在欧美国家使用较多， 因此该类控制器的进口产品种类较多。 ３．２采用新型镇流器 为了满足全球大形势下的各个国家的节能减 ４８ 道路交通 城市道桥与防洪 ２０１２年３月第３期 排要求，飞利浦等照明光源公司纷纷推出一种新 型的气体发光灯镇流器，其输出功率是可变的，考 虑到节能的效率和产品的投资增加，目前镇流器 多为１５０ Ｗ／２５０ Ｗ／４００ Ｗ三档可调输出，当半夜 需要调低照度时，可自动在设定时间段内，调整输 出功率，当从正常输出的４００ Ｗ调整为２５０ Ｗ或 １５０ Ｗ输出时，灯具的光通量下降，照度也相应变 低。采用这种镇流器的节能效率也是较明显的，可 达到４０％ ５０％，均匀度变化也不大。缺点是投资 较大，而且对于小功率照明的路灯，由于产品一次 投入大，节能率相对低，收回投资年限长，因此还 没有推出对应的产品。 有的地方为了节省投资并实现半夜灯控制， 也有在１套灯具内装设两套光源，半夜车流少时， 可关闭其中１套。这样做的优点是半夜灯时道路 均匀度不降低，缺点是光源数量翻倍，维修工作量 增加，且小功率照明的道路不适用。 ３．３采用单相双回路设计配电系统（见图２） 每个回路采用四芯同截面电缆，为单相双回 路送电，共用Ｎ线和ＰＥ线，三个回路分别为 ＡＩ＋Ａ２＋Ｎ＋ＰＥ、ＢＩ＋Ｂ２＋Ｎ＋ＰＥ、Ｃ１＋Ｃ２＋Ｎ＋ＰＥ，每回路 不同回路的线芯间隔接至每套灯具。Ａ１～ｃｌ引自 全夜母线，Ａ２～Ｃ２引自半夜母线。 路灯监控柜 ｌ Ｉ 西ｌ ｌ ｌ‘Ｉ ＩＩ 。。Ｊ ｆ１ ＿ 出 ． ，５００ ／５∞ ６Ｄ ｌ ／５０３ ｍ￣Ｌ：： ＋ ｌ 蕊 １ ｌ６０／ ｈ １ Ｌ 嚣 嚣 蓦蠡 图２道路照明控制柜带半夜灯控制的单相双回路配电系统图 当全夜灯时，全夜母线和半夜母线接触器均 合闸，Ａ１～Ｃ１母线和Ａ２～Ｃ２母线均有电，当到达 设定时间和光线时，半夜母线接触器分闸， Ａ２～Ｃ２母线失电，三个回路中的Ａ２、Ｂ２、Ｃ２相线 所接的灯具即时关闭，这样半夜时可间隔关闭一 半路灯。 设计时需要注意以下几点，首先是三相的平 衡，无论是全夜母线还是半夜母线，或者是再上 一级进线处，三相负荷尽可能设置平衡；其次是 压降计算时要考虑单相双回路供电时，中性线上 的电流是两个单相的叠加，压降更大。缺点是电 流较大，配电距离短，压降大。优点是不增加设备 投资的条件下，利用单根电缆可实现半夜灯控 制。 ３．４采用两相供电设计配电系统（见图３） 这个配电系统与单相双回路相比，只是每回路 中两根相线的相位不同，其它接线形式、控制方式 等完全一样。全夜母线为Ａ１～Ｃ１，半夜母线为 Ａ２～Ｃ２，三个配电回路分别为ＡＩ＋Ｂ２＋Ｎ＋ＰＥ、 Ｂ１＋Ｃ２＋Ｎ＋ＰＥ、Ｃ１＋Ａ２＋Ｎ＋ＰＥ。