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關鍵詞:LED路燈;寒地;應用環境;冷熱沖擊;冰凌凝結;親水性;疏水性

中圖分類號:TN312+.8 文獻標識碼:B

Special Technical Requirements for Operation of LED Street Lamp Device in Low Temperature Environment

JU Xiao-jing, PING Li, HOU Qing-juan, LI Ai-lian

(Harbin Electronic Computing Technology Institute, Harbin Heilongjiang 150080, China)

Abstract: LED street lamp used for roadway lighting is commonly recognized, but the technical requirements of application in cold area are neglected in product research. This paper discusses the devices failure of LED caused by the temperature change due to hot and cold impact and the reliability guarantee of the cold operation of LED driving devices. Meanwhile, the special technical requirements for cold operation of LED roadway lighting devices were summarized and guides for LED design were also given. This study provides the detailed guidance standards for cold application of LED roadway lighting.

Keywords: LED street lamp; cold area; application environment; hot and cold impact; ice slush condensing; hydrophilicity; hydrophobicity

引 言

隨著LED照明技術的快速發展,在國內的許多城市,道路照明已經不乏LED路燈的身影。尤其是大功率LED器件的光效超過100lm/W以后,LED路燈作為道路照明的發展趨勢已經得到普遍認同。2009年,國內幾個城市分別組織了LED道路照明產品的評估測試工作,大多數LED路燈產品在配光曲線、系統光效等關鍵技術指標方面進步顯著,在道路照明標準的符合性、節能效果等方面已經達到相關標準和規范的要求。

盡管LED路燈技術水平的發展較快,但是大多數LED路燈廠商在產品研發過程中忽略了在寒地應用環境下的特殊技術要求。一個普遍的錯誤認識是,LED在寒冷地區應用有利于散熱,不容易發生故障。殊不知,寒冷應用環境下,對LED路燈有著更為嚴格的技術要求,主要有以下兩個方面:

(1) 寒冷地區氣溫較低,且溫差大,驟變的冷熱沖擊和長期低溫工作對于器件有著更為嚴格的質量要求。

(2) 在寒冷地區應用的LED路燈必須要考慮防止冰凌凝結的預防措施。

鑒于上述原因,LED路燈在寒冷地區的推廣應用,需要解決以下幾個方面的關鍵技術問題。

1冷熱沖擊的溫度變化可能引起LED器件的失效

由于LED芯片封裝后,屬于固態的實心器件,存在著芯片、硅膠(或樹脂)、金屬支架以及引線之間膨脹系數的失配現象,加上寒冷地區溫差較大的冷熱沖擊的影響,會使硅膠在溫度變化的過程中膨脹和收縮加劇,器件內部應力過大,這將導致LED引線鍵合點位移增大,引線過早疲勞和損壞。同時也會使原本鍵合狀態較差的焊點出現脫焊的可能,而造成焊球和芯片電極脫焊的現象,甚至使LED芯片出現分層脫落的失效現象。

一盞LED路燈應用的LED器件多達上百顆,通常采用以串聯為主的混聯組態方式,如果一顆LED發生故障,將會引起多顆LED連帶失效,因此應用在寒冷地區的LED路燈首先要根據特定使用環境下的燈具溫度變化特性,設置合理的超聲功率、鍵合壓力、鍵合時間及鍵合溫度等封裝工藝參數,保證每一顆LED器件在低溫運行環境下的可靠性。

2 LED驅動裝置低溫運行的可靠性保障

另一項關鍵技術挑戰在于LED路燈驅動裝置在低溫運行環境下的可靠性問題。目前大多數LED路燈驅動電源在寒地低溫環境下表現出不同類型的水土不服現象,較為突出的表征是低溫無法正常啟動和長期低溫運行環境下的失效率較高現象。上述問題出現的主要原因在于,驅動電源在設計階段的器件選型沒有考慮低溫工作狀態的可靠性,部分關鍵元器件低溫環境下的特性發生變化,造成驅動裝置無法低溫啟動或正常運行,引發故障的具體原因主要有以下幾方面:

(1) 開關管在低溫條件下載流子的密度和活性都會降低,過載保護的啟動點也會因此降低。

(2) 電解電容電解液在低溫下凍結,失去電容效應(溶液中的離子此時只存在離子極化),無帶載能力。

(3) 部分類型的光藕器件在低溫狀態下無法正常工作。

(4) 輸入端防止浪涌電流的熱敏電阻,在低溫下阻值變大(是常溫的3～5倍),也會造成低溫無法正常啟動。

上述問題的解決途徑主要是從選擇溫度特性更好的器件入手。例如,不是所有的電解電容都無法在低溫下工作,一般來講,200V以上的電解電容耐低溫特性較差,而160V以下的電解電容基本都能夠在-40℃環境正常工作,只要選用兩個低壓電解串連使用就可以解決問題。器件選型的調整可能會略微提高驅動裝置的成本,但是從LED路燈的整體成本來看可以忽略不計,考慮到提高可靠性和降低維護成本的因素,這種設計調整是非常必要和劃算的。

3 LED路燈冰凌凝結危害的防護措施

路燈在寒冷地區推廣應用非常容易被忽視的一個問題就是由于冰雪在燈具表面堆積,受熱融化后形成的冰凌,冰凌一旦形成,則會對車輛和行人產生非常大的安全隱患。尤其是LED路燈,由于燈具殼體普遍采用鋁材,表面的氧化鋁屬于親水性材料,更容易產生冰凌凝結。2008年,我國南方大范圍雪災,造成鋁制表面高壓導線大量冰凌凝結,壓塌損毀大量電力設施。這一災害惡果不僅是氣候造成的,氧化鋁表面的高壓線纜屬于親水性材料也是一個重要誘因。由于影響到道路交通的安全,因此防止冰凌凝結是LED路燈在寒冷地區應用必須考慮到的安全措施。

為了解決這一關鍵技術,我們通過對覆冰體表面進行顯微成像分析,分析了水在物體表面結冰,以及冰在物體表面可以牢固附著的原因。實驗結果發現,僅僅采用疏水性能優異的材料,防止冰凌凝結的效果并不理想,甚至水在某些材料表面可以凍得非常的結實。測試結果表明:冰可以附著在任何物體表面上;物體表面上的裂縫和凹陷,是冰可以牢固地粘附在物體表面上的另一個主要原因;單純疏水性能好的材料,可以延緩結冰的過程,卻無法阻止冰的形成。

為了更為準確地對比不同材料間防止冰凌凝結的能力,我們從不同角度深入研究了不同物件的表面結構、表面物性與覆冰的內在關系,包括:結構外形與覆冰、結構材質與覆冰、表面光潔度與覆冰、表面剛柔性與覆冰。研究結果表明:外形結構簡單、組織結構緊密、表面防水、疏水性能優異的構件,就不容易發生冰凌凝結。

以此試驗數據為基礎,我們連續2年在冬季設立了不同外觀和外殼材料的LED路燈,通過實驗發現:凡是燈具外觀圓滑、光潔、平整的;沒有冰雪或水積存承載結構的;表面材料具備優異疏水性能的LED路燈就不會產生冰凌凝結。

4 結論

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【關鍵詞】曲線路段 誘導性 均勻度

1 前言

據國家統計局網站《2014年國民經濟和社會發展統計公報》數據顯示，2014年年末全國民用汽車保有量達到15447萬輛（包括三輪汽車和低速貨車972萬輛），比上年末增長12.4%，其中私人汽車保有量12584萬輛，增長15.5%。民用轎車保有量8307萬輛，增長16.6%，其中私人轎車7590萬輛，增長18.4%。可見，目前我國的道路交通壓力逐年增大。道路照明作為保證交通安全的重要措施作用益發凸顯，同時對道路照明設計的要求更加嚴格。

道路照明的目的是為車輛駕駛人員和行人提供良好的視覺環境，從而保障交通安全，提高交通效率。一個良好的道路照明需要在滿足標準規定的節能條件下，達到較高的道路照度水平，較好的道路誘導性，以及盡可能少的眩光。

在道路直線段的照明，根據《城市道路照明設計標準》建議，通過選擇合理的布燈方式和照明燈具，可滿足道路照明的要求。然而，絕大多數道路并不總是直線段。直線段的照明布置應用在道路的曲線路段會導致照度均勻度下降和照明誘導性變差。在當前的照明設計中，曲線路段的照明設計沒有得到特別重視。各種文獻上關于曲線路段照明的特殊設計提及的也不多。

