廖小平

福建萬佳順建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 龍巖 364400

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施也在不斷完善。其中，道路照明系統(tǒng)對(duì)于改善城市環(huán)境與提高市民生活水平有著重要影響。城市道路照明工程涉及工序較多，尤其是在電氣設(shè)計(jì)方面，如果設(shè)計(jì)方案缺乏可行性及科學(xué)性，就會(huì)導(dǎo)致照明系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，影響照明功能。當(dāng)前，針對(duì)城市道路電氣設(shè)計(jì)，我國(guó)頒布了最新標(biāo)準(zhǔn)，無論是照明標(biāo)準(zhǔn)，光源、燈具的選擇，還是節(jié)能控制等措施，都做出了比較詳細(xì)的規(guī)定和要求。城市道路照明工程的設(shè)計(jì)方案必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，才可以在一定程度上避免問題的出現(xiàn)。并且，還應(yīng)采取先進(jìn)的技術(shù)，遵循安全、經(jīng)濟(jì)的原則，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)，還能減少維修成本。

1 城市道路照明電氣設(shè)計(jì)中的常見問題

1.1 城市道路照明配電系統(tǒng)接地形式使用混亂

根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 45—2015）（以下簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》）[1]，道路照明配電系統(tǒng)的接地形式有兩種，即TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。在選擇接地系統(tǒng)的過程中會(huì)遇到很多問題，例如，有些道路工程的戶外條件復(fù)雜，照明配電回路長(zhǎng)，回路阻抗大，使得接地故障和單相短路電流值偏小，如果采用TN系統(tǒng)，會(huì)因斷路器的接地故障保護(hù)靈敏度不夠，不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷電源，而產(chǎn)生遠(yuǎn)大于安全電壓的接觸電壓，該電壓沿PE線傳至所有路燈金屬外殼，存在較大的安全隱患；有些設(shè)計(jì)人員對(duì)兩系統(tǒng)的區(qū)別不甚了解，為了配合施工方的經(jīng)濟(jì)要求，隨意將兩種系統(tǒng)混在一起使用，導(dǎo)致在接地故障發(fā)生時(shí)，有些地方?jīng)]有配置相應(yīng)的保護(hù)功能，即使配置相應(yīng)保護(hù)功能卻沒有相應(yīng)的跳閘，從而給附近行走的人帶來電擊危害，造成人身安全隱患。因此，正確地選擇接地系統(tǒng)，是道路照明安全用電的保障之一。

1.2 路燈眩光

在部分城市道路照明工程中，由于電氣設(shè)計(jì)方案中存在配置過大功率照明燈具、燈具安裝高度與間隔距離不合理、照度水平設(shè)定不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致道路照明系統(tǒng)的燈源亮度與周邊環(huán)境亮度存在較大差值，在夜間行車過程中，隨著環(huán)境亮度的頻繁變化，將持續(xù)刺激駕駛員與行人的視覺神經(jīng)，使其容易出現(xiàn)眩光現(xiàn)象，致使駕駛員無法看清前方路況，甚至引發(fā)交通安全事故[2]。

1.3 照明燈具的間隔距離大

城市道路照明系統(tǒng)的作用為，通過設(shè)置照明燈具與進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，在交通道路上創(chuàng)造出良好的視覺環(huán)境，確保過往車輛與行人正確了解前方路況條件與路面狀況，觀察是否存在障礙物，并了解其他車輛的情況。但是在部分工程中，設(shè)計(jì)人員并未正確認(rèn)識(shí)到工程建設(shè)意圖，為控制工程造價(jià)成本，選擇加大相鄰照明燈具的間隔距離，或是忽視了燈具光分布問題，導(dǎo)致各區(qū)段道路照明條件存在差異，存在視覺盲區(qū)，沒有取得預(yù)期的道路照明效果。

1.4 缺乏節(jié)能設(shè)計(jì)意識(shí)

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市亮化工程與道路照明工程得到各地政府的大力支持和推進(jìn)，照明燈具數(shù)量不斷增加。據(jù)官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市道路照明耗電量占國(guó)內(nèi)總耗電量4%以上，道路照明耗電量不容小覷，加上各地缺乏節(jié)能設(shè)計(jì)意識(shí)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)問題突出。針對(duì)這一問題，《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第7.2.1要求，進(jìn)行道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)提出多種符合照明標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，從中選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理又節(jié)約能源的最佳方案。

2 城市道路照明電氣設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

2.1 道路照明配電系統(tǒng)接地形式的選擇

TN系統(tǒng)是電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過零線接地的接零保護(hù)系統(tǒng)；TT系統(tǒng)是電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分直接接地的接地系統(tǒng)，其中電氣設(shè)備的接地點(diǎn)獨(dú)立于電源中性點(diǎn)接地點(diǎn)[3]。

《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.8中有如下描述：

“TT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生接地故障時(shí)可以減少故障電壓的蔓延；缺點(diǎn)是接地故障電流小，熔斷器或斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器不能兼做間接接觸防護(hù)，必須采用剩余電流保護(hù)器才能滿足切斷電源的時(shí)間要求。

“TN-S系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)導(dǎo)體上沒有電流，電氣設(shè)備金屬外殼對(duì)地沒有電壓，而發(fā)生接地故障時(shí)其故障電流相比TT系統(tǒng)大，在一定條件下熔斷器或斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器可能動(dòng)作。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)內(nèi)任一處發(fā)生接地故障時(shí)，故障電壓可沿PE線傳導(dǎo)至他處而可能引起危害?！?/p>

