城市道路照明配电设计若干问题的探讨

2022-09-12

近年来, 随着我国经济的持续发展和人民生活质量的提高, 城市发展不断加快。不同范围使用的道路照明, 其供配电系统的设计是有所区别的。城市道路照明是城市安全、城市道路交通正常运行的重要保证。保证这个功能的基本前提就是安全用电, 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。根据不同的技术条件, 对道路照明的供配电照明设计是城市道路设计中一项重要设计内容。

1 电源线路

我国绝大部分的路灯都是采用低压供电, 因为低压供电工程量小、投资少。随着经济的发展, 道路照明通常采用地下直埋电缆方法。配电线路直埋具有截流能力高、散热好的优点。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, 减少外力破坏, 提高供电的可靠性。在道路照明配电中, 由于配电线路较长, 配电线路零序阻抗较大, 单相接地 (零) 短路电流相对较小。路面平均亮度是影响能否看见障碍物的最重要因素。路灯采用的光源, 基本是气体放电灯, 其功率因数相当低, 一般在0.45以下, 从而使回路电流大, 在线路上产生的损耗相当可观。由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧, 由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长, 道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用路灯电源处集中补偿方式, 并不能减少低压配线的耗电。而采用单灯分散补偿, 就减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗, 会起到较好的节电效果。

相对于其它线路, 电缆的价格较高, 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采用人工计算已不能适应现代发展要求, 运用电气计算软件, 可以根据不同环境条件对照明配电网络进行分析计算。在设计中选择一到两家的软件对照度进行计算, 从而快速方便地确定灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量, 实现合适的照度, 迅速算出线路末端的电压损失, 确保灯具的使用寿命和可靠性。

2 道路照明配电系统的接地

照明供电保护及电缆选择的设计正确与否直接关系到安全、经济、维修等方面。由于受室外露天环境因素, 道路照明装置和线路容易发生故障, 安全用电涉及多方面的技术内容和管理维护要求, 接地方式和配电线路保护关系到行人安全和保证道路照明的正常运行, 防止电路故障 (短路、接地等) 导致线路损坏, 减少不必要的停电。

按我国标准和国际电工委员会 (IEC) 标准, 低压配电系统接地方式分为以下三类:TN方式、TT方式、IT方式。在建筑物内采用TN-S及TN-C-S方式比较多, 但处于室外环境的道路照明, 条件不尽相同, 使用TN.S仍然不能完全保证安全。有条件采用TT方式, 对于道路照明更符合安全要求。TN—S方式, 灯具、电杆、电器盒等的外露导电部分是通过PE线连接到配电变压器中性点而接地, 当该变压器其他部分发生对地直接连接之类故障时, 保护电器难以断开, 故障电流经大地流到变压器接地极回到中性点, 致使中性点电位升高, 此电位经过PE线传至灯杆等处露导电部分;除非变压器接地电阻非常小, 此电位就有可能超过安全电压限值 (通常为交流50V, 而对户外照明, 考虑雨天等条件, 应为交流25V) 。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, 但操作起来不方便, 看是否满足以下要求。

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。

由于城市道路照明系统配电线路较长, 截面较小, 在电源点设置漏电保护最可行。

由于故障电流很小而无法使保护电器动作, 因此不能完全保证安全。道路照明负载分散, 配电线路较长, 当线路末端发生接地故障时, 其故障电流往往较小, 难以使线路首端的保护电器 (熔断器或断路器) 动作, 不能切断故障电路。利用TT方式的接地故障电流 (Idl) 比TN方式更小, 使用熔断器或断路器更不能满足规范要求, 所以应选用剩余电流动作保护器, 这种保护器的动作电流仅为几十、以至几百毫安, 最大达几安培, 容易使之动作, 更能保证安全。

整定剩余电流保护器的动作电流 (Ia。) 值应符合以下两方面要求。 (1) 接地故障时应保证可靠动作按GB50054-95的规定, 剩余电流保护的动作电流I△。应符合下式:Idl≥1.3 IA。 (1) 一般说I△。值整定到几百毫安, 甚至1A, 接地故障电流Idl大于其1.3倍, 是不难满足的。 (2) 正常运行时, 应保证不会动作为实现这项要求, 整定值I△。应符合下式:I△。≥ (2.5~3.0) IL (2) 式中, I。_正常运行条件下, 线路和灯具等可能产生的最大泄漏电流。式 (2) 中的2.5~3.0倍是保证不会误动作的可靠系数。因为剩余电流动作保护器的动作电流为I△。, 而保证不会动作的不动作电流I△。。为I△。的50%。必须使I△。值大于正常泄漏电流的50%, 并留有必要余地, 才能保证不误动作。配电系统应选用TT方式, 比TN.S方式更能满足接地故障保护要求, 更能保证用电安全。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。道路照明以单相负荷为主, 采用三相四线的供电方式。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。

3 控制系统

由于道路配电属于单相配电, 即使配电中尽量使三相平衡, 零序电流仍较大, 也不能使用另加零序保护装置的措施。路灯控采用光电控制和石英钟有误动的可能, 时间开关控制随季节需进行时间调整。用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值由于单相接地电流较小, 现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流, 灵敏性不高。新型的控制继电器可以满足道路照明的控制要求, 运行方式灵活, 是一种简捷经济有效的方法。