城市道路照明電氣設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題探討

李建云

摘 要:針對(duì)城市道路照明電氣設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題,如長(zhǎng)距離配電保護(hù),電纜截面選擇,燈具選擇,配電設(shè)備選擇等問(wèn)題進(jìn)行探討,通過(guò)實(shí)例計(jì)算,深入說(shuō)明照明電氣計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中的重要性,對(duì)今后電氣設(shè)計(jì)工作有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞:單相短路短路容量斷路器箱式變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)光源

中圖分類(lèi)號(hào):TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(a)-0123-02

改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)的城市照明發(fā)展很快,對(duì)完善城市功能,改善城市環(huán)境,提高人民生活水平發(fā)揮了積極作用。作為城市道路照明設(shè)計(jì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2006對(duì)照明標(biāo)準(zhǔn)、光源和燈具的選擇、照明設(shè)計(jì)、照明供電和控制以及節(jié)能措施等方面做了較詳盡的規(guī)定和要求,標(biāo)準(zhǔn)提出“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源、維修方便”五項(xiàng)設(shè)計(jì)原則。本文就城市道路照明電氣設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題的探討對(duì)修訂工作能起到一點(diǎn)幫助。

1電纜選擇—— 電壓降引起的照明質(zhì)量下降與單相短路電流不滿(mǎn)足電氣保護(hù)靈敏度要求對(duì)電纜截面選擇孰輕孰重。

(1)在道路照明配電中,由于配電線(xiàn)路較長(zhǎng),配電線(xiàn)路零序阻抗較大,同時(shí)引起電壓偏移和單相接地(零)短路電流相對(duì)較小兩個(gè)問(wèn)題。電壓偏移將對(duì)照明質(zhì)量產(chǎn)生直接影響,根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,燈具的端電壓允許電壓偏移值不超過(guò)額定電壓的105％,對(duì)于道路照明,低壓照明線(xiàn)路的末端電壓不應(yīng)低于額定電壓的90%或不應(yīng)低于始端電壓的95%。而對(duì)于單相接地(零)短路電流相對(duì)較小的問(wèn)題,現(xiàn)有的熱磁式自動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器的整定電流值一般較難滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作的靈敏性要求。單相電流短路危害電流危害,主要在于短路電流小,使得電氣保護(hù)元件不能技術(shù)切斷短路電流,從而造成電纜發(fā)熱燃燒,甚至產(chǎn)生局部電弧放電引起火災(zāi),嚴(yán)重危害電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。所以合理選擇電纜配電長(zhǎng)度和電纜截面,對(duì)于路燈照明供電設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

由于單相接地電流較小,現(xiàn)有的熱磁式斷路器瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器的整定電流值最小為3倍脫扣器額定電流,一般較難滿(mǎn)足靈敏性的要求。如用過(guò)電流長(zhǎng)延時(shí)脫扣器做后備保護(hù),容易使電纜長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流,輕則燒毀電纜,重則引起火災(zāi)。由于道路配電屬于單相配電,即使配電中盡量使三相平衡,零序電流仍較大,也不能使用另加零序保護(hù)裝置的措施。按“JB1284－73”的規(guī)定,非選擇型配電用斷路器的瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器的整定電流值為10倍脫扣器額定電流(可調(diào)式為3～10倍),只具有瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器的斷路器,其脫扣器整定電流值為1～3倍或3～8倍脫扣器額定電流。遺憾的是,至今尚未查到如上面規(guī)定提到的只具有瞬時(shí)過(guò)電流脫扣器的熱磁式斷路器產(chǎn)品,包括像ABB,Schneider,Moeller等國(guó)外大公司也無(wú)此類(lèi)產(chǎn)品。目前解決這個(gè)問(wèn)題的辦法:(1)加大電纜截面,降低配電線(xiàn)路的零序電阻和電抗,一般道路照明設(shè)計(jì)中,線(xiàn)路電壓降都能滿(mǎn)足規(guī)范要求,在不影響投資和施工難度的情況下,這不失為一個(gè)好辦法。(2)使用電子式脫扣器,其保護(hù)短路時(shí)磁脫扣可最小做到1.5倍脫扣器額定電流。能滿(mǎn)足保護(hù)要求。(3)減小配電距離,以滿(mǎn)足電氣保護(hù)可靠性,具體做法可參照根據(jù)單相短路電流確定配電最小距離的相關(guān)資料。

