城市道路照明电气设计常见问题及优化措施

2021-09-26廖小平

光源与照明 2021年1期

廖小平

福建万佳顺建设发展有限公司，福建龙岩 364400

0 引言

随着城市化进程的加快，城市基础设施也在不断完善。其中，道路照明系统对于改善城市环境与提高市民生活水平有着重要影响。城市道路照明工程涉及工序较多，尤其是在电气设计方面，如果设计方案缺乏可行性及科学性，就会导致照明系统运行不稳定，影响照明功能。当前，针对城市道路电气设计，我国颁布了最新标准，无论是照明标准，光源、灯具的选择，还是节能控制等措施，都做出了比较详细的规定和要求。城市道路照明工程的设计方案必须符合相关标准要求，才可以在一定程度上避免问题的出现。并且，还应采取先进的技术，遵循安全、经济的原则，实现节约能源的目标，还能减少维修成本。

1 城市道路照明电气设计中的常见问题

1.1 城市道路照明配电系统接地形式使用混乱

根据《城市道路照明设计标准》（CJJ 45—2015）（以下简称《设计标准》）[1]，道路照明配电系统的接地形式有两种，即TN系统和TT系统。在选择接地系统的过程中会遇到很多问题，例如，有些道路工程的户外条件复杂，照明配电回路长，回路阻抗大，使得接地故障和单相短路电流值偏小，如果采用TN系统，会因断路器的接地故障保护灵敏度不够，不能在规定时间内切断电源，而产生远大于安全电压的接触电压，该电压沿PE线传至所有路灯金属外壳，存在较大的安全隐患；有些设计人员对两系统的区别不甚了解，为了配合施工方的经济要求，随意将两种系统混在一起使用，导致在接地故障发生时，有些地方没有配置相应的保护功能，即使配置相应保护功能却没有相应的跳闸，从而给附近行走的人带来电击危害，造成人身安全隐患。因此，正确地选择接地系统，是道路照明安全用电的保障之一。

1.2 路灯眩光

在部分城市道路照明工程中，由于电气设计方案中存在配置过大功率照明灯具、灯具安装高度与间隔距离不合理、照度水平设定不当等问题，导致道路照明系统的灯源亮度与周边环境亮度存在较大差值，在夜间行车过程中，随着环境亮度的频繁变化，将持续刺激驾驶员与行人的视觉神经，使其容易出现眩光现象，致使驾驶员无法看清前方路况，甚至引发交通安全事故[2]。

1.3 照明灯具的间隔距离大

城市道路照明系统的作用为，通过设置照明灯具与进行电气设计，在交通道路上创造出良好的视觉环境，确保过往车辆与行人正确了解前方路况条件与路面状况，观察是否存在障碍物，并了解其他车辆的情况。但是在部分工程中，设计人员并未正确认识到工程建设意图，为控制工程造价成本，选择加大相邻照明灯具的间隔距离，或是忽视了灯具光分布问题，导致各区段道路照明条件存在差异，存在视觉盲区，没有取得预期的道路照明效果。

1.4 缺乏节能设计意识

随着城市经济的不断发展，城市亮化工程与道路照明工程得到各地政府的大力支持和推进，照明灯具数量不断增加。据官方数据统计，城市道路照明耗电量占国内总耗电量4%以上，道路照明耗电量不容小觑，加上各地缺乏节能设计意识，导致资源浪费问题突出。针对这一问题，《设计标准》第7.2.1要求，进行道路照明设计时，应提出多种符合照明标准要求的设计方案，进行技术经济综合分析比较，从中选择技术先进、经济合理又节约能源的最佳方案。

2 城市道路照明电气设计的优化措施

2.1 道路照明配电系统接地形式的选择

TN系统是电源中性点直接接地，电气设备外露可导电部分通过零线接地的接零保护系统；TT系统是电源中性点直接接地，电气设备外露导电部分直接接地的接地系统，其中电气设备的接地点独立于电源中性点接地点[3]。