本文將通過道路照明的簡化模型反映曲線照明的特殊性，并結合個人經驗，細化標準的要求。最后給出了一個工程應用實例。

2 直線路段和曲線路段照明對比

直線段道路照明可簡化為以下模型，如圖-1所示。A、B表示道路邊線，邊線上小圓圈表示燈桿，矩形C表示每組燈具在產生的光斑。某位置車輛駕駛人員前方燈桿與駕駛人視線正前方夾角如圖-2所示。可見，在駕駛人視野中，F燈桿偏離視野中心9度，E燈桿和F燈桿在視野中夾角7度。且易見直線道路段照明均勻。

圖- 1

圖- 2

當采用同樣的布燈方式應用于曲線路段，簡化模型如圖-3。由于燈桿沿著道路曲線邊線A、B布燈，道路曲線內測燈桿間距變小，外側燈桿間距增大，每組燈具產生的光斑產生了交錯，并在內側道路邊線處留下空白。曲線路段的照明細部圖如圖-4。圖-4中1、2、3、4所在區域，光斑交叉各異。2區域路面照度明顯大于4區域，影響了道路照明均勻度。

同樣的某位置（相對燈桿D保持不變）車輛駕駛人員可見的遠方燈桿與駕駛人視線正前方夾角如圖-5所示。可見，在駕駛人視野中，F燈桿偏離視野中心16度，E燈桿和F燈桿在視野中夾角5度。和直線路段對比可知，曲線路段遠方燈桿更加偏離駕駛人視野中心，對人眼來說其目標更加不明顯，從而駕駛人注意度會下降。同時，燈桿E、F間夾角變小 ，不易于人眼分辨。道路照明的誘導性在曲線路段變得不理想了。

圖- 3

圖- 4

圖- 5

綜上，通過上述簡單模擬化照明的對比，在曲線路段，由于道路彎曲導致的道路照明的均勻度和誘導性不同程度降低。對于曲線路段照明，必須采用新的設計方法。

3 實用解決方法

為解決上述問題，《城市道路照明設計標準》提出：半徑在 1000m以下的曲線路段（半徑在 1000m 及以上的曲線路段，其照明可按照直線路段處理），燈具應沿曲線外側布置（當曲線路段的路面較寬需采取雙側布置燈具）時，宜采用對稱布置，應減小燈具的間距，間距宜為直線路段燈具間距的 50%～70%，半徑越小間距也應越小。標準通過縮小燈桿間距的方式來解決照度均勻度和照明誘導性變差。但是“半徑越小間距也應越小”語句較為模糊，不易為設計人把握。根據多年設計經驗和多種參考，本文曲線路段照明進行細化處理。提出如下公式：

l～=

式中r表示曲線半徑，l表示直線路段燈桿間距，l～表示曲線路段燈桿間距。

本公式較好的兼顧了曲線照明的照度均勻度和照明誘導性，以及不同曲線半徑下的間距選擇，提供了快速簡潔曲線段照明間距方法。

除了上述燈桿間距，曲線路段照明還有兩處需要特別注意的地方：一是注意曲線段和直線段的照明過渡。因為從直線段進入曲線段照明間距甚至降低一半，對于駕駛人的視覺感受會比較強烈，應設置一定的過渡照明。二是轉彎處的燈具不得安裝在直線路段燈具的延長線上。當出現這種情況，應適當移動燈桿位置。

4 實例應用

現有天津市某道路道路等級為次干路，道路寬度為20m。根據《城市道路照明設計標準》，照明布燈方式如下：沿道路兩側人行道對稱設置12米燈桿，燈桿間距40米，單側挑臂，燈桿配套1只150W高壓鈉燈。機動車道側平均照度：12.6lx，均勻度：0.4，功率密度：0.41W/m2。

圖- 6

道路在樁號K1+786和K1+866之間有一半徑100的曲線段。根據公式，曲線段燈桿間距為20m。在直線段和曲線段相交路段，加入了間隔30米的燈桿作為照明過渡。同時，經檢查轉彎處燈桿不在直線路段燈具的延長線上。

5 結語

本文通過模擬曲線路段和直線路段的照明，分析了二者的差異在于照明均勻度和照明誘導性。《城市道路照明設計標準》中關于曲線路段照明建議，結合工作經驗和參考多種文獻，給出了一個簡單明了的公式，細化了標準的建議。在直線路段和曲線路段相交處，提出了設置過渡照明的建議。

道路照明中碰到的問題多種多樣，只要把握照明的目的在于提供良好的視覺環境，在關鍵性的照度值、均勻度和誘導性等方面保證滿足標準，才能夠做出良好的道路照明設計。

參考文獻：

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關鍵詞 城市路燈;節能措施;綠色照明

中圖分類號TU113 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2010)23-0099-02

0 引言

自開放改革以來,隨著我國城市市政建設地飛速發展,大量基礎設施投入建設,新道路以及照明工程量與日俱增,同時城市道路照明工程也逐漸向大型化發展。在這樣的背景下,大量節能高效的新燈具、新光源有了極大的發展空間,特別是近幾年,新的綠色環保,高效節能的技術廣泛應用于城市道路照明設計、施工、管理控制系統、運行監控系統等諸多方面。現在路燈已經成為現代城市發展的標志之一,盡管城市道路照明設施種類繁多,要求具有的功能也各不相同,但是,不管照明系統如何改變,最終它的建設都要符合國家相關的標準要求,要做到車輛行車安全通暢、行人具有安全感。同時,又能使城市路燈照明系統體現出一個城市的文明風貌,現代化程度以及環境美化程度。任何一項優良的城市道路照明工程,都是依靠設計者和施工者的共同努力做出來的,工程在設計過程中要全面考慮各種可能出現的因素并且準確確定相關的主要技術參數,在施工過程中,要有科學的管理方法、良好的技術設施和經驗豐富的施工團隊。本文就根據目前我國城市道路照明系統的發展現狀和出現問題,談談城市路燈節能措施及必要性包括近幾年新提出的“綠色照明”理念。

1 我國路燈照明節能的必要性

城市路燈照明系統的耗電量相當大,因此 ,道路照明節電開始越來越受到人們的廣泛關注。下面筆者就實施路燈節能的必要性做一概括:1)實施路燈照明節能,是“綠色照明”理念的要求;2)實施路燈照明節能,是緩解現階段能源緊張的要求;3)實施路燈照明節能,是減少路燈養護資金的要求;4)實施路燈照明節能,是避免燈光設計過亮,眩光過高的要求;5)實施路燈照明節能,是避免因電壓峰谷期高低不平而降低路燈使用壽命的要求。

2 我國路燈照明節能的現狀

現在,盡管LED白­光技術有了突飛猛進的發展,但是如果要將LED燈用在城市照明系統中還有不少問題需要解決,所以目前,高壓鈉等仍然是城市照明系統的主要照明工具。針對高壓鈉燈,有兩種節能方式:1)采用半夜燈;2)采用調壓的方式。半夜燈節能方式是最早的也是最直接的節能方式。半夜燈是指在后半夜人流量和車流量較少的時候,關閉一部分燈以節約電能的方法。這種方法優點是投資小,操作簡單,但最大的缺點是道路照明不均勻,并且無法解決路燈壽命降低的問題。采用調壓的方法不但可以做到節能,還可有效延長燈具的壽命,是一種比較理想的節能方式。傳統的調壓法節能包括:

1)晶閘管斬波型照明節能方法。這種方法對照明系統的電壓調節速度快,精度高,還可以實現可分時段,實時調整,同時具有體積小,成本低的好處。但這種方法會產生大量諧波,對電網有諧波污染,危害極大,因此不適宜用在照明電路中。

2)自禍降壓式調控方法。這種方法可以避免出現諧波污染,可靠性也比較高,但不能升壓和穩壓,只能固定的降壓,因此也不能推廣使用。現在的道路照明設備大都是以氣體放電為主的,在這種情況下,采用交流斬波調壓節能方法很具有可行性。這種方法不會造成諧波污染等后果,同時也可以穩壓,降壓,大大延長了燈泡的使用壽命,因而也降低了照明系統維護的成本。從這個角度來說,此種方法符合電力電子技術的高頻化和低污染發展方向,將會得到越來越廣泛的應用。

目前,還出現了一種新型的節能方法, 智能路燈節能方法。它有效克服了傳統節能方法的缺陷,具有以下幾個突出的優點:1)優化電力質量,大大節約了照明用電;2)有效保護電光源,增加其使用壽命;3)適用性較強 、可靠性較高;4)綠色環保,污染小。

3 我國城市道路照明節能的措施

城市道路照明系統節能的途徑有很多,總結下來,節電效果較好的有合理地選擇光源、科學先進的照明系統設計、照明控制系統合理和定期維護等幾項。在選擇光源方面,選用節能效果好的光源和燈具是第一步,選擇標準包括經濟性好、維護費用低、發光效率高、使用壽命長和顯色性好等等。