(2)電壓降計(jì)算。在長(zhǎng)距離配電設(shè)計(jì)中,電壓降引起的照明質(zhì)量下降與單相短路電流電氣保護(hù)靈敏度要求相比,對(duì)電纜截面選擇決定性的影響也較大。如果考慮高壓鈉燈加裝電容器進(jìn)行無(wú)功功率就地補(bǔ)償,單相短路電流電氣保護(hù)靈敏度要求的問(wèn)題尤其突出。所以,二者統(tǒng)籌合理,才能做到設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理。

2配電設(shè)備選擇

(1)短路電流與計(jì)算電流相結(jié)合,同時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,正確選擇配電斷路器。

現(xiàn)在一般道路大多采用斷路器保護(hù),本文也只考慮斷路器保護(hù)。對(duì)于道路照明配電斷路器的選擇,主要應(yīng)結(jié)合短路電流與計(jì)算電流進(jìn)行選擇。

通常,道路照明供電電源由電力公網(wǎng)引高壓電源到照明專(zhuān)用變壓器,變壓器的容量不大,一般在80kVA～250kVA之間,即使高壓電力系統(tǒng)短路容量按照無(wú)限大考慮,變壓器低壓側(cè)短路電流也不大。假設(shè)以下兩個(gè)條件:1.10kV側(cè)線(xiàn)纜阻抗忽略不計(jì),短路容量無(wú)窮大,這樣短路電流大小僅取決于前級(jí)變壓器容量的大小。2.04kV側(cè)的變壓器保護(hù)主斷路器和低壓母線(xiàn)上的阻抗也不加考慮,使低壓母線(xiàn)三相短路電流也僅取決于10/0.4kV變壓器容量的大小。低壓側(cè)短路電流可按下式估算。

Id=100Ie/Uk%其中Ie=Se/(1.732xUe)

計(jì)算結(jié)果如表1。

根據(jù)短路電流,在滿(mǎn)足電氣保護(hù)的要求下,合理選擇斷續(xù)器類(lèi)型,如適當(dāng)選用微型斷路器,而不是一味采用塑殼斷路器,可以大大節(jié)省設(shè)備投資。

(2)美式箱變與歐式箱變的選擇及注意的問(wèn)題。

道路照明配電中心多采用箱式變電站,它們具有成套性強(qiáng)、體積小、占地少,能深入負(fù)荷中心、提高供電質(zhì)量、減少線(xiàn)路損耗,縮短送電周期,選址靈活、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),且能美化城市環(huán)境、安裝方便、運(yùn)行可靠及投資少、見(jiàn)效快等一系列優(yōu)點(diǎn),所以組合式變壓器有著廣闊的使用范圍,是城市建設(shè)的必需設(shè)備?，F(xiàn)今箱式變電站主要分兩類(lèi):組合裝置型(又稱(chēng)歐式箱變)和一體型(又稱(chēng)美式箱變)。