因此，無論是從安全性、經(jīng)濟(jì)性，還是從施工難度來看，道路照明時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮TT系統(tǒng)。當(dāng)然，如果道路照明線路長(zhǎng)度較短、電纜截面積較大，可采用TN系統(tǒng)，故在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行接地故障電流計(jì)算，選擇更合適的接地系統(tǒng)。

2.2 照明燈具設(shè)計(jì)

在照明燈具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先，根據(jù)工程情況選擇適當(dāng)種類的燈具，盡可量避免使用大功率燈具，安裝LED燈具等柔和光源，以此達(dá)到道路照明系統(tǒng)的節(jié)能目的，避免出現(xiàn)路燈眩光問題。例如，從節(jié)能角度來看，盡量配置熒光燈、金鹵燈等新型光源，這類光源的節(jié)電率較高，使用壽命長(zhǎng)。其次，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，準(zhǔn)確掌握道路照明需求與周邊環(huán)境亮度，在其基礎(chǔ)上設(shè)定照明燈具安裝高度與相鄰燈具間隔距離等參數(shù)，確保道路照明工程的亮度均勻度滿足相關(guān)規(guī)范要求。例如，在某城市道路照明工程中，選定一處路段作為試驗(yàn)段，在140 m2范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)定100個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)照明燈具的平均亮度值、投射至地面亮度值、最小亮度值進(jìn)行測(cè)量，平均亮度與最小亮度分別為20與10，要求將亮度平均值保持在0.5以上，如果未達(dá)到這一數(shù)值，表明燈具光束過度集中，沒有取得預(yù)期的道路照明效果。

此外，在燈具選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員都需要以保障道路照明效果為首要目的，在滿足實(shí)際道路照明需要的前提下，再從造價(jià)成本、燈具使用壽命、視覺效果等方面進(jìn)行考量。例如，在道路工程所處區(qū)域時(shí)常出現(xiàn)大霧氣候時(shí)，應(yīng)優(yōu)先配置高壓鈉燈，這類燈具有著透霧能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，通光量超過金鹵燈的40%。反之，在受霧霾影響系數(shù)較低的道路工程中，則配置金鹵燈等其他類型光源。

2.3 光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光設(shè)計(jì)

當(dāng)前，在部分城市的道路照明工程中，為避免產(chǎn)生不必要的電能損耗，選擇采取隔盞關(guān)燈的設(shè)計(jì)措施，照明系統(tǒng)在特定時(shí)間段內(nèi)關(guān)閉一定數(shù)量的照明燈具。這雖然可以有效控制系統(tǒng)運(yùn)行能耗，但存在一定的安全隱患，無法為過往車輛與行人提供良好的視覺環(huán)境，存在視覺盲區(qū)。因此，可選擇在道路照明系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能與環(huán)境感知技術(shù)，采取光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光設(shè)計(jì)措施，具體內(nèi)容如下：在道路照明系統(tǒng)中設(shè)置若干數(shù)量的信息傳感裝置，持續(xù)對(duì)周邊環(huán)境亮度、車輛行駛速度、路燈光源亮度等要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，將傳感裝置接入道路照明控制系統(tǒng)，準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況與評(píng)估道路照明需求。隨后，在到達(dá)特定時(shí)間段或是滿足機(jī)制觸發(fā)條件后，系統(tǒng)將依次執(zhí)行降壓、穩(wěn)壓與調(diào)光三項(xiàng)節(jié)電步驟，在創(chuàng)造良好視覺環(huán)境的前提下，智能調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷與照明亮度。

2.4 道路照明水平控制

在道路照明水平控制環(huán)節(jié)，應(yīng)采取以下優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。（1）照度水平選擇。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)道路等級(jí)與車道數(shù)等已知工程信息，遵循《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（CJJ 37—2012）與《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范文件，合理設(shè)定道路照明系統(tǒng)的照度水平與平均照度值。例如，針對(duì)城市主干路網(wǎng)與快速路中的道路工程，讓照明系統(tǒng)的照度水平達(dá)到規(guī)范內(nèi)平均照度值的1.5～2.5倍。（2）照明參數(shù)設(shè)定。為提高燈具光源的實(shí)際利用系數(shù)，對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)調(diào)整燈具安裝高度、傾斜角度、眩光系數(shù)等參數(shù)，合理選擇燈具的配光方式。例如，將燈具傾斜角度控制在5°～10°，將燈具間隔距離與高度的比值保持在3∶1～4∶1。

2.5 道路照明功率密度值校核

當(dāng)確認(rèn)該方案符合照明標(biāo)準(zhǔn)的要求后，需計(jì)算照明功率密度（LPD），參照《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表7.1.2機(jī)動(dòng)車道的照明功率密度限值（見表1），嚴(yán)格將計(jì)算值限制在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)。

表1 機(jī)動(dòng)車道的照明功率密度限值

3 結(jié)束語

綜上所述，為全面提高城市道路照明工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益，及早實(shí)現(xiàn)綠色照明、節(jié)約能源的發(fā)展目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)城市道路照明電氣設(shè)計(jì)期間存在的問題，及早轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，綜合采取設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，確保道路照明工程發(fā)揮出應(yīng)有效能。