城市道路照明設計淺析

李嬌

（惠州市廣業市政工程設計有限公司，廣東惠州 516000）

1 市政道路實際案例

某新建市政道路位于某新開發產業園區，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動車道（1.5 m）+人行道（2.5 m）+樹池帶（1.5 m）+機動車道（7.5 m）+機動車道（7.5 m）+樹池帶（1.5 m）+人行道（2.5 m）+非機動車道（1.5 m）=26 m。

2 路燈高度及間距計算

1）市政道路照明設計時，需首先考慮合理的布燈方式，常見的布燈方式為雙側對稱布置、雙側交錯布置、單側布置、中心對稱布置等，案例中市政道路機動車道寬度為15 m，無中分帶，無法按中心對稱布置；若采用單側布置，對側人行道照度難以滿足要求，因此，可采用雙側對稱布置或者雙側交錯布置，考慮到交錯布置均勻度效果差，且擬建項目位于工業區，周邊輔助照明設施少，推薦采用均勻度效果較好的雙側對稱布置。

2）路燈采用雙側布置時，道路的有效寬度為實際路寬減去兩個懸挑長度，懸挑長度為燈具的光中心至臨近一側緣石的水平距離，即燈具伸出或縮進緣石的水平距離。擬建項目的單側機動車道寬度為7.5 m，懸挑長度暫定為1 m，計算出桿高后，可以結合桿高做適當調整，由此計算出道路有效寬度Weff=15-2.0=13 m。

3）道路照明燈具根據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，截光型燈具由于光的橫向延伸受到抑制，致使道路周圍地區變暗，幾乎感覺不到眩光，同時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。擬建項目為次干路，本次推薦選用半截光型燈具。

4）當采用半截光型燈具、雙側對稱布置路燈時，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拉大安裝間距，以節約工程投資，綜合以上因素考慮，本次推薦安裝高度采用9 m。

5）考慮到案例項目的單側人行道及非機動車道寬度為1.5+2.5+1.5=5.5 m，靠機動車道側燈具輻射無法滿足人行道非機動車道照度要求，需設置人行道側路燈，安裝高度需與機動車道側燈具協調，本次推薦采用6 m安裝高度。

6）當采用半截光型燈具、雙側對稱布置路燈時，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，可適當調整間距。

綜上所述，擬建項目的路燈參數詳見表1。

表1 標準路段設計選定數據表格

3 照度及功率密度值計算（利用系數法）

3.1 機動車道照明計算

項目位于新開發區，采用瀝青路面，周邊主要為廠區，無光源輻射，考慮夜間行車的安全性及舒適性，根據表2中機動車道照明標準值，路面照度推薦選用高檔值20 lx。

表2 機動車道照明標準值

平均照度：

式中，E為道路照度；P為路燈整燈功率；L為發光效率；N為路燈參數對稱布置時取2，單側和交錯布置時取1；U為利用系數；K為維護系數；B為路面寬度；D為燈桿間距。

當路面照度選用20 lx時，路燈功率P＝EBD/（LNUK）=（20×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=97.4 W，故擬建項目機動車道側路燈推薦選用100 W LED，平均照度E＝（PLNUK）/（BD）=（100×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=20.53 lx，滿足規范要求。

由此可計算照明功率密度值LPD=NP/（BD）=（2×100）/（15×30）=0.44 W/m2，符合CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》中關于城市次干路照明功率密度≤0.80 W/m2的節能標準[1]。

3.2 人行及非機動車道照明計算

擬建道路周邊主要為工業園區，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動車道照度標準，根據表3中人行及非機動車道照明標準值，照度標準為7.5 lx。

表3 人行及非機動車道照明標準值lx

當路面照度選用7.5 lx時，路燈功率P＝EBD/（LNUK）=（7.5×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=36.5 W，故擬建項目人行及非機動車道側路燈推薦選用40 W LED，平均照度E＝PLNUK/（BD）=（40×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=8.2 lx，滿足規范要求[2]。

4 接地系統

根據CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及驗收規程》第7.2.5，道路照明配電系統中，采用TN或TT系統接零和接地保護，PE線與燈桿、配電箱等金屬設備連接成網，在任一地點的接地電阻不應大于4 Ω[3]。

擬建項目道路照明配電系統接地形式推薦采用TT系統。所有燈桿、燈具須與燈桿基礎鋼筋牢固連接，作為接地裝置，接地電阻應不大于4 Ω，以實測為準。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，以實測為準。本工程所有電氣設備外露導電部分均采用保護導體與保護接地干線相連接。接地裝置的焊接及搭接長度應符合國家有關規范規程的要求。所有接地系統所用角鋼、扁鋼等均應熱鍍鋅處理[4-5]。

5 單相短路電流的計算和靈敏度校驗

擬建道路線路長約800 m，按上述計算，路燈間距為30 m，對稱布置，路燈功率為（100+40）W，LED燈，道路沿線設置有800/30=27套路燈，單側機動車道功率為100×27/1 000=2.7 kW，單側人行及非機動車道功率為40×27/1 000=1.08 kW，道路總電總量為（2.7+1.08）×2=7.56 kW。考慮設計路段及周邊路段照明安裝容量，同時考慮為景觀、公交站臺、監控、廣告等預留適當容量，一體式箱變設計容量為80 kV·A，箱變采用D，yn11接線變壓器，電源由獨立的10 kV回路供電。

考慮到擬建項目位于工業園區，下半夜人行通行量需求不大，推薦機動車道側路燈采用全夜燈照明方式，人行及非機動車道側路燈采用半夜燈照明方式。

擬建項目設置4條回路進行路燈供電，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靈敏度，即以N1回路計算負荷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-保回路進行計算，當線路最末端發生單相接地故障時，該相-保回路中，共有高壓系統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。本次計算參考《工業與民用配電設計手冊》（第四版）“第四章短路電流計算”有關數據，計算有關電路元件的阻抗：

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

2）變壓器阻抗，查手冊可知，10/0.4 kV變壓器高壓側系統短路容量選為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；

根據上述查表有關數據，可以計算出：

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回路計算電流為2.7/（1.732×0.38×0.9）=4.56 A，回路開關選用B型10 A斷路器，B型斷路器瞬時脫扣動作電流I2=5.5×10=55 A，可得最不利回路接地故障靈敏系數K=Imin/I2=76.12/55=1.38＞1.3，保護靈敏度符合規范要求[6-7]。

6 結語

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