城市路燈照明供配電、接地及控制設(shè)計

摘要：城市的路燈照明供配電系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)建設(shè)的一部分，路燈照明系統(tǒng)與城鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量是息息相關(guān)的，為了保證城市居住環(huán)境，城市需要對路燈照明供配電、接地及控制等進行設(shè)計上的優(yōu)化。本文從路燈照明設(shè)計的角度出發(fā)，對城市路燈照明供配電、接地及控制等設(shè)計進行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：城市路燈;照明系統(tǒng);供配電;控制

隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)逐漸完善，為保證城市居民的生活質(zhì)量，在城市路燈方面也投入了大量的資金，對城市路燈照明供配電、接地及控制等進行優(yōu)化設(shè)計，確保城市路燈照明系統(tǒng)不會出現(xiàn)問題，為市民的夜間生活環(huán)境提供光亮，為市民出行提供便利，為城市的亮化、美化做出貢獻。

1 城市路燈照明系統(tǒng)供配電的設(shè)計

1.1 供配電方案設(shè)計

在設(shè)計供配電方案時，首先要考慮路燈的供電電源，在滿足供配電的前提下，選擇經(jīng)濟方面和使用方面性價比最高的供配電設(shè)計方案。當前路燈照明系統(tǒng)供配電的設(shè)計主要有兩種，每種路燈照明供配電系統(tǒng)所適合的供配電環(huán)境不同，因此需要按照實際情況進行分析，選擇最適合的供配電方案。第一種直接引入380V的低壓專線進行供電，這種供電方式對供電線路長度有要求，城市不能超過250米，農(nóng)村不超過500米;第二種引入10kV的高壓專線對道路專門供電，在引入位置設(shè)置的節(jié)能變壓器將各個供電線路接入到道路的路燈照明控制箱，完成對路燈照明的供電及控制工作，這種方案較適合應用在城市道路的路燈照明系統(tǒng)供配電設(shè)計中^[1]。

1.2 供配電線路設(shè)計

城市路燈照明供配電線路的設(shè)計工作主要考慮幾點因素：供配電線路的鋪設(shè)、供配電系統(tǒng)的控制以及供配電線路的負荷。供配電線路的負荷計算主要考慮四個方面：城市路燈照明的用電負荷、城市道路交通信號燈的用電負荷、城市道路中各類景觀照明燈的用電負荷以及城市道路兩側(cè)發(fā)光廣告牌的用電負荷。實際的用電負荷應該計算這四方面的用電負荷總值，然后保證供配電線路的總負荷量高于用電負荷總值。城市路燈的照明控制基本實現(xiàn)自動化，根據(jù)實際需求設(shè)置路燈照明的時段，如隧道區(qū)域的路燈照明則需要24小時照明，而其他地區(qū)的路燈照明可以設(shè)置為天黑之后，具體照明時間可以根據(jù)季節(jié)的變換進行適當調(diào)整，然后設(shè)置好檢修箱定期進行檢修即可。供配電線路的敷設(shè)要按照規(guī)范要求“最末端燈具電壓不宜低于其額定電壓的95%”。

1.3 接地保護設(shè)計

TS-N接地形式是電源有一點（通常是中性點）直接接地，負荷側(cè)的電氣裝置的外露導電部分通過保護線（即PE線）與改接地點連接的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中保護線PE與中性線N是分開的;路燈接地系統(tǒng)中由于低壓配電距離較長、漏電保護要求靈敏度高、允許電壓損失在一定的范圍內(nèi)，在城市道路照明中，燈具布置較分散，整個配電系統(tǒng)的線路比較長，當系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，故障電流比較小，可能會無法直接切斷系統(tǒng)故障電路，無法對線路首端的保護電器產(chǎn)生保護作用。

TT接地形式是電源有一點（通常是中性點）直接接地，裝置的外露導電部分接至電氣上與電源接地點無關(guān)的接地極的系統(tǒng)。道路照明系統(tǒng)通過保護線（即PE線）與改接地點連接的系統(tǒng)。采用的是電源端和用電端均直接接地，單燈設(shè)置接地裝置（接地極）與路燈基礎(chǔ)、燈桿、燈具等均可靠連接;TT接地形式采用帶漏電保護的保護開關(guān)，設(shè)計時需要設(shè)定額定動作電流。接地故障發(fā)生很突然，瞬間故障電流會很大，剩余電流動作保護器在切斷故障電流的時間內(nèi)，TT系統(tǒng)接觸電壓達101.2V，因此剩余電流動作保護器必須采用瞬時（小于0.1S）切斷，以保護行人安全，在路燈配電系統(tǒng)中剩余電流宜采用100mA。

接地保護系統(tǒng)的設(shè)計是非常必要的，接地保護可以采用電流保護裝置，原理為使用斷路器對線路中的電流進行切斷，切斷電流然后接地故障可以解決，這種方式對斷路器的要求比較高，因為要控制切斷電流的時間，所以斷路器必須能對切斷電流的操作及時響應。TT接地形式將每一個路燈都連接在接地保護裝置中，TT接地形式接線中接地極使用的是鍍鋅角鋼，鍍鋅角鋼的電阻要求不能高于10Ω，因此可以有效對供配電線路接地保護^[2]。

