道路照明供配电设计

道路照明供配电设计

来源：互联网 时间：2012-08-17

室外照明设计中较为常见的就是道路及广场、石化企业露天工艺装置等场地照明，其功能就是保证黑暗时的人员安全，满足重要视觉功能的极限要求，减小参与者的恐惧感，维护公共秩序。作为道路照明设计的重要组成部分——供配电系统，国家规范对设计已作出明确要求。但不同使用范围的道路照明，如城市道路、工矿企业厂区道路和住宅小区道路等，其供配电系统的设计是有所区别的，设计规范中却没有具体的规定，尤其是接地故障保护的内容，对室内供配电线路，如住宅等的保护配置却非常具体，如插座回路设30mA漏电保护；上下级通过电流值配合外，也通过时限配合。因此，有必要根据不同的技术条件，对道路照明的供配电系统设计提出下面的补充。

一、电源线路

　　由于低压供电具有工程量小、投资少等优势，目前，我国绝大部分的路灯都是采用低压供电。根据我国电力供应情况和不同场所的使用要求，国家规范对照明电源的电压偏差作出了规定，为保证光源寿命，路灯的端电压不得高于其额定电压的105％。在《工业企业照明设计标准》GB50034－92中，对工矿企业厂区道路的要求是电压不低于额定值的90％。而城市道路照明根据《城市道路照明设计标准》GJJ45－91的要求，从供电可靠性和节省能源的角度出发，采用10KV配电线路的上接道路照明专用变压器供电为宜，其最佳负载系数为70％，对照明线路的末端电压要求同上；对于从公用变压器上供电的道路照明线路，其末端电压不得低于额定值的95％。因此，在设计道路照明供配电线路时，应针对不同的技术条件，进行线路的电压损失计算，使得供配电网络在符合规划的前提下，线路具有一定的裕度，末端电压满足上述要求，且线路截面经济合理。

　　随着经济建设的发展，道路照明采用地下直埋电缆已是最常见的敷设方法，配电线路直埋的优势非常明显，散热好、截流能力高，且由于电缆各芯间的分布电容并联在线路上，可提高自然功率因数同时不受气候影响，外力破坏减少，提高供电可靠性。所以，国家规范规定在技术经济条件允许的情况下，采用地下电缆对道路照明供电。另外，从节能的角度，道路照明灯具采用气体放电灯较多，对三相四线供电线路的中性线截面应按最大一相电流选择。

　　在实际设计过程中，对于路灯线路的校验常采用负荷力矩表进行简化计算，现行设计手册中负荷力矩表对电缆直埋的情况列出较少，尤其是近年来广泛运用的交联电缆。相对于其它线路，电缆的价格较高，因此，选择合理的电缆型号就显得尤为重要，在道路照明的供电网络中，路灯负荷是间隔一定距离且基本均匀地分布在线路上的，对于其末端的电压降采用负荷力矩表计算显然不够准确，尤其是在计算机软件技术迅速发展的今天，采用人工计算的方法已不能适应现代工程设计，据笔者所知，在通常运用的电气计算软件中，对照明配电网络的分析计算可以根据不同环境条件，简单迅速地验算线路末端的电压损失，尤其在采用高强气体放电灯，还应按起动和再起动特性，检验线路的电压损失值。所以，对于道路照明的配电线路，尤其是距离电源较远的末端负荷，在确定具体选用的线路及敷设方式后，结合环境条件应进行必要的分析计算，以优化道路照明供配电线路的设计，确保供电可靠性和灯具使用寿命。

二、线路保护措施

　　由于易受室外露天环境因素，如：昼夜温差、风吹和日晒雨淋等的影响，道路照明装置和线路容易发生故障，所以为限故障范围，国家规范要求每套路灯均装设单独的熔断器保护，供电线路上也应装设相应的保护，但没有具体说明。《低压配电设计规范》GB50054－95中对配电线路的一般要求是短路保护和过负荷保护，室外照明线路对过负荷保护不作要求，但是，对于爆炸和火灾危险场所的线路却应装设过负荷保护，以防止因绝缘故障而产生过高的温升。

