城市道路照明設(shè)計(jì)淺析

李嬌

（惠州市廣業(yè)市政工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東惠州 516000）

1 市政道路實(shí)際案例

某新建市政道路位于某新開發(fā)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，路線總長約800 m，城市次干路，雙向4車道，道路紅線寬26 m，道路組成形式為非機(jī)動(dòng)車道（1.5 m）+人行道（2.5 m）+樹池帶（1.5 m）+機(jī)動(dòng)車道（7.5 m）+機(jī)動(dòng)車道（7.5 m）+樹池帶（1.5 m）+人行道（2.5 m）+非機(jī)動(dòng)車道（1.5 m）=26 m。

2 路燈高度及間距計(jì)算

1）市政道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，需首先考慮合理的布燈方式，常見的布燈方式為雙側(cè)對稱布置、雙側(cè)交錯(cuò)布置、單側(cè)布置、中心對稱布置等，案例中市政道路機(jī)動(dòng)車道寬度為15 m，無中分帶，無法按中心對稱布置；若采用單側(cè)布置，對側(cè)人行道照度難以滿足要求，因此，可采用雙側(cè)對稱布置或者雙側(cè)交錯(cuò)布置，考慮到交錯(cuò)布置均勻度效果差，且擬建項(xiàng)目位于工業(yè)區(qū)，周邊輔助照明設(shè)施少，推薦采用均勻度效果較好的雙側(cè)對稱布置。

2）路燈采用雙側(cè)布置時(shí)，道路的有效寬度為實(shí)際路寬減去兩個(gè)懸挑長度，懸挑長度為燈具的光中心至臨近一側(cè)緣石的水平距離，即燈具伸出或縮進(jìn)緣石的水平距離。擬建項(xiàng)目的單側(cè)機(jī)動(dòng)車道寬度為7.5 m，懸挑長度暫定為1 m，計(jì)算出桿高后，可以結(jié)合桿高做適當(dāng)調(diào)整，由此計(jì)算出道路有效寬度Weff=15-2.0=13 m。

3）道路照明燈具根據(jù)其配光形式分為截光型、半截光型、非截光型三類。截光型燈具的最大光強(qiáng)方向與燈具垂直向下垂直軸夾角在0～65°；半截光型燈具的最大光強(qiáng)方向與燈具垂直向下的垂直軸夾角在0～75°；非截光型的燈具最大光強(qiáng)方向不受限制。截光型、半截光型、非截光型主要是針對眩光系數(shù)，截光型燈具由于光的橫向延伸受到抑制，致使道路周圍地區(qū)變暗，幾乎感覺不到眩光，同時(shí)可以獲得較高的路面亮度和亮度均勻度，適合主干道。半截光型有少量眩光，適合非主干道。非截光型燈具主要指一些漫射性的庭院燈或者人行道的裝飾燈，適合庭院照明或者人行道照明。擬建項(xiàng)目為次干路，本次推薦選用半截光型燈具。

4）當(dāng)采用半截光型燈具、雙側(cè)對稱布置路燈時(shí)，路燈安裝高度（光中心至路面的垂直距離）H≥0.6Weff=0.6×13=7.8 m，安裝高度選擇宜為8～9 m。由于路燈的安裝間距與安裝高度成正比，選用大的安裝高度可以適當(dāng)拉大安裝間距，以節(jié)約工程投資，綜合以上因素考慮，本次推薦安裝高度采用9 m。

5）考慮到案例項(xiàng)目的單側(cè)人行道及非機(jī)動(dòng)車道寬度為1.5+2.5+1.5=5.5 m，靠機(jī)動(dòng)車道側(cè)燈具輻射無法滿足人行道非機(jī)動(dòng)車道照度要求，需設(shè)置人行道側(cè)路燈，安裝高度需與機(jī)動(dòng)車道側(cè)燈具協(xié)調(diào)，本次推薦采用6 m安裝高度。