2 城市路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計

城市道路照明控制系統(tǒng)的設(shè)計就是對路燈的控制設(shè)計，路燈的控制，主要采用的是時間開關(guān)控制（時控器）、光電控制、經(jīng)緯度智能控制、單燈控制（調(diào)光、單燈）等方式：時間開關(guān)控制是跟隨季節(jié)的變化來進行時間控制;光電控制根據(jù)天氣、日照強度等變化來進行控制，存在著誤動的可能性;經(jīng)緯度智能控制依據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的規(guī)律，確定所在位置的天黑天亮時間，根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度自動調(diào)整控制時間，適用地區(qū)范圍：東經(jīng)0-180度，北緯0-90度。控制器存儲了全國各地365天的日出日落時間，可隨經(jīng)度、緯度和季節(jié)變化作合理的控制。并可根據(jù)需要進行全夜的半夜設(shè)定，可獨立的進行自動/手動轉(zhuǎn)換，便于用電設(shè)備的檢修或重大慶典的需要。具有RS485通訊接口， Modbus通訊協(xié)議，可實現(xiàn)城市道路照明的集中控制與管理，是采用較多的一種;單燈控制主要是在燈具內(nèi)部配置控制模塊實現(xiàn)，單燈控制的實現(xiàn)需要明確單燈監(jiān)控終端之間的通信方式。目前有兩種主流的方式：電力線載波通信（有線方式）和無線通信（以ZigBee較為常見）。

電力線載波通信（PLC）

電力線載波通信是利用現(xiàn)有的低壓供電線路作為傳輸媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種通信手段。?

電力線載波通信應用于單燈系統(tǒng)有其天然的優(yōu)勢。其一，完全利用現(xiàn)有路燈電力線路，單燈終端可安裝于燈桿內(nèi)部，在一個路燈配電變壓器區(qū)域只需要一個單燈集中器（也可集成在RTU中），不會對路燈設(shè)施造成任何破壞，非常適合城市路燈的施工環(huán)境;其二，信號傳輸與線路走向無關(guān)，不受外界環(huán)境影響，通信穩(wěn)定可靠。

無線通信（以ZigBee較為常見）?

根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，其特點是近距離、低功耗、低復雜度、自組織和低數(shù)據(jù)速率。?

經(jīng)過多年的探索，ZigBee技術(shù)在單燈系統(tǒng)中也取得了成功應用，但其自身特點決定了ZigBee技術(shù)應用于單燈系統(tǒng)存在明顯的局限性。首先，近距離、低功耗的特點使其易受外部環(huán)境的影響，造成通信不穩(wěn)定，如大型交通工具、惡劣的天氣等;其次，無線通信需要不受屏蔽的發(fā)射天線，施工中一般需要在燈桿上鉆孔伸出天線，不可避免會對路燈設(shè)施造成破壞，同時也增加了施工難度。?

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，上述兩種通信方式均已成熟，在組網(wǎng)能力、路由深度等純技術(shù)方面以及生產(chǎn)成本方面沒有明顯差距;單燈系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)廠家，為了滿足不同的市場需求，其產(chǎn)品一般都支持上述兩種通信方式。

3 城市路燈照明的設(shè)計

隨著技術(shù)的發(fā)展、物聯(lián)的應用通過對路燈運行參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)測分析，提高路燈精細化管理能力?，系統(tǒng)可對每一盞路燈桿上的路燈的電壓、電流、功率因數(shù)、亮燈時間等運行參數(shù)和亮滅、補償電容有效性等狀態(tài)進行實時“在線巡測”，通過分析生成路燈運行報表，借助GIS（地理信息系統(tǒng)）對路燈故障進行精準定位，指導運維人員進行主動運維和定向維修，改變以前主要依靠人工巡檢、熱線報修的運維方式，實現(xiàn)精細化管理。?路燈運行的調(diào)控，實現(xiàn)“按需照明”、節(jié)能運行;

根據(jù)時間、路段、天氣等條件設(shè)定合理的單燈運行方案，通過“隔盞亮燈”、“關(guān)輔道燈”以及單燈調(diào)光、降功率運行等方式，在保證照明質(zhì)量的前提下進行靈活的單燈節(jié)能調(diào)控，有效降低路燈照明用電量，實現(xiàn)節(jié)能減排，實現(xiàn)"遙控、遙測、遙信"功能。

4 結(jié)語

城市道路照明的主要目的是用于提高夜間車輛行駛和行人行走的安全性，防止發(fā)生交通事故。合理設(shè)置，可以改善交通條件，減少駕駛疲勞，提高道路通行能力，有效減少交通事故。城市道路照明凸顯城市形象，給人們帶來了溫暖。所以，城市路燈照明供配電的設(shè)計要求比較高，對供配電系統(tǒng)在電壓負荷、接地故障防護等方面均要做好設(shè)計工作，要結(jié)合城市的實際供配電情況，對城市路燈供配電系統(tǒng)、控制、管理做出合適的設(shè)計方案。

參考文獻：

[1]楊棟.論述城市道路照明系統(tǒng)中供配電設(shè)計的重點[J].居舍，2020（07）：67.

[2]楊皞，杜毅威.民用建筑備用照明和安全照明設(shè)計探討[J].建筑電氣，2019，38（12）：19-24.

[3]郭文俊，顧瀟.城市路燈照明供配電控制設(shè)計分析[J].自動化應用，2018（11）：93-94.

作者簡介：劉海全（1982-），男，本科，高級工程師，從事設(shè)計工作。