目前,高壓鈉燈由于其技術性能穩定和維護系數高等優點,已經成為了許多城市道路照明光源的選擇。合理的道路照明設計對于照明節能很重要,在設計前要充分做好調研工作,然后在遵循國家相關規范和標準的前提下,仔細考慮道路照明情況,道路交通情況和照明設施選擇等等問題,最后再著手設計,否則圖紙設計不當,會造成大量人力物力和財力的浪費。路燈的控制設置要合理,爭取做到控制方便、準確并且安全,實時性高,這也是路燈照明節能的一個重要方面。在道路照明系統節能過程中要做到降低照明線路無功損耗和縮小供電半徑。因為當無功電流通過線路系統時,由于導線上有電阻會造成電能損失,并且損失會隨著功率因數的降低和電力的增大而增加,最終導致路燈亮度降低,照明質量不能保證的問題。適當縮小供電的半徑,可以減小電壓降,因此供電半徑一般選在500~800m為宜。為了更好的節能,定期對路燈系統和燈具維護時必須的。在檢修過程中,拆除有潛在隱患的燈桿,更換低效率的燈具,可以最大限度的發揮燈具的照明特性,節約能源。

4 城市路燈的“綠色照明”

“綠色照明”是從節約能源、保護環境的角度提出來的,它的實施宗旨就是要大力發展和推廣高效照明工具,節約能源,并且營造一種經濟、舒適、安全環保、有益于改善人們生活質量,提高人們工作效率的照明環境,來滿足人們對照明質量、照明環境的更高要求。推廣“綠色照明”工程,我們可以廣泛地吸收國外先進的照明技術經驗,然后逐步用“綠色照明”來替代傳統的照明方法,用較低的能源消耗來取得較好的照明效果,大力促進可持續發展的節約能源工程,全面提高城市道路照明質量水平。

總之,“綠色照明”要求我們要從更深層次上理解照明,不斷提高相關設計人員的業務水平;同時,還需要修訂完善有關照明設計標準,特別是照明節能的標準,以進一步強化照明設計和照明節能管理,為“綠色照明”的發展作出貢獻。

5 結論

節約能源是加速我國經濟發展的重要途徑,城市道路照明設計部門的各級領導和設計人員都應該根據科學發展觀中建設節約型社會的要求,積極探索城市道路照明系統節能的方法,對路燈節能給予高度的重視。對于節約電能要從最初的設計方案階段開始,綜合考慮技術科學先進、經濟性好,節省能源,安全環保等因素,再根據實際情況,合理選擇適當的電氣設備。城市道路照明系統應該大力推廣和使用節能高效照明產品,運用先進的控制方式,使相關人員在不追加或少追加投資的前提下盡量取得顯著的節電效果,并且設計出技術領先、節能高效環保的城市道路照明系統。

本文首先介紹了產生城市道路照明系統節能理念的背景,接著概括指出了我國路燈照明節能的必要性,然后對我國路燈照明節能的現狀進行分析,并且提出了我國城市道路照明節能的措施,最后簡要介紹了“綠色照明”的新型節能理念。希望本文能得到全社會相關人員的重視,激發他們一起為我國城市道路照明系統節能工作做出貢獻。

參考文獻

[1]袁增義.路燈機構面臨的機遇與挑戰――試論路燈在電力 緊張與建、管、養分離條件下的出路.海峽兩岸第十一屆照明科技 與營銷研討會專題報告文集,2004.

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關鍵詞：道路照明；設計；節能措施

隨著我國城市化建設的迅速發展，道路照明工程日趨大型化，能源消耗也越來高，“綠色照明”已成為我國必須要發展的方向。根據有關資料顯示，我國城市道路照明占照明耗電的30%，電能的使用率卻只有70%，為此照明設計與節能問題成為城市乃至國家的重要工作。城市道路照明，是提高道路的夜間利用率，確保夜間交通安全，美化城市環境的照明措施，是城市建設不可缺少的一項公共設施。公路、街道、橋梁、街心廣場和隧道等地的照明均屬道路照明。

1 合理的道路照明設計前都應做好調研工作

隨著我國綜合經濟的發展，我國各個城市的用電量也在逐年升高。據統計，目前我國城市道路照明用電量已占城市總用電量的30%，而其中充斥著大量的無意義耗電，這造成了我國電力發展的重大浪費，給國家的發展建設帶來了不利的影響。去年由住房城鄉建設部發的《“十二五”城市綠色照明規劃綱要》中詳細的闡述了當前我國城市的道路照明節能的現狀，并依據事實統計數據總結出我國目前城市的道路照明節能的具體發展指標，積極使用節能環保產品和技術，提高城市照明系統的節能水平。

調研道路的交通情況、路線形式及路面發射率等，還要推算行車速度與交通量，其次調研道路照明周圍的相關情況、氣候信息等，下面幾項內容均與道路照明設計質量息息相關：（1）路面的平均亮度；（2）路面亮度分布的均勻；（3）照明器的技術指標和眩光抑制程度；（4）照明器布置的誘導性。

2 路燈布置及燈具樣式

路燈有單側布置、雙側交錯布置、雙側對稱布置、中心對稱布置及橫向懸索布置五種布置形式，現如今的道路越來越寬，路口的轉彎半徑也就越來越大，依據有關規定：平交路口照度要比直線路段照度提高50%，按照一般的路燈布置原則，根本就達不到照明設計要求，正確的做法應該是依據道路路口的有效面積計算滿足照度、照度均勻度及功率密度值，然后再選擇正確的合理的路燈布置形式及燈具樣式，常規來講，在平交路口轉彎半徑中心點布置中桿投光明是一種比較理想的方式。路燈應位于道路邊0.6-1m處，路燈水平線仰角應為5°，路面亮度應大于等于1cd/m2。

設計路燈時應按照“突出照明為主，裝飾為輔”的原則，但是現在我國許多城市在道路照明工程中都存在盲目追求視覺效果造成了能源極大浪費，例如一些一塊板的道路車行道外側即為綠化帶，路燈設計采用單懸臂路燈即可，它卻采用了雙懸臂路燈。

3 路燈安裝高度

路燈安裝高度與路燈間距、照度、均勻度等有著密切的聯系，為了避免眩光，宜采用漫反射燈中（d）（e）（f），路燈的安裝高度不宜小于4.5米。路燈間距為25-30m，拐彎處可適當減少。還應在每個燈桿設置獨立的短路保護。安裝高度在滿足設計標準的同時還應考慮：（1）對于特變寬的道路；（2）雙促布置路燈時道路寬度存在下限值；（3）單側布置路燈時道路寬度存在上限值，就不能按照H≥0.6Weff設計了，不然路燈會太高，可采用雙光源燈具，離道路中心線較近的光源發射器仰角應適當擴大。

4 光源與光源功率

選擇節約型的燈具是我國城市道路照明節能設計中的重要措施，我國的燈具材料自發展以來主要有金屬鹵化物燈、鹵鎢燈、中顯鈉燈、白熾燈、熒光燈、LED光源燈、高壓鈉燈等。

選用節能的光管與燈具是照明節能的重要內容，光源和光源功率與照明參數、視覺效果、節能水平等有著密切的聯系，因此應根據道路的功能設計光源和光源功率。現在市場上有許多種光源，選擇光源的原則是符合國家綠色照明規劃要求，既要滿足照明又要達到節能的目的，光源的節能只要體現在發光率和光衰指標，但是實際選擇光源的時候又不能單單考慮這兩個指標，還應考慮經濟性、發光率效率、顯色指數、使用壽命、光通量及啟用特性等等。因此光源功率需滿足兩個要求：第一，道路照度要求。第二，功率密度值的要求。在燈具的選擇后，人們往往忽略了對于電氣附件的選擇，而這些電氣附件往往會在道路照明節能中產生很多負面影響。

5 城市道路照明供電線路

城市道路照明宜采用路燈專用變壓器供電。在城市的重要道路、交通樞紐及人流集中的廣場等區段的照明應采用雙電源供電。每個電源均應能承受100%的負荷。正常運行情況下，照明燈具端電壓應維持在額定電壓的90%～105%， 高桿燈或其他安裝在高聳構筑物上的照明裝置應配置避雷裝置。

道路照明應根據當地的地理位置和季節變化合理確定開關燈時間，并應依據天空亮度變化進行及時調整。應將光控和時控兩種控制方式相結合。以上的措施都可以起到節能的效果。以某市為例，裝燈容量從1999年底統計為900W，如果控制路燈啟閉時間不精確，如果每天亮燈時間少5分鐘，每年可以節電2800Kw.h；或者夜深的時候可以關閉一部分路燈（前提是不影響道路正常照明）也可以節約相當大一部分能源。當道路照明采用集中遙控系統時，運動終端應具備在通信中斷的情況下自動開關路燈的控制功能和手動控制功能。道路照明開燈時的天然光照度水平宜為30lx，次干路和支路宜為20lx。