　　现行的国家规范已逐步与IEC标准一致，按照以人为本的观点，供配电线路必须安全，因此，对电气设施防止直接接触和间接接触和要求就更为严格。除了设置短路和过负荷保护以保证照明设备的安全外，从人员的安全角度，还应采取接地故障保护。接地故障是指相线对地或与地有联系的导电体之间的短路，对于地下敷设的电缆线路，常见的是因电气绝缘损坏，导致相线与PE/PEN线、外露可导电部分和大地之间发生短路，在路灯外部可导电部分和大地之间发生短路，在路灯外部可导电部分与地或其它接地的可导电部分间形成故障电压，使人员遭受电击或产生火花引起火灾、爆炸。防止这类事故的措施是：缩短切断故障的时间和降低预期接触电压。前者通过正确地选择和整定线路保护电器完成，后者则借接地和相邻设备外露可导电部分的等电位联结来实现。由于接地故障保护比较复杂，且保护方式与接地形式和故障回路阻抗有关，下面按照常用的TN接地系统，对于不同场合的道路照明，阐述供配电线路接地故障保护措施和设置和整定。

　　1.TN－S系统

　　由于电源点与路灯之间设置专用保护线PE，外露可导电部分要求与其作电气连接，相——零短路或中性线电位偏移的对地电位不会在PE线上体现，设置接地故障保护的目的主要是防止地下电缆线路的的绝缘损坏，通常利用保护电器的过电流保护兼作但灵敏度不高，应按下式进行校验：

　　R——故障电流通过路灯外露可导电部分与电源点之间产生的电压降，引起接触电压的一段线路的电阻

　　I——切断故障线路时间不超过5s的保护电器运作电流

　　当上述要求不能满足时，国家规范从我国现有技术水平和经济条件等因素出发，规定如果零序保护灵敏度足够，则可以采用，此时保护整定值需躲过线路的不平衡电流。由于零序保护与漏电电流动作保护以下简称漏电保护　相比灵敏度不够高，IEC标准也未列入，所以，采用漏电保护最为有效。

　　对于城市道路照明系统。由于配电线路较长，截面较小，接地故障电流往往不足以使过电流保护动作，加之缺乏专业的运行维护管理，在电源点设置漏电保护最为可行。漏电保护不动作值的优先值为额定动作电流IΔN的0.5倍，由于该保护为线路和所有照明灯具共用，所以保护电器的漏电保护IΔN应大于正常运行时线路和路灯泄漏电流总和的2倍。电缆的泄漏的电流是由线路对地分布电容决定，单相电缆泄漏电流可按22mA/km估算；三相电缆线路在电源电压平衡和三相对地分布电容相等的情况下，泄漏电流接近于零，但实际运用中，系统电压不可能完全平衡，各相分布电容也不相等，且存在不对称运行情况，所以，三相电缆仍然可按22mA/km考虑。而路灯则可按1mA/套计算，因此，道路照明的正常泄漏电流通常是大于30mA级这一防止人员直接接触的漏电保护值的，路灯设施一般的安装高度是可以防止直接接触的，这样，漏电保护的IΔN可按间接接触保护，同时考虑到其接地短路火灾的保护要求IΔN500mA，但不应利用其上限，最佳保护作用是由IΔN300mA的漏电保护实现的，所以按《剩余电流动作保护器的一般要求》GB6829－95的规定，额定漏电动作电流的优先值要求，IΔN=300mA较为合理。

　　对于工矿企业厂区道路照明，通常是与其它负荷共用变压器，可以根据设计手册提供的变压器低压侧出口处的接地故障电流值和线路型号，计算出采用过电流保护兼作接地故障保护时允许的线路长度，若某一线路实际长度大于该计算值，则设置IΔN=300mA的漏电保护；在允许长度内的线路则不必装设。

　　对于住宅小区、商场、宾馆等民用建筑的道路照明，采用庭院灯、草坪灯较多，且配电线路相对较短，从用户安全的角度考虑，建议设置IΔN=300mA的漏电保护，以防止直接触电。