《设计标准》第6.1.8中有如下描述：

“TT系统的优点是发生接地故障时可以减少故障电压的蔓延；缺点是接地故障电流小，熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器不能兼做间接接触防护，必须采用剩余电流保护器才能满足切断电源的时间要求。

“TN-S系统的优点是当系统正常运行时，保护导体上没有电流，电气设备金属外壳对地没有电压，而发生接地故障时其故障电流相比TT系统大，在一定条件下熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器可能动作。其缺点是系统内任一处发生接地故障时，故障电压可沿PE线传导至他处而可能引起危害。”

因此，无论是从安全性、经济性，还是从施工难度来看，道路照明时应优先考虑TT系统。当然，如果道路照明线路长度较短、电缆截面积较大，可采用TN系统，故在设计时要进行接地故障电流计算，选择更合适的接地系统。

2.2 照明灯具设计

在照明灯具设计环节，首先，根据工程情况选择适当种类的灯具，尽可量避免使用大功率灯具，安装LED灯具等柔和光源，以此达到道路照明系统的节能目的，避免出现路灯眩光问题。例如，从节能角度来看，尽量配置荧光灯、金卤灯等新型光源，这类光源的节电率较高，使用寿命长。其次，对现场进行实地考察，准确掌握道路照明需求与周边环境亮度，在其基础上设定照明灯具安装高度与相邻灯具间隔距离等参数，确保道路照明工程的亮度均匀度满足相关规范要求。例如，在某城市道路照明工程中，选定一处路段作为试验段，在140 m2范围内随机设定100个测试点，对照明灯具的平均亮度值、投射至地面亮度值、最小亮度值进行测量，平均亮度与最小亮度分别为20与10，要求将亮度平均值保持在0.5以上，如果未达到这一数值，表明灯具光束过度集中，没有取得预期的道路照明效果。

此外，在灯具选择与参数设计期间，设计人员都需要以保障道路照明效果为首要目的，在满足实际道路照明需要的前提下，再从造价成本、灯具使用寿命、视觉效果等方面进行考量。例如，在道路工程所处区域时常出现大雾气候时，应优先配置高压钠灯，这类灯具有着透雾能力强的优势，通光量超过金卤灯的40%。反之，在受雾霾影响系数较低的道路工程中，则配置金卤灯等其他类型光源。

2.3 光源降压—稳压—调光设计

当前，在部分城市的道路照明工程中，为避免产生不必要的电能损耗，选择采取隔盏关灯的设计措施，照明系统在特定时间段内关闭一定数量的照明灯具。这虽然可以有效控制系统运行能耗，但存在一定的安全隐患，无法为过往车辆与行人提供良好的视觉环境，存在视觉盲区。因此，可选择在道路照明系统中应用人工智能与环境感知技术，采取光源降压—稳压—调光设计措施，具体内容如下：在道路照明系统中设置若干数量的信息传感装置，持续对周边环境亮度、车辆行驶速度、路灯光源亮度等要素进行监测采集，将传感装置接入道路照明控制系统，准确判断系统运行状况与评估道路照明需求。随后，在到达特定时间段或是满足机制触发条件后，系统将依次执行降压、稳压与调光三项节电步骤，在创造良好视觉环境的前提下，智能调整系统运行负荷与照明亮度。

2.4 道路照明水平控制

在道路照明水平控制环节，应采取以下优化设计措施。（1）照度水平选择。设计人员应根据道路等级与车道数等已知工程信息，遵循《城市道路工程设计规范（2016年版）》（CJJ 37—2012）与《设计标准》等规范文件，合理设定道路照明系统的照度水平与平均照度值。例如，针对城市主干路网与快速路中的道路工程，让照明系统的照度水平达到规范内平均照度值的1.5～2.5倍。（2）照明参数设定。为提高灯具光源的实际利用系数，对初步设计方案进行优化设计，适当调整灯具安装高度、倾斜角度、眩光系数等参数，合理选择灯具的配光方式。例如，将灯具倾斜角度控制在5°～10°，将灯具间隔距离与高度的比值保持在3∶1～4∶1。