6 路燈系統和燈具定期維護

城市照明路燈因為常年處在風吹雨淋、粉塵污染等惡劣的外界環境，難免會損壞，不時常檢修，將會帶來巨大的安全隱患，威脅人民的生命及財產安全。在照明路燈的檢修中，最最要檢測的是絕緣電阻，在更新燈具和其他部件時，一定要選用節能高效安全的產品，再加上正確合理的維修工藝，才能保證維修的施工質量。

根據不同的使用環境，采用不同燈具樣式，特別多的燈具在生產時都增加了反光板，在燈具使用過程中反光板會生銹從而降低亮度、反射率；玻璃樣式的燈具，時間久了以后上面會沾上特別多的粉塵、油污、小蟲等，這樣也會降低燈具的透明度，所以要對燈具頂起維修，爭取保證燈具正常的發光效率，這樣燈具才能發揮其正常的照明作用。如果同一種光源使用在高低不同效率的燈具上 光通量的利用率也會有很大的差別，因此選用高效燈具，頂起維修燈具，是節能和保證道路照明質量的有效措施。

7 道路照明控制管理

城市道路照明控制分為集中控制盒單點控制。在實際的道路照明中，部分道路往往不需要在夜晚提供持續的照明，此時保持燈具常開就是一種電力浪費。實際使用中往往采用自動獨立配電柜等控制措施來達到實現局部道路的照明切斷功能，以此來保證城市道路節能的目標。

雖然城市道路照明樣式眾多，其所要求的也各不相同，但最終都要滿足路面亮度、國家標準、眩光控制、行車功能等要求，并且能夠幫助提高城市的環境美化，使得城市路燈照明既滿足人們生活的需要，又滿足城市及國家發展的需要。

參考文獻

[1] 莫遠屏.城市道路的照明與節能[J].中國科技信息，2006.

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關鍵詞：城市道路;照明;節能改造

Abstract: City road lighting energy conservation is a potential, as long as we work hard to mining, can find a lot of measures. We should vigorously promote green lighting engineering lighting system, establish high quality, safe and reliable, economic and comfortable, protect environment, save more energy to meet the demand of city road lighting. This paper based on the basic principle and technical experience of city road lighting energy-saving work of the author for many years.

Keywords: city road lighting; energy saving;

中圖分類號：J914文獻標識碼：A 文章編號：

能源是我國發展國民經濟,促進社會發展,人類賴以生存的條件之一。節約能源、可持續發展是當前我國的一個重要國策。城市道路照明在電能的消耗中占有很大的比例。據近兩年的統計,我國的照明耗電占全國總發電量的12% 以上,而城市道路照明又占照明耗電量的30%以上,因此,城市道路照明節能是節能的一個重要方面。結合多年來的城市照明工作實踐,對城市照明中的主要節能措施進行初步分析,與大家共商。

1、 道路照明節能的意義

隨著我國社會經濟和城市建設的快速發展，主要為機動車交通和市民出行服務的城市道路照明也大大加快了前進的步伐。在改善城市環境、提高城市形象的同時，城市道路照明的耗電量也在快速增長。根據“中國綠色照明工程”的統計，目前包括城市道路照明和夜景照明在內的城市公共照明的年用電量約占全國總發電量的3-4%。在我國建設節約型社會，積極推行節約能源和節能減排政策的形勢下，道路照明節能已成為節約電能的一個不可或缺的環節。

2、路燈節能基本原理

早期的路燈節能產品，是以SCR可控硅移相調壓實現功率（亮度）調節，其工作原理如家用調光臺燈，就象調光臺燈上不能安裝節能燈一樣，這種設備不能控制帶功率因數補償電容的路燈。另外諧波電流電壓產生電磁干擾，因此無法用于大功率照明節能。

經過歷次技術革新，路燈節能產品不斷升級換代。目前市場上路燈節電設備種類繁多，按控制方式可分為集中控制和單燈控制，按調節方式可分為固定降壓、中途調節換檔、碳刷無級調節，等等。但其基本的節能原理都是將供電系統的輸入電壓予以優化，采用DVR（電網電壓調節）技術調整剩余電壓，使輸送給燈具的負載電壓為最適宜值，達到既實現節電又保證照明要求的雙重目的。

根據電工學基本原理：P=V2/R。設燈具上施加的電壓為V，光源的阻抗（為簡單比喻起見）設為阻性電阻R，那么它在電壓V下所消耗的功率為P，若適當降低電壓到V1值，則這時消耗的功率P1將隨電壓的平方關系下降。而P1小于原有電壓V時所消耗的功率P，其有功節電率可表示為：ε%=（1-V12/V2）×100%只要電壓下降的幅度不超過額定電壓的10%，則絕大部分電器設備均可無妨礙地使用。

3、合理選擇照明光源

隨著時代的進步,高效的光源正在出現,淘汰低效高耗的光源產品的活動正在展開。在城市照明中主要淘汰產品有白熾燈、高壓汞燈。白熾燈由于光效僅有10lm/w左右,根據國際、國內的發展趨勢,應在力所能及的情況下淘汰。而普通的高壓汞燈光效也僅有30~40lm/w左右,也應逐步淘汰。高壓鈉燈是一種成熟的光源,光效一般在100lm /w以上,高的可達到140lm/w,在目前的城市照明中應優先推廣使用。LED 燈是近年新出現的一種光源,目前光效可達到80lm/w,正處于成長階段, 還有一些問題待解決,可有條件地選擇性使用。對于設計者來說，我們應當幫助各地政府當權者逐漸擯棄“越亮，越氣派；越亮，越有面子”的老傳統老觀念，合理引導各屆政府部門合理選擇光源。

4、選用高效低耗的照明器和電器

照明器的效率越高,則光通量的利用率越大。常規的照明器效率一般在60%左右,若按“十一五”城市綠色照明工程規劃綱要的要求,照明器效率達到80%,在效率提高后,則可節電30% 左右。因此在照明器的選用上不能用粗制濫造的低效照明器。鎮流器在城市照明中消耗的電能也是一個不可忽視的環節。普通的電感鎮流器一般消耗的電能為光源的15%,而節能型的電感鎮流器和電子鎮流器消耗的電能為光源的10%左右。若采用節能型的電感鎮流器和電子鎮流器, 則在鎮流器的功耗方面可節能30%。因此我們在選用鎮流器時,要按照《城市道路照明設計標準》CJJ45- 2006中的規定“高強度氣體放電燈宜配用節能型的電感鎮流器, 功率較小的光源可配用電子鎮流器。”

5、道路照明動態智能化管理

隨著微電子技術、無線數據傳輸技術和現代電力電子技術的飛速發展,智能化道路照明控制系統也開始進入應用。智能化道路照明系統能夠根據不同區域的不同功能需求,在每天的不同時段、不同自然光照度或者不同交通流量情況下, 按照特定的設置, 實現對道路照明的動態智能化管理,既T PO 管理(T IME 時間/ PLACE 地點/ OCCASION 場合)。智能化道路照明控制系統,通過綜合考慮和分析與道路照明密切相關的時間、路段、環境照度和交通流量等因素的場景控制方法,在微機中按照預設的控制策略,對道路照明進行動態智能化管理,控制路燈在不同情況T T作在不同狀態實現多樣化的道路照明場景,從而在提高照明質量的同時獲得最佳的節能效果。智能化道路照明穩壓系統如圖1。

圖1 智能化道路照明穩壓系統結構圖

該系統由變壓器組、矩陣開關、控制模塊、采樣模塊、檢測模塊和人機接口等部分組成。基本思路是,在繁忙的時段,控制路燈保持原設計的照度；接近午夜時分,道路上人少車稀時,開始自動調整電壓,通過對用電電壓的智能控制,減少后半夜因城市整體的用電減少所引起的電壓偏高而造成的大量電能浪費。控制過程是,通過測取城市道路車輛及行人的“時間-車輛(人)”統計規律,獲取相應的照度調整率,依此來設計計算機的控制程序,根據照度調整率,從某一時刻開始,平滑地對路燈輸入電壓進行動態調整,使路燈輸入電功率與實際照度要求達到最佳匹配,不僅節能,而且穩壓,延長了路燈的使用壽命,達到了雙重意義上的節能和節費。以常用的高壓鈉燈為例,智能控制方案設計及節能效果分析見表1。

表1智能控制方案設計及節能效果,

6、采用優質高效的照明裝置

6.1合理選用高效、節能的電光源

光源的節能主要取決于它的發光效率。道路照明應盡量選用高光效的光源，還應根據它的顯色指數、使用壽命、調光性能、起點特性等綜合考慮，合理應用。所有的高效光源都有其適用場所，決不能簡單地用同一類節能光源來代替。城市道路照明應根據不同的道路情況，合理使用新一代的節能光源，如用電子節能燈替換白熾燈、LED節能燈替換高壓鈉燈、高壓汞燈等，其光源可按表2選取。