6）當(dāng)采用半截光型燈具、雙側(cè)對稱布置路燈時(shí)，路燈安裝間距S≤3.5H=3.5×9=31.5 m，本次安裝間距取30 m。路燈與沿線樹池、無障礙坡道或其他障礙物沖突時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整間距。

綜上所述，擬建項(xiàng)目的路燈參數(shù)詳見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)路段設(shè)計(jì)選定數(shù)據(jù)表格

3 照度及功率密度值計(jì)算（利用系數(shù)法）

3.1 機(jī)動(dòng)車道照明計(jì)算

項(xiàng)目位于新開發(fā)區(qū)，采用瀝青路面，周邊主要為廠區(qū)，無光源輻射，考慮夜間行車的安全性及舒適性，根據(jù)表2中機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值，路面照度推薦選用高檔值20 lx。

表2 機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值

平均照度：

式中，E為道路照度；P為路燈整燈功率；L為發(fā)光效率；N為路燈參數(shù)對稱布置時(shí)取2，單側(cè)和交錯(cuò)布置時(shí)取1；U為利用系數(shù)；K為維護(hù)系數(shù)；B為路面寬度；D為燈桿間距。

當(dāng)路面照度選用20 lx時(shí)，路燈功率P＝EBD/（LNUK）=（20×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=97.4 W，故擬建項(xiàng)目機(jī)動(dòng)車道側(cè)路燈推薦選用100 W LED，平均照度E＝（PLNUK）/（BD）=（100×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=20.53 lx，滿足規(guī)范要求。

由此可計(jì)算照明功率密度值LPD=NP/（BD）=（2×100）/（15×30）=0.44 W/m2，符合CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于城市次干路照明功率密度≤0.80 W/m2的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3.2 人行及非機(jī)動(dòng)車道照明計(jì)算

擬建道路周邊主要為工業(yè)園區(qū)，人流量主要集中在上下班高峰期，部分工廠有夜班人員出行需求，推薦按照流量中等的道路選擇人行及非機(jī)動(dòng)車道照度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表3中人行及非機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值，照度標(biāo)準(zhǔn)為7.5 lx。

表3 人行及非機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值lx

當(dāng)路面照度選用7.5 lx時(shí)，路燈功率P＝EBD/（LNUK）=（7.5×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=36.5 W，故擬建項(xiàng)目人行及非機(jī)動(dòng)車道側(cè)路燈推薦選用40 W LED，平均照度E＝PLNUK/（BD）=（40×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=8.2 lx，滿足規(guī)范要求[2]。

4 接地系統(tǒng)

根據(jù)CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》第7.2.5，道路照明配電系統(tǒng)中，采用TN或TT系統(tǒng)接零和接地保護(hù)，PE線與燈桿、配電箱等金屬設(shè)備連接成網(wǎng)，在任一地點(diǎn)的接地電阻不應(yīng)大于4 Ω[3]。

擬建項(xiàng)目道路照明配電系統(tǒng)接地形式推薦采用TT系統(tǒng)。所有燈桿、燈具須與燈桿基礎(chǔ)鋼筋牢固連接，作為接地裝置，接地電阻應(yīng)不大于4 Ω，以實(shí)測為準(zhǔn)。如不滿足需要，需增加接地極。具體做法見圖集14D504《接地裝置安裝》。

箱式變電站接地系統(tǒng)裝置采用角鋼接地極∠50 mm×50 mm×5 mm，L=2.5 m，上端部埋深0.8 m，水平間距5 m，接地極連接線采用-40 mm×4 mm扁鋼，接地電阻不大于4 Ω，以實(shí)測為準(zhǔn)。本工程所有電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分均采用保護(hù)導(dǎo)體與保護(hù)接地干線相連接。接地裝置的焊接及搭接長度應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求。所有接地系統(tǒng)所用角鋼、扁鋼等均應(yīng)熱鍍鋅處理[4-5]。

5 單相短路電流的計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)

