城市道路照明供電電壓與控制的優化研究

廖元兵

摘要：我國城市道路里的照明燈具在節約電力方面有很大的潛力。由于路燈在不同電壓下的光電參數和壽命長短特性有很大差異，所以可以推算出城市里道路照明燈具在不同情況下的最合適的供電電壓，上半夜的最佳電壓即為額定電壓，下半夜的最佳電壓則要略小于額定電壓為200V。可以通過這一原理組成V/V0變壓器-路燈的照明節電系統裝置，這一系統不用增加變壓器或電抗器等控制設備，更利于城市中的安裝和使用。

關鍵詞：照明供電系統；單相變壓器；節電

引言：

城市中的道路照明節電主要包括幾個方面：貫徹落實照明的標準，適度的道路照明更合理，不應該過度明亮；選用具有高效能的燈具和光源，設計更加合理的照明；控制方式要合理的選擇。目前最理想的操控的方法是降低下半夜的燈具上的電壓大小，同時使光源的光通量一起下降，也就是影響燈具光通量的相關因素都減小到相同的程度，這樣既確保了道路照明燈具的功能，又可以做到節省電壓，符合現代的節約環保理念。

一、城市道路照明的設計

（一）照明系統的管道設計

一般來說，綜合型城市在建設時最注重的就是美觀一體性和用電安全，在我國城市道路照明系統中，工作人員主要使用埋地管線的方式進行配電干線。設計者可以采取的鋪設方式有直埋和綜合管溝等，一般最常采用的是其中的鎧裝直埋和穿管直埋兩種方式。鎧裝直埋一般情況下會應用在路燈管線和路基的一體施工中，這樣的方式既節省了人工造價，又可以縮短工程的工期。但是容易產生后期維護不便的現象，所以在工期較短或資金不足時會優先考慮這一方式。穿管直埋是把鋼管等管道預埋在道路的結構層下面，直接設置接線井，工期雖然很長，但是有利于后期維護工作的進行，節約了道路的建設周期。

（二）照明系統的接地設計

城市道路照明系統有很多常用的接地方式，使用頻率最高的就是TN-S系統。傳統的接地系統并不適用于城市道路照明系統中，因為其沒有附設變電所，而是附設了一些專用的變壓器，并由專業的饋電線直接供電，且如果在城市道路照明系統中使用傳統的接地系統，必須在電源一側增加設置一個或多個漏電保護裝置，而普遍的道路照明設計中的相關漏電保護裝置會裝設在機控變壓器附近，通常是變壓器的出線斷路器處，所以并不考慮使用傳統接地方式。

我國電力系統的常用中性點接地方式有很多，但在城市道路照明系統中一般會優先采用中性點直接接地的方式，這一方式的優點是中性點接地系統可以承受相電壓水平的對地絕緣能力，且所需的安全距離較小，使用的材料少，相關技術人員的生命安全可以得到有效保證。

（三）照明系統中的配電設計

城市道路照明系統是配電三級負荷里極為重要的負荷之一，并由于照明容量過大需要安裝專業的變壓器。在供電時，應該盡量讓三相負荷互相平衡，以便減小不平衡電流對道路照明系統的影響。

（四）照明系統中的照明設計

依照等級，城市道路可分為快速路、主干路、次干路、之路和居民區道路等。由于道路區域大小劃分不同，所以對照明節電也有不同的要求，其中對主干路的要求最為嚴格。也可以根據道路的橫斷面形式和道路設計等，選擇不同的設計方式。