表2 道路照明光源的適用場所

適用場所 光源種類

快速路、市郊道路 低壓鈉燈、高壓鈉燈、LED節能燈

主干路、次干路 高壓鈉燈、金鹵燈、LED節能燈

支路、住宅區道路 小功率高壓鈉燈、電子節能燈、LED燈

市中心、商業中心等對顏色要求較高的場所 金鹵燈、顯色改進型高壓鈉燈、LED燈

6.2采用高效、光通維持率高的燈具

燈具是對光源發出的光進行再分配的裝置，如果光源發出的光能大部分被吸收，能量的利用率太低，必然造成能源的極大浪費。衡量燈具的節能指標是光輸出比L.O.R（燈具效率）。假如一個燈具的L.O.R是0.65，而另一個更高效的燈具的L.O.R是0.79，則在使用同樣的光源、消耗同樣能源的情況下，后者的照度可提高21.5%；而燈具光通維持率的高低決定著照明設計時的初始照度，若有一個燈具的光通維持率為0.6，而另一燈具為0.7，若在同樣場所、條件下使用，則照明設計的初始照度就可降低16.7％。由此可見，選用優質高效、光通維持率高的燈具對照明節能具有重要的意義。

對于道路照明而言，還應使發出的光通量盡可能的落到被照的道路上，即應充分地提高燈具的光通利用系數h。h與燈具的安裝高度H、傾斜角度q、配光方式、燈具效率等有關。同時，為了滿足道路照明對眩光限制的要求，燈具的選擇應嚴格按道路照明標準的規定執行。燈具的選擇應嚴格按道路照明標準的規定執行。燈具及其配光方式一旦選定，合理選擇安裝高度H、安裝間距S、傾斜角度q對提高道路照明質量及光通利用系數h是很重要的。根據筆者多年的經驗，考慮照明各種參數要求、經濟、節能及美觀等因素，S/H按3:1－4:1、傾斜角度q在5－10°之間選取為好，對于氣體放電燈（高壓鈉燈、金鹵燈）其安裝高度按其光通量大小確定，表3列出了各種規格的高壓鈉燈、金鹵燈的最小安裝高度，否則應采取措施如調節q的角度、采取遮擋。

表3 照明燈具的最小安裝高度

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【關鍵詞】光污染；環保節能；城市道路照明；施工與設計

能源問題已成為全球共同關注的問題，能源短缺成為制約經濟發展的重要因素。建筑中的節能設計已得到充分重視，做到合理使用能源、提高能源利用效率，為能源的節約提供了保障。民用建筑是建筑的耗電大戶，近幾年民用建筑電氣節能的重要意義已逐步受到人們的重視。

照明節能設計就是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下，力求減少照明系統中光能的損失，從而最大限度地利用光能。

城市照明好壞對人民生活中有很大的影響。符合視覺功能的照明質量是保障交通安全、社會治安、人們從事生產及文化娛樂活動等不可缺少的條件。這是人類經過長期實踐得出的科學結論，以道路照明為例，我國新修訂的道路照明標準，指導道路照明工作者作出合理的照明設計，為駕駛員提供交通安全性與向導性，同時為步行者創造安全而舒適的環境，方便人民生活，降低犯罪率和美化城市環境，提高夜間道路利用率。道路照明的設計應按照安全可靠、技術先進、經濟合理、節能環保、維修方便的原則進行。下面就安全可靠和節能環保等方面進行展開探討。

1、安全可靠

當照明在城市普及開來的時候，同時也出現了光污染，但大部分人都沒有注意到或對光污染采取有效的防范措施。光污染包括眩光污染、光濫用、色彩失衡等。道路照明設計時，應充分考慮光污染對駕駛員的視覺影響，避免由此引發的交通事故。光污染大部分為產生眩光造成的污染。從眩光的形成過程來看，可以把眩光分為直接眩光和反射眩光。道路照明中的直接眩光來自駕駛員視界中的高亮度或毫無遮蔽的光源，而反射眩光是由視界中的強反射表面所產生的二次反射所造成的。

1.1路燈引起的眩光問題

由于路燈設計不合理，及周邊環境的照明不適當或對向車的照射造成的眩光，使駕駛員的瞳孔縮小、在眼內形成光斑，破壞視覺系統對周圍物理空間的適應狀態，從而引起不適感或視力下降。路燈強光直接照射在駕駛員眼睛上，造成不舒適眩光，雖然對環境的照亮（照亮建筑）可以減輕不舒適眩光，但由于建筑立面照明在下半夜一般都會被關閉，所以我們要在路燈設計中就要考慮解決這些問題，不能因為周邊環境已經有照亮而減輕對不舒適眩光的要求。

1.2強反射面引起的眩光問題

現代建筑有大部分采用了大面積的玻璃幕墻，而且大部分玻璃幕墻的質量都達不到環保的要求，基本上沒有考慮光污染和怎么處理光污染的問題。當建筑的泛光燈及車燈或其他的強光源照到玻璃幕墻上，就會形成一個很強的二次光源，強烈的反射光不僅對周邊環境和人員造成不利的影響，而且還給臨近的道路造成了不舒適的眩光，影響行人和駕駛員的視線，引起交通事故。

1.3另外裝飾性照明也是影響駕駛員視線的又一重要因素

在道路周邊環境的亮化照明和廣告燈光中，照明亮度應與路面及環境亮度協調，不應采用多種光色或多種燈光圖式頻繁變換的動態照明，應防止裝飾性照明的光色、圖案、陰影、閃爍干擾機動車駕駛員的視覺。設置在燈桿上及道路兩側的廣告燈光不得干擾駕駛員的視覺和妨礙對交通信號及標識的辨認。在路燈照明中，顯色性能差也是影響駕駛員辨認物體的主要因素。在主干道路燈照明中，可以采用金鹵燈或其他白色光源的燈具來補償高壓鈉燈顯色偏黃的不足；現在很多廠家的路燈產品都己經有一桿路燈上同時有高壓鈉燈和金鹵燈兩種光源，這樣就可以實現顯色和照度都可以達到要求，并且這種照明方式對于實現半夜燈節能措施也比較好操作，而且不用犧牲太多照度。

2、環保節能

《城市道路照明設計標準》CJJ 45-2006規定：

（1）快速路、主干路、次干路和支路應采用高壓鈉燈；

（2）居住區機動車和行人混合交通道路宜采用高壓鈉燈或小功率金屬鹵化物燈；

（3）市中心、商業中心等對顏色識別要求較高的機動車交通道路可采用金屬鹵化物燈；

（4）商業區步行街、居住區人行道路、機動車交通道路兩側人行道可采用小功率金屬鹵化物燈、細管徑熒光燈或緊湊型熒光燈。

在現有的技術和滿足道路照度的前提下，路燈節能應注意以下幾個方面：

2.1合理選擇燈具，定期維護保養

燈具的主要作用是把光源的光通量分配到需要的方向，以提高光的利用率和避免眩光。一般效率較高的燈具都采用高反射率的材料和先進的工藝制作，如電化拋光的高純鋁板；透光性能好的防護罩，如透光玻璃或有機玻璃；再就是密封性能要好，能防水防塵，盡可能地減少光的損失。燈具的效率是指其對光源光通量的利用率。任何材料制成的燈具對于光源幅射的光通量在經過反射和透射時，其效率總是小于1。假設同一功率的光源，一只配用效率較高的燈具，其光通量的70 %-80%得到利用，另一只配用效率較低的燈具，光通量只有40 %-50%得到利用。兩者比較，效率低的燈具其光源所消耗的功率將近30%白白浪費了，未能發揮其作用，這一點往往被忽視。因此，選擇燈具時應盡量選擇配光曲線好、效率較高的燈具。另外，燈具在使用過程中不可避免地受到污染，如反光器的鋁氧化，防護罩里外積塵生垢等等，勢必造成光的損失，如不定期維護保養，則和上述道理相同，光源所消耗的功率大部分就浪費掉了。所以，選擇燈具時宜選擇防護等級大于IP54以上的燈具，以減少維護工作量。

2.2合理科學的控制開關路燈時間

城市照明啟閉時間準確與否，也是路燈照明節電的一個主要方面。目前，公共照明時間的控制方法大致有：人工控制、時鐘控制、光電控制、微機控制等。除上述照明的控制方法外，還可采取半夜燈，當夜深人靜時，道路上車輛行人稀少，則可自動熄滅一部分燈，如一桿雙火的路燈，在下半夜時可熄滅其中一個光源或者隔盞熄燈，適當降低照明度，減少耗電量；或采用雙功率鎮流器燈具，在下半夜時燈具自動轉換為低一級功率運行。這就要求設計人員設計時，就將半夜燈的控制、線路的敷設等各種因素考慮進去，但降低照度不能低與于照度標準的一個級別。

