郭百泉,孫鵬濤
中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司河南分公司,河南 鄭州 450000
城市道路照明兼具美觀性和實(shí)用性,是城市建設(shè)過程中保持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施。在城市道路照明電氣設(shè)計(jì)理念中,隨著綠色、環(huán)保、節(jié)能的理念不斷深入,讓城市道路照明電氣設(shè)計(jì)面臨更多的挑戰(zhàn)。在實(shí)現(xiàn)功能性和美觀性的基礎(chǔ)上,需要進(jìn)一步增加城市道路照明的社會(huì)價(jià)值。
現(xiàn)階段,在我國(guó)城市發(fā)展的過程中,城市道路照明電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)十分成熟,但在實(shí)際應(yīng)用中依然存在較多的問題。為了進(jìn)一步提升城市道路照明電氣設(shè)計(jì)的有效性,需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,提升城市建設(shè)的水平。
城市道路照明電氣系統(tǒng)會(huì)采用較長(zhǎng)的線路來擴(kuò)大其覆蓋范圍,當(dāng)線路變長(zhǎng)時(shí),線路自身的阻抗會(huì)導(dǎo)致電能在傳輸過程中出現(xiàn)浪費(fèi)的情況,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致線路自身的阻抗式電壓出現(xiàn)轉(zhuǎn)移或者不平穩(wěn)的現(xiàn)象,最終對(duì)城市道路照明的功能性和實(shí)用性造成較大影響?,F(xiàn)階段,我國(guó)城市道路照明電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中采用了脫扣器保護(hù)裝置,但在實(shí)際應(yīng)用過程中,其靈敏度無法確保城市道路照明電氣系統(tǒng)的有效運(yùn)行。一方面,照明電氣系統(tǒng)采用的線路多為單相接地線,電能輸送過程中很容易因?yàn)榫€路自身的損耗而出現(xiàn)電流過小的問題;另一方面,由于電流脫扣器的整定電流為額定電流的3倍,導(dǎo)致其無法正常提供繼電保護(hù)的功能。在電流脫扣器無法正常作用的情況下,線路自身的阻抗會(huì)導(dǎo)致線路發(fā)熱,進(jìn)一步提升線路的阻抗并引起電弧放電等安全問題,輕則導(dǎo)致城市道路照明電氣系統(tǒng)的故障,重則引起嚴(yán)重火災(zāi),對(duì)周邊區(qū)域的安全造成不良影響。
照明電氣系統(tǒng)在配電時(shí)采用三相跳接來確保三相平衡,但依然無法避免零序電流對(duì)系統(tǒng)造成的影響,同時(shí)也很難通過零序保護(hù)裝置來避免相關(guān)問題的產(chǎn)生。例如,在總長(zhǎng)為3.5 km的道路進(jìn)行照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),電壓的下降會(huì)直接引起道路照明質(zhì)量的下降,線路截面積的大小會(huì)直接影響線路電壓。若采用高壓鈉燈作為照明燈具,并使用電容進(jìn)行保護(hù),雖然可以有效降低無功電流,但對(duì)單相短路的識(shí)別效率會(huì)降低,極易引起電器短路等現(xiàn)象[1]。
隨著城市規(guī)模的快速擴(kuò)張,城市道路照明電氣系統(tǒng)的數(shù)量和規(guī)模也在迅速壯大,對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)的工作效率和工作質(zhì)量帶來了挑戰(zhàn)。照明電氣系統(tǒng)數(shù)量和規(guī)模的增加會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程面臨更加復(fù)雜的用電環(huán)境,極易造成各種各樣的問題,對(duì)電氣設(shè)計(jì)的質(zhì)量與穩(wěn)定性造成不良影響[2]。例如,在夏季和冬季區(qū)別較明顯的北方地區(qū),極端天氣的出現(xiàn)極易引起城市照明電氣系統(tǒng)的短路現(xiàn)象,在大風(fēng)、暴雨等環(huán)境下很容易使道路照明電氣系統(tǒng)的保護(hù)裝置無法正常工作,最終引起電氣短路。同時(shí),由于道路照明電氣系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜性,照明時(shí)間、電壓、電流等客觀因素均會(huì)對(duì)電氣系統(tǒng)造成不良影響。引起電氣短路現(xiàn)象的原因十分復(fù)雜,電氣短路會(huì)給道路照明電氣系統(tǒng)帶來巨大的安全隱患。