二、照明降壓節電的相關技術

在現在的城市中，城市照明與道路照明逐步融為一體，增加了城市中道路照明的市場規模。在未來幾年內，道路照明即將發展成為城市照明市場，二者合二為一，主要包括了城市的夜景、公共、商業和道路照明等。城市的道路照明即將變為含有極高生長性且科技含量不斷增加的大型客觀的市場。在設計路燈供電線路時，工作人員為了防止在送電過程中出現線路損耗太大現象，也為了避免在大量用戶的用電高峰時出現電壓過低而路燈無法及時點亮的現象，所以人工規定了路燈的變壓器次級輸出電壓應該至少高于額定值的5%以上。由于電網出現持續波動的狀況，所以在午夜的用電低谷時段，電網的電壓會更加高。在下半夜的城市路燈電壓一般情況下都會超過額定電壓，甚至有時會超過230V，這樣一來就會加大最多22%的耗電量。在接近午夜時分，城市道路中的車輛數目及交通擁擠程度已經達到了低谷，行人也就更加稀少，此時也剛好是電網的用電負荷的負荷低谷，導致電網的電壓不斷持續升高。而電網電壓的不斷提升，一定會導致城市中路燈的光通量達到最大，使得路面照明度顯著提高。這不僅浪費了大量電能，還使燈泡和其它附件的使用期限不斷縮減。道路的照明節電在很多方面都有巨大潛力，除了挑選高效的道路燈具外，還要更加嚴格地實行半夜燈模式。在保證城市道路照明的基礎上，城市道路照明節電技術主要采用降低燈具的供電電壓，也可以采取在深夜時不斷降低燈具上的供電電壓的方式，同時適當把路面的亮度降低等方法，來達到節電的目的。

三、優化城市道路照明的供電電壓

根據目前的發展來看，城市道路照明的點光源為高壓鈉燈和金屬鹵化物燈具等高強度氣體不斷釋放點光源。北京、成都、廣州和深圳等一線城市都使用的是由西班牙生產的NE裝置，且出現了很好的節能效果。NE裝置是專門用來調節高強度氣體放電燈的智能節電裝置，它的主核心是一個多抽頭類型的變壓器，設置了電子控制器和穩壓的電源并把它們調控成一套的配備裝置。它可以依據操控指令，自動將電壓壓制到可運行的電壓。根據西班牙巴塞羅那的照明實驗室提供相關的數據可推測，在不斷降壓的方式下，操控NE智能照明裝置可以節省近一半的電量，而有效功率并無大幅度下降。在使用高壓鈉燈或由其它氣體放電燈具組成的城市道路照明系統中，考慮到末端電壓持續下降的前提，在午夜時段進行節電運行應該把供電電壓壓低在10%內，這樣的操作是最佳的選擇之一。下半夜的最佳供電電壓是200V，在選擇200V電壓時，可以降低燈電流，極大程度上提高了節點的效率；同時也使照明燈具的使用壽命有所延長，降低了人力、物力的維修成本。在這一電壓的供電下，高壓鈉燈的照度和通光量都有所下降，但是照明的質量和均勻程度并沒有受到影響，也沒有出現諧波等不良影響。

四、優化城市道路照明的控制

我國城市內目前采用的照明節電器械基本是電磁式的，主要元件有自耦變壓器、電抗器和補償變壓器等。工作人員可以用系統的軟件來操控調壓調光的分時段進行，以便快速達到節電省電的目的。在我國上海的潘登公司開發研制了名為GGDZ的照明穩壓節電柜，其由補償和調節變壓器、主電路等六個技術單元互相組合構成了新型的照明節電產品，該產品主要以智能機械穩壓為主要核心。這一類型的城市道路照明節電器都必須增加大型笨重的自耦變壓器或補償器等，這些商品都太過昂貴，且控制的技術過于復雜，所以沒有得到大范圍推廣使用。最近人們推出一種全新的供電電壓自動轉換的V/VO-V/V變壓器的城市路燈照明節電系統。這種城市照明系統不用增加自耦變壓器、電抗器或者補償變壓器等設備，只要把城市路燈的專業變壓器做一些V/VO接線，然后在下半夜時段，通過光-電子控制器自動使變壓器二次側的中性線及時斷開，變為V/V接線即可，使城市燈具的電壓從相電壓可以自動變化為線電壓的一半。因為在下半夜時期，變壓器二次側的線電壓至少為400V，這樣就更加有利于實現城市照明燈具供電電壓從額定電壓下降直至最佳電壓。

結束語：

設計者可以結合有關設計經驗，對城市的道路照明系統進行全新設計。隨著我國社會的不斷發展與進步，居民更加注重自己的生活質量，而道路照明與城市居民的生活息息相關，規劃合理完善的城市道路照明系統，不僅可以提升居民生活水平，更為城市的新型發展提供了有力的保障。在日后的發展中，城市道路照明系統還會得到更深入的研究，以便為社會進步提供更大的支持。

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