2.3減少燈具元器件及線路的能量損耗

我們現在采用的路燈大部分是氣體放電燈，都需要采用鎮流器。降低鎮流器的功率損耗也是節能工作不容忽視的一個方面。如250W鈉燈鎮流器質量好的功率損耗只有20-25瓦，而質量差的功率損耗可達40瓦左右。優質電感鎮流器具備阻抗穩定性和伏安性好，功率因數高，功率損耗低等特點，這樣才能穩定燈泡工作電流，延長燈泡使用壽命。如果在選用配套鎮流器時都能注意選用優質產品，那么節能效果還是很顯著的。所以在設計路燈時一定要選擇節能型鎮流器。目前，供電質量不斷提高，電網電壓日趨穩定正常，而到下半夜當用電明顯減少時，供電電壓升高，則照明用電量的功耗也隨之上升。這樣不但縮短了燈泡的壽命，也增加了不必要的能量消耗。

2.4合理的確定照明標準

城市照明節電決不是靠降低照明標準來實現的，應在確保各級道路符合相應的照明標準的前提下講節能。在一項道路照明設計前，首先，確定道路照明等級，根據道路使用功能，城市道路照明可分為主要供機動車使用的機動車交通道路照明和主要供非機動車與行人使用的人行道路照明兩類。機動車交通道路照明應按快速路與主干路、次干路、支路分為三級。我們應按照不同的照明場所進行合理設計，最大限度地利用光能，使被照明環境達到照明標準要求，在適當考慮光源顯色性的基礎上，使用高效光源，是照明節能的重要環節。通常我們需要做出幾種方案進行分析比較，從中選取既經濟合理又節能的方案。以道路照明來講，一般采用較大的安裝高度與間距和大功率的光源，比采用較小的安裝高度與間距和小功率的光源更為經濟合理和節能。

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關鍵詞：道路照明設計 計算機輔助計算 節能

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

良好的道路照明系統可以改善道路交通條件，減輕駕駛員疲勞，并有利于提高道路通行能力和保證交通安全，此外，合理、高效的道路照明系統還可以起到美化城市，并且降低道路照明的單位面積上的電能消耗，減少火力發電的二氧化碳排放，對環境的貢獻也不容小覷。現行的《城市道路照明設計標準》CJJ45-2006自2007年7月1日起實施，對機動車交通道路照明標準值進行了明確、詳細的規定，并且對機動車交通道路的照明功率密度提出了嚴格的要求。這就要求設計人員在進行道路照明設計時進行詳細的計算分析，確定合理的照明方案。目前，城市機動車交通道路路面平均照度的方式主要有手工計算和軟件計算兩種。手工計算有兩種方法：利用系數法計算和逐點計算法計算。利用系數法計算粗糙，且無法確定均勻度；逐點計算法精度雖高，但需要收集大量的燈具資料，計算工作量也很大，不方便。采用照明計算軟件進行照度計算，可以幫助設計人員迅速、準確的確定合理的照明方式，實現最優化的設計，避免或減少照明設計的盲目性。

目前被較為廣泛使用的照明計算軟件當數DIAlux 和Agi32 了。DIAlux 是由德國的DIAL 公司進行開發設計, 目前主要應用于歐洲。近年來, DIAlux 已進入中國的市場, 目前有中文簡體版本, 由于其免費的策略已有很多國人在使用。而Agi32 正式版費用較為昂貴, 在澳洲和美國的一些大學里較為普及, 僅限于英文版本,國內使用者較少。

Dialux 有眾多的著名燈具廠商制作的插件用于支持其軟件。在使用的過程中, 這些插件不僅將燈具樣本進行詳細的分類, 并且對幾乎每個燈具有著詳細的描述和數據記錄, 從光源、色溫、配光曲線到樣本的圖片等， 便于使用者進行查找。在目前最新版本中, Dialux 支持IES 類型的燈具文件格式導入。

DIAlux程序文件可以在官方網站下載中文版，根據筆者的使用經驗，最新版程序穩定性欠佳，在使用一段時間的DIALux4.8之后，發現DIALux4.7.5.0版本更為穩定。程序文件可以在中國照明網-照明設計頻道-設計軟件板塊進行下載。下載完成后進行解壓縮、安裝即可。需要注意的是DIALux軟件本身不含燈具數據，相關的燈具產品數據可以從相應的燈具廠家網站上下載插件，也可以向相關廠家索取產品光盤。為了提高設計效率，建議設計人員安裝常用的燈具目錄，如暫時無法獲取燈具產品插件也可以使用線上目錄進行計算。

運行程序，主界面如圖1所示，選擇新的街道設計案，在任務管理器中輸入街道參數，并根據規范或者燈具使用情況調整維護系數。

圖1

點擊燈具選項卡選擇燈具目錄將相應的燈具加入設計案，也可以從文件菜單導入燈具IES文件。從燈具庫或任務管理器中將燈具文件拖曳置入CAD窗口；之后便可以根據擬定的設計方案選擇燈具排列方式（圖2）、并對燈桿高度、燈臂、燈具傾斜度（安裝仰角）、燈桿間距等參數（圖3）進行設定，參數設定之后點擊開始計算進行計算，短暫的等待之后便可以在點擊報表觀察計算結果（圖4）。

圖2 圖3

如計算結果不滿足規范要求，可以重新選擇配光合理的燈具、并且調整布燈方式或者燈具安裝參數進行計算比較，確定最佳的燈具和布燈方式。

高效合理的照明設計是實現技術節能的核心環節，根據規范合理的確定道路照明等級、選擇燈具和光源類型以及確定燈具安裝參數是道路照明設計節能的關鍵，隨著計算機技術的不斷發展和照明技術的更新換代，新的照明產品不斷涌現，在設計中合理地運用計算機進行輔助計算可以迅速的提高道路照明設計的精確度、避免了燈具選擇的盲目性，有效地提高了道路照明的能源使用效率，避免了燈具選擇和安裝參數設置的盲目性，節能效果顯著。

圖4

參考文獻

[1] 《城市道路照明設計標準》 CJJ45 — 2006

[2]DIAL 公司網站. /

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關鍵詞：道路照明配電系統接地方式

中圖分類號：U491.5+3 文獻標識碼：A

1 概述

城市道路照明是城市安全、城市道路交通正常運作的重要保證，同時也是城市商業、文化發展以及活躍人們生活的需要，甚至是城市的一道景觀。

道路照明的主要功能是為機動車道和人行道提供必要的亮度和照度，以及符合行駛要求的照明質量。保證實現這個功能的基本前提就是安全用電。

安全用電涉及多方面的技術內容和管理維護要求，本文僅就道路照明低壓配電系統的接地方式問題進行探討。接地方式和配電線路保護關系到以下兩個問題：

（1）使維護人員和廣大行人免遭電擊的危害；

（2）保證道路照明的正常運行，防止電路故障（短路、接地等）導致線路損壞，減少不必要的停電。

2 低壓配電系統的接地方式和應用狀況

2.1 接地方式種類

按我國標準和國際電工委員會（IEC）標準，低壓配電系統接地方式分為以下三類：

2.1.1 TN方式

電源端（配電變壓器低壓側中性點）直接接地，用電端（用電設備外露導電部分）通過一條導線連接到電源端中性點。由于連接導線的方式不同，又可分為下列三種：

（1）TN-C：利用配電線路的中性線（N）作接地連接線，稱為PEN線；

（2）TN-S：增加一條專用的連接導線，即PE線；

（3）TN-C-S：以上兩種的綜合，前半部采用TN-C，后半部采用TN-S。

2.1.2 TT方式

電源端直接接地，用電端也直接接地。

2.1.3 IT方式

電源端不接地（或高阻抗接地），用電端直接接地。

建筑物內低壓配電系統，過去多采用TN-C方式，近20多年隨著現代化、信息化進程，和更高的安全要求，TN-C方式存在很多缺點，采用TN-S、TN-C-S以及TT方式越來越多，運行可靠性要求特別高的設備，IT方式也有應用。

2.2 道路照明配電系統的接地方式應用狀況

如前述，在建筑物內采用TN-S及TN-C-S方式比較多，但處于室外環境的道路照明，條件不盡相同，使用TN-S仍然不能完全保證安全。其中一個重要因素是室內環境要求作等電位聯結，作為防電擊的重要措施之一；而處于室外環境的道路照明則難以作等電位聯結，這是TN-S廣泛應用于建筑物內，而不適宜于室外的主要原因。在已經有較完善的剩余電流動作保護器的今天，有條件采用TT方式，對于道路照明更符合安全要求。

