小議普通照明設(shè)計(jì)電纜電壓降簡(jiǎn)便算法

史金春

摘要：室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明具有配電線路長(zhǎng)的特點(diǎn)，電纜截面選擇除考慮保護(hù)性配合、敷設(shè)方式、敷設(shè)環(huán)境修正等因素外，還需要對(duì)其電壓降進(jìn)行校驗(yàn)。在進(jìn)行電力室外工程設(shè)計(jì)時(shí)，電力電纜的電壓降通常采用第四版《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查表法，即綜合考慮末端負(fù)荷計(jì)算電流、線路長(zhǎng)度、功率因數(shù)和三相（單相）線路每1A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù)，%/A·km。照明設(shè)計(jì)通常每個(gè)燈具容量相等，布置間距也相等，在普通電力電壓降計(jì)算方法基礎(chǔ)上可結(jié)合自身特點(diǎn)推導(dǎo)出簡(jiǎn)便電壓降計(jì)算方法，且通過(guò)此方法計(jì)算出的電纜截面要小于普通電力電壓降算法，利于節(jié)省金屬材料。

關(guān)鍵詞：照明設(shè)計(jì)、電壓降、電壓損失百分?jǐn)?shù)

一、照明電壓偏差要求

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052、《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034和《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45中對(duì)照明電壓偏差允許值規(guī)定整理如表1所示。

可知一般場(chǎng)所照明電壓偏差允許值為+5%～-10%，工程上為方便計(jì)算，從配電變壓器二次側(cè)母線算起供給有照明負(fù)荷的低壓線路允許電壓降為3%～5%，考慮從變電所低壓側(cè)至照明配電箱線路壓降，從照明配電箱至末端負(fù)荷線路壓降可按3%計(jì)算。

二、照明線路電壓降計(jì)算

第四版《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中線路電壓降計(jì)算提供了兩種方法：公式計(jì)算法和查表法。

（1）公式計(jì)算法。室內(nèi)大空間照明和綜合管廊安全低電壓照明通常為單相負(fù)荷，室外路燈通常按三相負(fù)荷考慮，二者常用的電壓降計(jì)算公式如表2所示。

（2）查表法。在工程應(yīng)用中，線路電壓降計(jì)算通常采用查表法，由表2中公式可知，接相電壓的單相負(fù)荷線路電壓降為三相平衡負(fù)荷線路電壓降的2倍。在配電手冊(cè)中僅提供三相電力線路的電壓降表格，室外路燈三相配電時(shí)可以直接套用表格中數(shù)據(jù)，室內(nèi)大空間照明和綜合管廊安全低電壓照明等單相負(fù)荷電壓降計(jì)算時(shí)可以按三相負(fù)荷考慮，然后取2倍即可。

根據(jù)公式 （三相平衡負(fù)荷線路），結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)針對(duì)不同電纜截面、功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)得出三相線路每1A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù)，整理成表格即為《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版表9.4-19，1kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜用于三相380V系統(tǒng)的電壓降，本文截選部分表格如下。

我們根據(jù)查表法計(jì)算室內(nèi)大空間照明線路電壓降，假設(shè)照明供電電源為單相220V，計(jì)算電流17A，距離80m（配電箱至首端燈具線路長(zhǎng)度40m，首端至末端燈具線路長(zhǎng)度40m），功率因數(shù)0.9，允許壓降值3%，根據(jù)公式得出 ，代入數(shù)據(jù)，結(jié)合上述表格可知選擇電纜截面應(yīng)為10mm?。

三、照明線路電壓降簡(jiǎn)便算法

設(shè)計(jì)中采用上述方法計(jì)算電壓降選擇電纜截面可行，但計(jì)算的電纜截面偏大，造成浪費(fèi)，下面分析一個(gè)簡(jiǎn)單可行的照明線路電壓降計(jì)算方法：計(jì)算電流取供電回路所有燈具的總計(jì)算電流，線路長(zhǎng)度為配電箱到負(fù)荷中心，然后再用上述查表法計(jì)算。通常室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明設(shè)計(jì)時(shí)燈具均布，如圖1所示。

