摘要：城市的路灯照明供配电系统是城市基础建设的一部分，路灯照明系统与城镇居民的生活质量是息息相关的，为了保证城市居住环境，城市需要对路灯照明供配电、接地及控制等进行设计上的优化。本文从路灯照明设计的角度出发，对城市路灯照明供配电、接地及控制等设计进行优化。

关键词：城市路灯;照明系统;供配电;控制

随着经济不断发展，城市的基础设施的建设逐渐完善，为保证城市居民的生活质量，在城市路灯方面也投入了大量的资金，对城市路灯照明供配电、接地及控制等进行优化设计，确保城市路灯照明系统不会出现问题，为市民的夜间生活环境提供光亮，为市民出行提供便利，为城市的亮化、美化做出贡献。

1 城市路灯照明系统供配电的设计

1.1 供配电方案设计

在设计供配电方案时，首先要考虑路灯的供电电源，在满足供配电的前提下，选择经济方面和使用方面性价比最高的供配电设计方案。当前路灯照明系统供配电的设计主要有两种，每种路灯照明供配电系统所适合的供配电环境不同，因此需要按照实际情况进行分析，选择最适合的供配电方案。第一种直接引入380V的低压专线进行供电，这种供电方式对供电线路长度有要求，城市不能超过250米，农村不超过500米;第二种引入10kV的高压专线对道路专门供电，在引入位置设置的节能变压器将各个供电线路接入到道路的路灯照明控制箱，完成对路灯照明的供电及控制工作，这种方案较适合应用在城市道路的路灯照明系统供配电设计中^[1]。

1.2 供配电线路设计

城市路灯照明供配电线路的设计工作主要考虑几点因素：供配电线路的铺设、供配电系统的控制以及供配电线路的负荷。供配电线路的负荷计算主要考虑四个方面：城市路灯照明的用电负荷、城市道路交通信号灯的用电负荷、城市道路中各类景观照明灯的用电负荷以及城市道路两侧发光广告牌的用电负荷。实际的用电负荷应该计算这四方面的用电负荷总值，然后保证供配电线路的总负荷量高于用电负荷总值。城市路灯的照明控制基本实现自动化，根据实际需求设置路灯照明的时段，如隧道区域的路灯照明则需要24小时照明，而其他地区的路灯照明可以设置为天黑之后，具体照明时间可以根据季节的变换进行适当调整，然后设置好检修箱定期进行检修即可。供配电线路的敷设要按照规范要求“最末端灯具电压不宜低于其额定电压的95%”。

1.3 接地保护设计

TS-N接地形式是电源有一点（通常是中性点）直接接地，负荷侧的电气装置的外露导电部分通过保护线（即PE线）与改接地点连接的系统。整个系统中保护线PE与中性线N是分开的;路灯接地系统中由于低压配电距离较长、漏电保护要求灵敏度高、允许电压损失在一定的范围内，在城市道路照明中，灯具布置较分散，整个配电系统的线路比较长，当系统发生接地故障后，故障电流比较小，可能会无法直接切断系统故障电路，无法对线路首端的保护电器产生保护作用。

TT接地形式是电源有一点（通常是中性点）直接接地，装置的外露导电部分接至电气上与电源接地点无关的接地极的系统。道路照明系统通过保护线（即PE线）与改接地点连接的系统。采用的是电源端和用电端均直接接地，单灯设置接地装置（接地极）与路灯基础、灯杆、灯具等均可靠连接;TT接地形式采用带漏电保护的保护开关，设计时需要设定额定动作电流。接地故障发生很突然，瞬间故障电流会很大，剩余电流动作保护器在切断故障电流的时间内，TT系统接触电压达101.2V，因此剩余电流动作保护器必须采用瞬时（小于0.1S）切断，以保护行人安全，在路灯配电系统中剩余电流宜采用100mA。

接地保护系统的设计是非常必要的，接地保护可以采用电流保护装置，原理为使用断路器对线路中的电流进行切断，切断电流然后接地故障可以解决，这种方式对断路器的要求比较高，因为要控制切断电流的时间，所以断路器必须能对切断电流的操作及时响应。TT接地形式将每一个路灯都连接在接地保护装置中，TT接地形式接线中接地极使用的是镀锌角钢，镀锌角钢的电阻要求不能高于10Ω，因此可以有效对供配电线路接地保护^[2]。