3TN-S方式用于道路照明的問題

3.1 可能導致電擊的不安全因素

TN-S方式，燈具、電桿、電器盒等的外露導電部分是通過PE線連接到配電變壓器中性點而接地，當該變壓器其他部分發生對地直接連接之類故障時，保護電器難以斷開，故障電流經大地流到變壓器接地極回到中性點，致使中性點電位升高，此電位經過PE線傳至燈桿等處露導電部分；除非變壓器接地電阻非常小，此電位就有可能超過安全電壓限值（通常為交流50V，而對戶外照明，考慮雨天等條件，應為交流25V）。由于故障電流很小而無法使保護電器動作，因此不能完全保證安全。

3.2 配電線路保護的靈敏性難以滿足要求

道路照明負載分散，配電線路較長，當線路末端發生接地故障時，其故障電流往往較小，難以使線路首端的保護電器（熔斷器或斷路器）動作，不能切斷故障電路。為了說明問題，舉一個具體例子說明。

設定一回配電線路，供電給60基電桿的路燈，每桿裝一只400W高壓鈉燈，安裝功率26.4kW（含10%鎮流器功耗），單燈設補償電容，cosφ=0.85，用三相線路供電，線路計算電流達47.2A。選用25mm2電纜，保護電器用63A熔斷器或用63A斷路器（長延時脫扣器電流63A，瞬時脫扣器315A）。

若線路長1000m，經計算末端接地故障電流僅為幾十安培，無論用熔斷器還是帶瞬時脫扣的斷路器，均不能按規定時間斷開。

按《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）的規定：TN方式用63A熔斷器，要求在5s內切斷，則接地故障電流（Id1）不應小于5倍，即315A；用斷路器時，不應小于其瞬時脫扣器整定電流的1.3倍，即315×1.3=409A。

如果將線路截面加大到銅芯35mm2，PE線也加到35mm2，則Id1可達150A左右，和規定要求仍相距甚大。既便是線路縮短到500m（僅14~16基桿），還是不能滿足上述要求。

可見TN方式用于道路照明配電線路，一般難以滿足保護靈敏性要求，將導致不安全因素。

4 TT方式用于道路照明的優勢

4.1 TT方式保護動作更靈敏，安全更有保證

TT方式的接地故障電流（Id1）比TN方式更小，使用熔斷器或斷路器更不能滿足規范要求，所以應選用剩余電流動作保護器，這種保護器的動作電流僅為幾十、以至幾百毫安，最大達幾安培，容易使之動作，更能保證安全。

4.2 節省一根PE線

附加一個好處，是TN方式，不設PE線，比TN-S方式省了一條線，對三相配電線路，選用四芯電纜（或架空線）即可。

TT方式要求燈桿接地，由于多數使用金屬燈桿，有良好接地條件，使用鋼筋混凝土桿，接地條件也較好。TT方式的接地電阻要求不高，比之TN方式要求重復接地，并不會增加費用。

5TT方式采用剩余電流保護的整定

在室內，剩余電流保護用于TT方式，和TN方式的插座回路，以及供移動式、手持式用電設備的回路，一般線路較短，大多在幾米到幾十米。為了保護直接接觸，而導致電擊，要求動作電流不超過30mA，有些特殊場所整定值要求更小。由于線路短，正常泄漏電流較小，一般不致引起正常運行時誤動作。

道路照明情況大不相同，一回配電線路延伸幾百米，乃至千多米，在這種條件下，如果保護動作電流還整定為30mA，正常運行時，泄漏電流較大而導致跳閘，實屬必然之事。有的使用單位反映誤動作太多，就不足為奇了。

怎樣整定剩余電流保護器的動作電流（In）值呢？應符合以下兩方面要求：

（1）接地故障時應保證可靠動作

按GB50054-2011的規定，剩余電流保護的動作電流In應符合下式：

Id1≥1.3 In （1）

一般說In值整定到幾百毫安，甚至1A，接地故障電流Id1大于其1.3倍，是不難滿足的。

（2）正常運行時，應保證不會動作

為實現這項要求，整定值In應符合下式：

In≥（2.5~3.0）IL（2）

式中，IL—正常運行條件下，線路和燈具等可能產生的最大泄漏電流。

式（2）中的2.5~3.0倍是保證不會誤動作的可靠系數。因為剩余電流動作保護器的動作電流為In，而保證不會動作的不動作電流Ino為In的50%。必須使In值大于正常泄漏電流的50%，并留有必要余地，才能保證不誤動作。

通常選用25mm2左右的銅芯電纜，估算每km的泄漏電流IL約為30~50mA，線路長度在800m以內時，In可取100mA；線路長度在2000m時，In值不應小于300mA。可見，不論具體條件，一律取30mA，是不能保證正常運行的。

6 結論意見

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一、小區道路及景觀照明設計的原則

住宅小區的道路及景觀照明設計應結合建筑物、道路地形環境、人流等進行綜合性設計，必須充分考慮到照明的可視性、導向性、安全性、動態光景及環境氛圍，必須遵循經濟實用、節能環保的原則，而且應與當地經濟水平相適應，并充分考慮照明系統對人的影響、對交通的影響，保證安全，防止光污染。

二、小區道路及景觀照明設計的流程

1、小區道路及景觀照明設計的前期準備

首先就是要對小區整體道路和景觀的方案圖紙進行詳細研究，重點是小區整體的風格和布局。了解小區主次道路、停車位及部分重點休閑廣場區域景觀的各自使用功能；了解小區廣場、道路的鋪裝圖案及所有村料；了解綠化植物的形狀、大小、高度，這樣才能根據各自的功能去設計安裝相應的照明燈具。

2、小區道路及景觀照明方案設計

通過初步照明設想進行深化設計，如各種燈具安裝位置及數量、光源的選定；照明控制箱的數量及安裝位置；照明回路的控制方式；電源接入點總用電負載的確定，然后與業主就有關照明方案、燈具選型、投資造價等方面進行綜合論證，經過調整與修改后最終確定照明設計的方案。

3、小區道路及景觀照明施工圖設計

小區道路及景觀照明施工圖應包括如下內容：路燈及景觀照明平面施工圖、所選用各種燈具的樣品規格彩圖、燈具基礎安裝圖、景觀構筑物照明立面剖面圖、配電箱系統圖、電氣施工設計說明等。

三、小區道路及景觀照明的類型

1、小區主、支道路的路燈照明

住宅小區內道路照明一般采用中桿道路燈及庭院燈。路燈的高度應根據路燈的布置方式、道路的有效寬度、燈具配光及光源功率等來確定。燈具之間的距離與燈具的安裝高度有關，安裝高度高，間距可相應擴大。路燈間距一般在30米左右，光源通常選用暖色光的高壓鈉燈或節能燈。在小區道路路燈照明設計時，應結合各景觀點及路徑合理布置各燈位點，達到良好的照明及導向效果。燈具選型要結合整個小區的近代建筑氣息，選配協調、美觀的庭園燈具，從空間與平面上美化小區景觀，同時在夜色中讓行人有良好的安全感。

2、小區中心景觀廣場照明

中心景觀廣場是小區內的人員活動休閑中心，也是照明設計的重點。其照度需達到200LX―350LX，以保證夜間此范圍的照度明顯高于周圍建筑物光色上考慮到休閑娛樂性，也可用彩色燈光美化。用高顯色性泛光照明來突出局部構筑物造型和色彩，照明設計應將燈具的造型、亮度、及顏色與周圍的環境協調一致。在燈具的選擇上，應做到美觀大方，造型生動，并盡量避免眩光。有小溪水流的地方，可配合安裝一些側壁燈及少量的水下LED射燈。在當今綠色照明已日益被重視的情況下，應注重照明節能新產品的使用，除特殊部位要求外，常用的泛光燈、地埋燈、射樹燈盡量選用LED光源。考慮到人員相對集中，對燈具的接地及漏電保護應加以重視。

3、步行小道及雕塑照明

住宅小區樓間部分的步行小道邊加裝草坪燈可能起到點綴環境的作用，其間距根據小道寬度一般在5―10米。草坪燈的特點是數量較多、分布范圍較大、單燈功率小，一般光源采用節能燈或LED。小區內的雕塑、涼亭或大樹可采用局部投光燈的照明方式。

四、小區道路及景觀照明供電和控制

1、照明供電 由于小區燈具光源的功率及供電半徑都不是很大，而且負荷容量也是不很大時，應設一臺配電控制箱為宜。配電箱的安裝位置盡可能安裝在小區中間部位，要安裝在靠近電源附近，并能方便地敷設配電電纜進線出線和以后的檢修更換。燈具采用TT接地形式，最好除單獨設置接地極以外還需接地聯網。