擬建道路線路長約800 m，按上述計(jì)算，路燈間距為30 m，對稱布置，路燈功率為（100+40）W，LED燈，道路沿線設(shè)置有800/30=27套路燈，單側(cè)機(jī)動(dòng)車道功率為100×27/1 000=2.7 kW，單側(cè)人行及非機(jī)動(dòng)車道功率為40×27/1 000=1.08 kW，道路總電總量為（2.7+1.08）×2=7.56 kW?？紤]設(shè)計(jì)路段及周邊路段照明安裝容量，同時(shí)考慮為景觀、公交站臺、監(jiān)控、廣告等預(yù)留適當(dāng)容量，一體式箱變設(shè)計(jì)容量為80 kV·A，箱變采用D，yn11接線變壓器，電源由獨(dú)立的10 kV回路供電。

考慮到擬建項(xiàng)目位于工業(yè)園區(qū)，下半夜人行通行量需求不大，推薦機(jī)動(dòng)車道側(cè)路燈采用全夜燈照明方式，人行及非機(jī)動(dòng)車道側(cè)路燈采用半夜燈照明方式。

擬建項(xiàng)目設(shè)置4條回路進(jìn)行路燈供電，N1～N2為全夜燈回路、N3～N4為半夜燈回路，其余回路為備用回路，本次按最不利因素末端短路來校驗(yàn)靈敏度，即以N1回路計(jì)算負(fù)荷2.7 kW、供電半徑為800 m、路燈主電纜選用5×16 mm2、分支電線選用3×2.5 mm2分析。

單相接地故障電流按照相-?；芈愤M(jìn)行計(jì)算，當(dāng)線路最末端發(fā)生單相接地故障時(shí)，該相-保回路中，共有高壓系統(tǒng)S、變壓器T、低壓母線m、饋線電纜L、燈具引線h五種元件阻抗。本次計(jì)算參考《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版）“第四章短路電流計(jì)算”有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算有關(guān)電路元件的阻抗：

1）高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗（歸算至400 V側(cè)），查手冊可知，10/0.4 kV變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量選取為200 MV·A：系統(tǒng)相保電阻Rphp.s=0.05 mΩ，系統(tǒng)相保電抗Xphp.s=0.53 mΩ；

2）變壓器阻抗，查手冊可知，10/0.4 kV變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量選為200 MV·A：變壓器相保電阻Rphp.t=33.68 mΩ，變壓器相保電抗Xphp.t=63.64 mΩ；

3）低壓母線阻抗查手冊可知：低壓母線相保電阻Rphp.m=0.372 mΩ，低壓母線相保電抗Xphp.m=0.451 mΩ；

4）饋線電纜L阻抗查手冊可知：饋線電纜相保電阻Rphp.L=3.291 mΩ，饋線電纜相保電抗Xphp.L=0.174 mΩ；

5）燈具引線h阻抗查手冊可知：燈具引線相保電阻Rphp.h=20.64 mΩ，燈具引線相保電抗Xphp.h=0.29 mΩ；

根據(jù)上述查表有關(guān)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出：

總相保電阻Rphp.∑=0.05+33.68+0.372×5+3.291×800+20.64×10.5=2 885.11 mΩ；

總相保電抗Xphp.∑=0.53+63.64+0.451×5+0.174×800+0.29×10.5=208.67 mΩ；

回路阻抗：

斷路器的選擇：N1回路計(jì)算電流為2.7/（1.732×0.38×0.9）=4.56 A，回路開關(guān)選用B型10 A斷路器，B型斷路器瞬時(shí)脫扣動(dòng)作電流I2=5.5×10=55 A，可得最不利回路接地故障靈敏系數(shù)K=Imin/I2=76.12/55=1.38＞1.3，保護(hù)靈敏度符合規(guī)范要求[6-7]。

6 結(jié)語

通過項(xiàng)目實(shí)際案例，分析路燈照明的計(jì)算過程，擬建項(xiàng)目推薦采用80 kV·A的路燈專用變電站進(jìn)行供電，線路采用5×16 mm2電力電纜，路燈采用雙側(cè)對稱布置，桿高為9 m+6 m，功率為（100+40）W LED燈，間距為30 m，各項(xiàng)參數(shù)均能滿足規(guī)范要求。