設(shè)O處為照明配電箱，此類(lèi)型照明設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）供電電壓為220V或36V;

（2）每個(gè)燈具容量相等，為便于計(jì)算取單燈計(jì)算電流為1A;

（3）燈具間距離近似相等，設(shè)兩燈之間線纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，配電箱至首端燈線纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)1;

（4）照明配電箱至末端燈具電纜等截面。設(shè)計(jì)中我們通常不會(huì)改變線纜截面，燈具自帶接線忽略不計(jì)。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版P866頁(yè)表9.4-3接相電壓的單相負(fù)荷線路計(jì)算公式及歐姆定律，我們知道供配電系統(tǒng)中電壓降是隨著負(fù)荷電流的變化在變化的，即電壓降是一段一段的，我們將上圖分段考慮并計(jì)算線路電壓降。

（1）CD段線路壓降為2△ua%·L2·1A;

（2）BC段線路壓降為2△ua%·L2·2A;

（3）AB段線路壓降為2△ua%·L2·3A;

（4）OA段線路壓降為2△ua%·L1·4A;

整段線路OD壓降：

合并同類(lèi)項(xiàng)后

我們?nèi)∈啄艟呔€路中點(diǎn)（如圖中實(shí)心圓點(diǎn)所示），可知A點(diǎn)到實(shí)心圓點(diǎn)間距離為L(zhǎng)2+L2/2=3·L2/2，將此數(shù)代入到公式1-1中得

從公式1-2中證明了通常照明設(shè)計(jì)時(shí)，配電線路電壓降計(jì)算中線路長(zhǎng)度可取配電箱到負(fù)荷中心，而不是配電點(diǎn)到負(fù)荷末端。將此結(jié)論應(yīng)用到上文舉例中，可知線路長(zhǎng)度為60m，代入公式，結(jié)合《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版表9.4-19可知選擇截面為6mm?即可滿足要求。

當(dāng)然上述結(jié)論是有前提條件的，如文中所示，若負(fù)荷間距、容量差別較大，則需要分段計(jì)算。

此結(jié)論亦可應(yīng)用到室外路燈電纜截面壓降計(jì)算中，一般路燈供電回路如下所示：

就整條線路而言，路燈均勻分布在三相上，可近似認(rèn)為三相負(fù)荷平衡，可按配四表9.4-3中三相平衡負(fù)荷線路相關(guān)公式計(jì)算壓降。

同樣此結(jié)論也可應(yīng)用在室外綜合管廊及隧道照明設(shè)計(jì)中，此類(lèi)工程照明電壓等級(jí)多為安全電壓交流36V，壓降計(jì)算方法參考本文中交流220V照明供電計(jì)算方法。

四、結(jié)語(yǔ)

在室外路燈照明、高大空間照明、室外綜合管廊照明設(shè)計(jì)中，若選取的線纜長(zhǎng)度為配電點(diǎn)至負(fù)荷末端，計(jì)算得出的電壓降百分?jǐn)?shù)要比按線路從配電點(diǎn)至負(fù)荷中心大，由此可能不滿足規(guī)范對(duì)電壓偏差和電壓降的要求而需要放大一級(jí)電纜截面，造成有色金屬浪費(fèi)。

本文首先結(jié)合規(guī)范要求提出實(shí)際設(shè)計(jì)中照明端電壓偏差要求，然后分別敘述《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版電壓降公式計(jì)算法和查表法，提出設(shè)計(jì)中電纜電壓降簡(jiǎn)便算法，并給出分析過(guò)程，最后結(jié)合同一實(shí)例證明簡(jiǎn)便方法相比普通電壓降算法對(duì)電纜截面選擇具有優(yōu)化意義。

參考文獻(xiàn)：

1.淺析道路照明工程低壓配電電纜截面選擇，白敬中，《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》

2.《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009

3.《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司