2、照明控制 當前由于配套住宅小區點多、面廣、量大的特點，很難做到全部納入無線監控管理系統實行統一集中控制，因而大多在控制箱內采取安裝微電腦經緯度時鐘控制器進行開關燈。對大的小區安裝遙控節點實行集中控制和半夜燈管理模式。

在我國現代的城市建設中，一個個新建的住宅小區占據著舉足輕重的地位。因住宅小區是人們日常生活的重要場所，所以它的環境對人們的生活質量會產生很大的影響。現在建設的小區，多數環境優美，設施配套齊全，戶型合理，居住舒適，深受廣大居民的喜愛。住宅小區道路和景觀照明作為小區環境的一部分，越來越受到社會的關注。要充分體現小區人性化設計理念，完善照明功能，達到最佳照明效果。

參 考 文 獻

篇10

關鍵詞：道路照明；配電系統；接地保護；保護要點；道路建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2017）11-0265-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.133

道路照明系y是一項系統復雜的工程，隨著城市建設不斷加劇，城市道路照明系統越來越完善，道路照明系統的主要功能是為機動車道和人行道提供必要的亮度以及符合行駛條件的照明質量。為了實現這個功能，則必須要實現安全用電。接地方式對照明系統的安全性和穩定性有很大影響，在照明系統設計過程中必須要加強接地設計，做好接地保護，使得道路照明配電系統可以正常、安全運轉。

1 道路照明配電系統的接地概述

道路照明配電系統設計過程中，接地設計是一個十分關鍵的環節，接地方式以及配電線路的保護關系會直接影響電路的使用性能。加強對接地方式的合理選擇，可以維護行人免遭電擊，同時還能保證電路能夠正常運行，防止出現電路故障。在道路照明配電系統設計過程中，常見的電路故障有短路、接地，這些故障會直接導致線路損壞，出現電路異常。為了減少這些故障的出現率，必須要加強對道路照明配電系統的接地方式以及接地保護設計。根據我國的實際情況以及國際電工委員會標準，在道路照明配電系統的接地設計過程中，常見的接地方式有以下三種：

1.1 TN方式

TN接地方式的特點是：電源端，即配電變壓器低壓側中性點需要直接接地；用電端，即用電設備外露導電部分需要通過一條導線連接到電源端中性點。由于導線的連接方式不同，又可以分為如下三種，第一，TN-C，直接將配電線路的中性線作為接地連接線；第二，TN-S，在線路連接過程中要增加一條專用的連接導線，即保護線；第三，TN-CCS，以上兩種方式的結合，一般前半部分采TN-C連接，后半部分采用TN-S連接。

1.2 TT方式

TT接地方式是直接將電源端中性線接地的方式，用電端保護線一般也直接接地。

1.3 IT方式

IT接地方式的特點是：電源端中性線不接地或者高阻抗直接接地，用電端保護線可以直接接地，但是兩者之間不相連。

對于建筑電氣設計而言，傳統的低壓配電系統的接地方式一般都為TN-C，隨著電氣行業的不斷發展，信息化進程不斷推進，TN-C方式的缺點也越來越明顯，為了提高電路的安全性與穩定性，當前采用TN-S、TN-C-S以及TT方式進行接地更為普遍，而且電路運行過程中的可靠性和安全性更高。

2 TN-S接地方式存在的問題

2.1 可能導致不安全因素

采用TN-S的方式進行接地，燈具、電感以及電器盒等外露導線部分都是通過PE線連接到配電變壓器中性點的，因此當變壓器的其他部分出現直接對地連接，保護電器很難斷開，因此故障電流會經過地的傳輸流到變壓器的接地極，然后回到中性點，使得中性點的電位升高，因此導致不安全因素存在。

2.2 配電線路保護的靈敏性不滿足要求

道路照明配電系統中的各種荷載是分散開的，配電線路很長，尤其是在末端，很容易出現故障。當配電線路的末端發生接地故障的時候，其故障電流一般比較小，很難刺激線路首端的保護電器產生相應的保護動作，不能切斷故障電路。例如某個道路照明配電系統，要供電給60個電桿的路燈，每一個電桿上安裝的是規格為400W的高壓鈉燈，安裝功率26.4kW，假設每個燈的補償電容為cosφ=0.85，在配電系統中使用三相線路進行供電，通過計算可以得到線路的電流為47.2A。線路的電纜選擇的是截面為25mm2的電纜，保護器采用63A熔斷器或用63A斷路器，根據低壓配電設計的相關規定得知，如果采用63A的熔斷器，則發生故障的時候必須要在5秒之內對故障進行切斷，因此接地故障電流至少為保護器電流的5倍，但是這個例子中的線路長度為1000m，故障電流達不到要求，即使增加了電纜截面面積，縮短線路距離，當末端出現故障的時候也不能及時響應，配電線路的保護靈敏度不夠。

3 道路照明配電系統接地設計

在道路照明配電系統的設計過程中，不能單純地采用一種接地方式，而且應該要根據實際情況對接地方式進行選擇。在室外環境中，具體地理條件、電網結構條件都不相同，因此如果電路設計過程中單純使用TN-S也不能保證安全。在實際施工過程中，可以從以下三個方面著手考慮：

3.1 采用TN-S系統接地

從上文的分析中可知，TN-S方式雖然具有一定的缺陷，但是在室外道路照明配電系統的設計過程中，依舊可以采用這種方式，只是需要注意相關問題：第一，其接地故障電流必須要足夠大，一般要為百安級；第二，要對線纜的質量進行控制，盡量增加線纜的面積。

3.2 采用TT方式進行接地

在室外道路照明配電系統的接地設計中，采用TT接地方式要比TN-S接地更穩定，能夠滿足接地故障的安全要求。在TT方式中，一般要采用剩余電流保護的整定，在室內電路設計中，為了防止直接接觸電氣設備而導致觸電，一般要求動作電流不超過30mA，在一些特殊的環境中有特別需求，一般要求的電流整定值應該更小。在室外道路照明配電系統的設計過程中，由于配電線路的長度很長，一般都是幾百米甚至上千米，因此保護動作電流必須要提升，如果保護動作電流太小，由于泄露電流較大而導致跳閘以及使用單位反映誤動的情況時有發生。

在TT接地方式中必須要對電流保護器的動作電流值進行整合，電流值應該要滿足兩個方面的要求：第一，按照相關規定，剩余電流保護動作電流值應該為整定電流值的1.3倍。通常來講，將整定電流控制在幾百毫安甚至是1A，接地故障電流大小必須要滿足這個要求，才能實現有效保護；第二，在正常運行過程中應該要保證保護電器不會動作。在保護電路中，由于線路接地故障，當出現電流的時候也有可能會導致保護器的誤動，尤其是在設備正常運行的時候出現這類情況，會對線路的工作質量產生嚴重影響。為了實現這個目標，電流的整定值應該要滿足相應的關系：In≥（2.5～3.0）LL，在這個關系中，LL是在正常運行條件下線路和燈具可能出現的最大泄露電流，將整定電流的值控制在泄露電流的2.5～3倍以上，則可以保證線路不會出現誤動作。

例如某道路照明配電系統工程，采用截面大小為25mm2的銅芯電纜，通過預估計算得出每千米的漏電電流大約為30～50mA，該照明系統的長度為800m，將整定電流控制在100mA可以滿足要求，但是如果電路長度增加，則必須要對整定電流值大小進行提升，不能小于300mA。

3.3 對接地保護設備以及線纜質量進行控制

在室外道路照明配電系統設計過程中，由于室外環境的特殊性，不僅要對電路的接地方式進行合理設計，還應該要對電路的保護設備以及線纜質量等進行控制，以此提高線路的安全性與穩定性。例如對于I類電擊防護等級的用電設備，其接地故障保護一般要采用兩種方式：一種是安裝過電流保護器，比如斷路器、熔斷器等，還可以安裝剩余電流動作保護器，一旦發生故障能夠及時將故障回路切除；另一種是采用等電位聯結，降低接觸電壓的大小，但是這種方式在室外施工難度較大，因此一般采用第一種方式進行接地保護。

4 結語

綜上所述，道路照明配電系統接地設計是配電系統的重要環節，為了提高系統運行的安全性，必須要加強對接地方式的合理選擇，在室外環節中適宜采用TT接地方式，同時要對故障保護電器進行合理選擇，提高道路照明配電系統的安全性與穩定性。

參考文獻

[1] 任元會.道路照明配電系統接地方式和線路保護的探討[J].建筑電氣，2007，（7）.

[2] 李澤平.室外道路照明配電系統的接地型式及保護[J].電氣工程應用，2008，（1）.