　　2.TN－C系统

　　配电系统采用TN－C系统，则保护线与中性线共用，路灯的外部可导电部分必须直接与PEN线相连，即照明设备的PE线和N线是独立与PEC线相连的。道路照明以单相负荷为主，采用三相四线的供电方式。当PEN线发生断裂事故时，路灯外露部分带220V相电压，且该故障难以及时发现，所以，更增加了其危险性。根据国外经验，只能通过提高PEN线的机械强度和加强保护措施来克服，IEN/TC64对于减小PEN线截面的要求较为严格，规定只有采用同心型电缆我国称为同心中性线电缆　且PEN线接线端子为双重连接时，允许减小PEN线截面，但不得小于 4mm2。

　　另外，TN－C系统中，PEN线是严禁断开的，若装设接地故障保护电器，只能断开相线，即只能装设三级/单极开关，而线路的相－零短路也转为接地故障，保护动作后，故障类型难以判断。当发生相－零短路或中性线电位偏移引起的路灯外露导电部分电位升高，有可能导致检修人员间接触电的危险，所以，国外有规范规定不允许在TN－C系统的供配电线路上设置接地故障电流保护。

　　《低压配电设计规范》中要求漏电保护器检测元件应安装在PE线与N线分开处，对于道路照明显然无法做到。所以，笔者认为可以按下面的经验公式，计算出由过电流保护兼作接地故障保护时，线路的允许长度Lmax

　　Sph——故障回路电缆或导线的相线截面mm2　；

　　M——故障回路电缆或导线相线截面与PEN线截面之比；

　　Ia——自动切断故障回路保护的动作电流A　。故障回路断路器过电流保护整定值乘以1.3；微型断路器取脱扣器瞬时动作保护整定值；塑壳断路器取短延时动作保护整定值。

　　ρ——导体电阻率Ω?mm2/m　；

　　Up——系统对地标称电压，取230V。

　　对于在Imax范围以内的照明线路，可采用TN－C接地系统，不设漏电保护。城市道路照明通常线路较长，建议均采用TN－S系统；工矿企业道路照明线路长度超过Imax时，接地采用TN－S系统，其保护要求如前所述，应注意的是：若线路在爆炸危险1区或火灾危险10区内，则只能采用TN－S系统，设置IΔN=300mA的漏电保护；而住宅小区、商场、宾馆等民用建筑的道路照明，线路相对较短，且可以通过适当增大线路截面提高单相接地故障电流值，通常能满足过电流保护兼作接地故障保护的要求，但考虑到这类照明安装高度较低，运行时疏于维护管理，因此建议采用TN－S系统，设置IΔN=300mA的漏电保护。

　　需要强调的是：接地故障保护通过保护电器自动切断故障回路而达到保护要求，除保护电器本身的质量外，设计、施工和维护管理工作中的任一差错都可能导致保护失败，漏电保护器动作灵敏，但也有误动、拒动和失效的可能，所以这类保护并不是一项可靠的电气安全措施，且不能防止外部危险电压的窜入。当道路照明出线中有低压架空电源线路时，在TN－S系统的相线、零线和TN－C系统的相线上还应装设避雷器。因此，各种安全措施应结合使用，相辅相成，以获得最大安全效果。

三、控制系统

　　路灯控制主要采用光电控制和石英钟、时间开关控制，前者有误动的可能，后者随季节需进行时间调整。新型的控制继电器也称为逻辑模块　通过合理地设计梯形和功能图，可以满足道路照明的控制要求，其输入端有开关量和模拟量，输出回路4－12个，既可以根据光电信号对4－12个三相/单相路灯回路通过接触器进行控制，也可以根据其内部的时钟和4个定时器对输出回路分别控制，运行方式极为灵活。这种控制继电器抗干扰能力强，体积与三极微型断路器相近，可在配电箱内安装，外部接线简单，另外在继电器的液晶显示屏上可直接修改控制逻辑。对于道路照明的控制而言，是一种简单、经济而可靠的方法。

   综上所述，我国的电气标准规范通过逐步与IEC标准的统一已得到提高，仍存在内容不完善、安全水平不高、标准规范不协调等问题，在供配电系统的设计中，对室外照明的供配电线路未作接地故障保护的具体要求是不妥的，因此除严格地遵循规范要求外，按照道路照明的具体情况，应将电气安全和节约投资统一考虑，以作出最为合理的设计方案。