歐式箱變是將變壓器及普通的高壓電器設(shè)備裝于同一個(gè)金屬外殼箱體中,變壓器室溫很高,引起散熱困難,影響出力;另一方面歐式箱變?cè)谙潴w中采用普通的高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器、低壓開(kāi)關(guān)柜,所以歐式箱變體積較大。美式箱變與歐式箱變結(jié)構(gòu)上不一樣。從布置上看,其低壓室、變壓器室、高壓室不是目字型布置,而是品字型布置。從結(jié)構(gòu)上看,美式箱變分為前、后兩部分:前面為高、低壓操作間隔,操作間隔內(nèi)包括高低壓接線(xiàn)端子,負(fù)荷開(kāi)關(guān)操作柄,無(wú)載調(diào)壓分節(jié)開(kāi)關(guān),插入式熔斷器,油位計(jì)等;后部為注油箱及散熱片,將變壓器繞組、鐵芯、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器放入變壓器油箱中。避雷器也采用油浸式金屬氧化物避雷器。變壓器取消油枕,采取油加氣隙體積恒定原則設(shè)計(jì)密封式油箱,油箱及散熱器暴露在空氣中,沒(méi)有散熱困難。低壓斷路器采用塑殼斷路器作為主斷路器及出線(xiàn)斷路器。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,美式箱變的占地面積和體積大大減小,由于其體積很小再加上只是一側(cè)開(kāi)門(mén),其所需占地面積僅是歐式箱變的1/4,體積僅為同容量歐式箱變的1/5～1/3。國(guó)產(chǎn)化美式箱變?cè)诘蛪簜?cè)加裝低壓配電柜,增加低壓保護(hù)及計(jì)量方式功能,更能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)用戶(hù)的需要。所以使用這種箱變的場(chǎng)合也越來(lái)越多。

由于箱式變長(zhǎng)期處于太陽(yáng)的直曬下,影響塑殼斷路器的散熱,使得斷路器不能正常開(kāi)斷負(fù)載及短路電流,易引發(fā)高壓側(cè)故障。所以室外使用箱式變時(shí)布置位置也需要設(shè)計(jì)注意。

3燈具光源選擇

目前道路照明中較多采用的是高壓鈉燈,它光效高(100lm/W),黃光透霧性好,視覺(jué)敏銳度也較高。由于道路照明的亮度一般為1～2cd/m2。對(duì)眼睛來(lái)說(shuō)是處于中間視覺(jué)狀態(tài)。此時(shí)視網(wǎng)膜桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞同時(shí)起作用。若采用白色的金鹵燈(短波光線(xiàn)多)照明有助于邊緣視覺(jué)(桿體細(xì)胞為主)發(fā)揮作用,對(duì)周?chē)h(huán)境的視覺(jué)信息靈敏度高。近年來(lái),隨著制燈工業(yè)的進(jìn)步,金鹵燈光效日益提高(>100lm/W),壽命已達(dá)到上萬(wàn)小時(shí),且它的顯色性好,故在道路照明中應(yīng)用已日益增多。特別是居住區(qū)內(nèi)的道路采用小功率金鹵燈照明已相當(dāng)普遍。市中心,商業(yè)區(qū)等對(duì)顏色識(shí)別要求高的道路也宜采用金鹵燈。

光源的選擇不能簡(jiǎn)單化,單一化,要貫徹以人文本的設(shè)計(jì)思想,結(jié)合具體工程情況,合理正確選擇光源。

4照明控制的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)中涉及照明的控制只有三條內(nèi)容,能滿(mǎn)足照明控制基本要求,但已不能適應(yīng)現(xiàn)今技術(shù)發(fā)展要求。城市照明的管理水平,應(yīng)該隨技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展同步發(fā)展,逐步完善管理,可以節(jié)約降耗,節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。建立道路路燈照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)該是城市公共市政管理的必然要求。道路路燈照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合了現(xiàn)代化的通訊手段、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)的控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)道路路燈照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制,系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)情況靈活擴(kuò)充,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊的景觀照明、建筑泛光照明等照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,從而實(shí)時(shí)掌握照明系統(tǒng)運(yùn)行狀況,快速發(fā)現(xiàn)照明系統(tǒng)故障,提高照明系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。通過(guò)GPRS/GSM、無(wú)線(xiàn)電臺(tái)、ADSL、CDPD、光纖以太網(wǎng)等多種通訊方式,實(shí)現(xiàn)各配電中心的聯(lián)網(wǎng),滿(mǎn)足中心調(diào)度監(jiān)控功能。

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