城市的擴(kuò)張與建設(shè)不是一蹴而就的,而是在不同的時(shí)間段,根據(jù)不同的城市需求進(jìn)行擴(kuò)張。因此,一個(gè)城市的道路照明電氣系統(tǒng)往往十分分散,彼此之間的聯(lián)系不緊密。同時(shí),受制于技術(shù)、區(qū)域等客觀因素,不同城市區(qū)域的道路照明電氣系統(tǒng)的合理性往往有較大的差別。在不同區(qū)域的道路照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念不同會(huì)導(dǎo)致道路照明電氣系統(tǒng)的側(cè)重方向不同。例如,有的設(shè)計(jì)人員會(huì)重視照明的質(zhì)量與效果,而有的設(shè)計(jì)人員更加重視照明電氣系統(tǒng)的覆蓋范圍。不同的設(shè)計(jì)理念及城市道路照明電氣系統(tǒng)面臨的復(fù)雜建設(shè)環(huán)境,導(dǎo)致照明電氣系統(tǒng)建設(shè)過程中的相互分離問題十分突出。在對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步完善的過程中,電纜線路的不匹配、燈具選用的差異等都會(huì)對(duì)照明效果、照明質(zhì)量造成不良影響,在無法體現(xiàn)設(shè)計(jì)合理性的同時(shí),也進(jìn)一步造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。例如,在擴(kuò)大道路照明電氣系統(tǒng)覆蓋范圍的過程中,如果忽視燈具、燈光的照度分布,很容易導(dǎo)致道路照明的照度不均勻。在夜間駕駛的過程中,不均勻的照度分布會(huì)導(dǎo)致駕駛員視野的閃爍與模糊,進(jìn)而給夜間行車帶來極大的安全隱患。
城市道路照明電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重心是保證夜間行人、行車道的安全。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中,若選擇不合理的燈具、不規(guī)則的照明分布,會(huì)對(duì)照明效果造成較大影響。其中,路燈眩光的問題比較常見,如果路燈燈具選擇不合理,導(dǎo)致照度分布不均,產(chǎn)生眩光,會(huì)引起駕駛員瞳孔收窄,使駕駛員無法全面掌握周邊環(huán)境并作出正確的駕駛行為。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計(jì)人員只考慮了照明的覆蓋范圍及照明的效果,而沒有考慮路燈照明對(duì)車輛駕駛?cè)藛T所帶來的不良影響。
城市道路照明電氣系統(tǒng)的應(yīng)用是為了滿足夜間行駛的需求,在實(shí)際應(yīng)用過程中,道路照明電氣系統(tǒng)的利用效率較低。特別是在北方的冬季,夜間的行人、車輛的總量會(huì)急劇減少。道路照明電氣系統(tǒng)若在沒有人員、車輛經(jīng)過的情況下一直保持照明狀態(tài),極易導(dǎo)致能源的浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)直接影響道路照明電氣系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用?,F(xiàn)階段,在城市發(fā)展的過程中,提倡生態(tài)化、節(jié)能城市的發(fā)展理念,無論是從城市道路照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃的合理性,還是從城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度,都需要解決城市道路照明電氣系統(tǒng)帶來的能源浪費(fèi)問題。
我國(guó)城市的發(fā)展速度具有明顯的地域特征,道路照明電氣系統(tǒng)也同樣,在不同的區(qū)域?qū)φ彰麟姎庀到y(tǒng)的利用情況有較大差別。例如,東部沿海區(qū)域的城市道路照明電氣系統(tǒng),由于夜間生活、工作較頻繁,照明電氣系統(tǒng)的利用效率極高;在西北欠發(fā)達(dá)區(qū)域,夜間社會(huì)活動(dòng)不頻繁,出行人數(shù)和道路車輛的數(shù)量較少,照明電氣系統(tǒng)的利用效率較低。