2 城市路灯照明控制系统设计

城市道路照明控制系统的设计就是对路灯的控制设计，路灯的控制，主要采用的是时间开关控制（时控器）、光电控制、经纬度智能控制、单灯控制（调光、单灯）等方式：时间开关控制是跟随季节的变化来进行时间控制;光电控制根据天气、日照强度等变化来进行控制，存在着误动的可能性;经纬度智能控制依据地球自转和公转的规律，确定所在位置的天黑天亮时间，根据当地的经纬度自动调整控制时间，适用地区范围：东经0-180度，北纬0-90度。控制器存储了全国各地365天的日出日落时间，可随经度、纬度和季节变化作合理的控制。并可根据需要进行全夜的半夜设定，可独立的进行自动/手动转换，便于用电设备的检修或重大庆典的需要。具有RS485通讯接口， Modbus通讯协议，可实现城市道路照明的集中控制与管理，是采用较多的一种;单灯控制主要是在灯具内部配置控制模块实现，单灯控制的实现需要明确单灯监控终端之间的通信方式。目前有兩种主流的方式：电力线载波通信（有线方式）和无线通信（以ZigBee较为常见）。

电力线载波通信（PLC）

电力线载波通信是利用现有的低压供电线路作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种通信手段。?

电力线载波通信应用于单灯系统有其天然的优势。其一，完全利用现有路灯电力线路，单灯终端可安装于灯杆内部，在一个路灯配电变压器区域只需要一个单灯集中器（也可集成在RTU中），不会对路灯设施造成任何破坏，非常适合城市路灯的施工环境;其二，信号传输与线路走向无关，不受外界环境影响，通信稳定可靠。

无线通信（以ZigBee较为常见）?

根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是近距离、低功耗、低复杂度、自组织和低数据速率。?

经过多年的探索，ZigBee技术在单灯系统中也取得了成功应用，但其自身特点决定了ZigBee技术应用于单灯系统存在明显的局限性。首先，近距离、低功耗的特点使其易受外部环境的影响，造成通信不稳定，如大型交通工具、恶劣的天气等;其次，无线通信需要不受屏蔽的发射天线，施工中一般需要在灯杆上钻孔伸出天线，不可避免会对路灯设施造成破坏，同时也增加了施工难度。?

随着5G技术的发展，上述两种通信方式均已成熟，在组网能力、路由深度等纯技术方面以及生产成本方面没有明显差距;单灯系统的设计、生产厂家，为了满足不同的市场需求，其产品一般都支持上述两种通信方式。

3 城市路灯照明的设计

随着技术的发展、物联的应用通过对路灯运行参数和状态的监测分析，提高路灯精细化管理能力?，系统可对每一盏路灯杆上的路灯的电压、电流、功率因数、亮灯时间等运行参数和亮灭、补偿电容有效性等状态进行实时“在线巡测”，通过分析生成路灯运行报表，借助GIS（地理信息系统）对路灯故障进行精准定位，指导运维人员进行主动运维和定向维修，改变以前主要依靠人工巡检、热线报修的运维方式，实现精细化管理。?路灯运行的调控，实现“按需照明”、节能运行;

根据时间、路段、天气等条件设定合理的单灯运行方案，通过“隔盏亮灯”、“关辅道灯”以及单灯调光、降功率运行等方式，在保证照明质量的前提下进行灵活的单灯节能调控，有效降低路灯照明用电量，实现节能减排，实现"遥控、遥测、遥信"功能。

4 结语

城市道路照明的主要目的是用于提高夜间车辆行驶和行人行走的安全性，防止发生交通事故。合理设置，可以改善交通条件，减少驾驶疲劳，提高道路通行能力，有效减少交通事故。城市道路照明凸显城市形象，给人们带来了温暖。所以，城市路灯照明供配电的设计要求比较高，对供配电系统在电压负荷、接地故障防护等方面均要做好设计工作，要结合城市的实际供配电情况，对城市路灯供配电系统、控制、管理做出合适的设计方案。

参考文献：

[1]杨栋.论述城市道路照明系统中供配电设计的重点[J].居舍，2020（07）：67.

[2]楊皞，杜毅威.民用建筑备用照明和安全照明设计探讨[J].建筑电气，2019，38（12）：19-24.

[3]郭文俊，顾潇.城市路灯照明供配电控制设计分析[J].自动化应用，2018（11）：93-94.

作者简介：刘海全（1982-），男，本科，高级工程师，从事设计工作。