不同道路對(duì)照明電氣系統(tǒng)的需求也有較大的差別。即便是同一城市的道路照明電氣系統(tǒng),不同的街道對(duì)照明電氣系統(tǒng)的亮度、舒適度和質(zhì)量的要求都有較大差別[3]。例如,繁華街區(qū)的商業(yè)設(shè)施本身具有較明亮的夜景燈、招牌等,對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)的亮度要求不高。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中,繁華街區(qū)的道路照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往是城市規(guī)劃的重點(diǎn),導(dǎo)致繁華街區(qū)的道路照明電氣系統(tǒng)存在過度照明的現(xiàn)象,道路照明資源浪費(fèi)嚴(yán)重。相反,對(duì)偏僻街道的道路照明電氣系統(tǒng)的重視度不足,照明電氣系統(tǒng)亮度較低,無法滿足實(shí)際照明需求。
在城市道路照明規(guī)模、范圍擴(kuò)大的情況下,最直接的優(yōu)化手段是增加電纜線路的截面積,以減少線路自身的阻抗。但這種方式往往伴隨建設(shè)成本的增加,在實(shí)際使用中需要根據(jù)線路自身的電壓及線路的總長(zhǎng)和距離進(jìn)行合理選擇。同時(shí),也可以縮短電源與燈具之間的配電距離,通過減少配電距離的方式,減少線纜阻抗及臨時(shí)電阻對(duì)電路造成的不良影響。這種配電方式往往需要根據(jù)照明電氣系統(tǒng)周邊的變電站、電網(wǎng)的分布情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。
為了減少電氣短路的現(xiàn)象,需要合理調(diào)整電路導(dǎo)體載流量。需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理性對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì),并確保導(dǎo)體載流量不低于設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算電流;需要確保導(dǎo)體電流的大小可以使線路保護(hù)裝置正常工作,同時(shí)還需要重視在運(yùn)行過程中的導(dǎo)體電流,確保線路的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。線路電壓的設(shè)計(jì)需要滿足電路正常運(yùn)行的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)道路照明電氣系統(tǒng)的距離來計(jì)算電壓的分布情況。在采用斷路器進(jìn)行電氣保護(hù)時(shí),需要使用傳感器監(jiān)測(cè)線路的熱作用和機(jī)械作用,監(jiān)測(cè)線路的溫度、電流、電壓,以避免末端電流產(chǎn)生的瞬時(shí)電流對(duì)斷路器造成的不良影響,使斷路器能夠長(zhǎng)期在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。
在確保城市道路照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性的同時(shí),還需要進(jìn)一步地優(yōu)化施工方案及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。一方面,設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合周邊城市道路照明電氣系統(tǒng)的情況及對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)的實(shí)際需求,從經(jīng)濟(jì)性與合理性上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化;另一方面,設(shè)計(jì)人員需要與施工人員進(jìn)行有效的溝通,進(jìn)行全面、系統(tǒng)的設(shè)計(jì),確保區(qū)域照明電氣系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性,避免分離現(xiàn)象的產(chǎn)生。例如,使用節(jié)能變壓器、箱式變壓器擴(kuò)展城市道路照明電氣系統(tǒng)的配電容量,并與已存在的城市道路照明電氣系統(tǒng)共用配電線路和電源,以節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)的施工成本[4]。
燈具的合理選擇、布置可以減少道路照明的眩光問題[5]。在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中,一方面需要保證燈具的布置合理,不但需要滿足照度的需求,還需要合理設(shè)計(jì)光照的范圍,并在此基礎(chǔ)上選用發(fā)光效率較高、使用壽命較長(zhǎng)、具有較好顯色性的燈具。另一方面,設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)不同的照明需求選擇不同的燈具。例如,高壓照明燈的光線較柔和,可以有效避免眩光問題的產(chǎn)生,但其使用壽命較低,可以根據(jù)實(shí)際情況選擇壽命較長(zhǎng)的LED燈具,并采用合適的燈罩,確保光線的柔和舒適。在選擇合適的燈具的基礎(chǔ)上,需要合理設(shè)置燈具間距,同時(shí)控制燈具的安裝高度,從而有效提升光照的效果。
在城市道路照明電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,可以積極采用光源降壓、穩(wěn)壓等方式降低線路的損耗,并在不影響照明質(zhì)量的前提下,按照道路照明的實(shí)際需求提供符合標(biāo)準(zhǔn)的、較低的平均照度,從而減少能源的浪費(fèi)[6]。設(shè)計(jì)人員還可以從城市道路照明電氣系統(tǒng)的智能化建設(shè)入手,提升照明控制的精準(zhǔn)性和智能性,通過對(duì)行人、車輛數(shù)量的自動(dòng)檢測(cè),選擇不同的照明模式,在確保正常使用的基礎(chǔ)上,合理分配光照資源,從而達(dá)到節(jié)能的目的。需要加強(qiáng)新能源技術(shù)在城市道路照明電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用,一方面設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)區(qū)域的新能源應(yīng)用環(huán)境優(yōu)勢(shì)選擇不同的新能源。例如,自然光照較充足的區(qū)域可以采用光伏發(fā)電系統(tǒng),以滿足部分照明需求。另一方面,需要制定合理的新能源技術(shù)應(yīng)用方向,加強(qiáng)對(duì)照明設(shè)備的更新與改造,從而不斷提升城市道路照明電氣系統(tǒng)的水平。
不同的區(qū)域?qū)Φ缆氛彰鞯男枨笥休^大的差異,現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)道路照明的智能化和精準(zhǔn)化控制。相關(guān)人員可以采用傳感器技術(shù)統(tǒng)計(jì)、分析區(qū)段道路的使用情況,并根據(jù)實(shí)際的變動(dòng)情況合理分配道路照明資源,從而合理解決道路使用情況不均導(dǎo)致的能源浪費(fèi)現(xiàn)象;可以根據(jù)車輛、行人的行進(jìn)路線,智能開啟和關(guān)閉區(qū)段的道路照明電氣系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)道路照明電氣系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制,使道路照明與區(qū)域的照明需求精準(zhǔn)匹配,并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)區(qū)域道路照明電氣系統(tǒng)的統(tǒng)一管理,形成完整的城市照明電氣系統(tǒng)。采用精準(zhǔn)有效的智能照明控制手段,可以提升道路照明的利用效率,從而滿足智慧化與節(jié)能發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。
綜上所述,城市道路照明電氣系統(tǒng)對(duì)于擴(kuò)展城市的夜間功能、確保人們夜間生活的品質(zhì)有積極作用。雖然我國(guó)城市道路照明電氣設(shè)計(jì)技術(shù)目前已經(jīng)較成熟,但隨著技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)發(fā)展形勢(shì)的變化,在城市道路照明電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)照明質(zhì)量、能源節(jié)約、智能化技術(shù)的研究。在應(yīng)用新型技術(shù)的基礎(chǔ)上,需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)城市道路照明電氣系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的優(yōu)化和調(diào)整,使其能夠精準(zhǔn)滿足城市道路照明的需求,為城市夜間的社會(huì)行動(dòng)提供可靠的照明服務(wù),從而推進(jìn)城市與社會(huì)的快速發(fā)展。