城市道路照明电气设计研究_黄婷.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程15城市道路照明电气设计研究黄 婷黔南民族职业技术学院，贵州 黔南 558000摘要：城市道路的照明是城市照明工程中最关键的构成部分，是衡量当前城市现代化发展水平的重要标志。道路照明不仅关系到城市的夜间美观性，而且与人们的夜间出行安全性息息相关。研究证明，照明系统相对稳定和安全的城市道路，交通事故的发生概率较低，同时，城市的犯罪概率也会有所降低。由此可见，城市道路照明的构建和维护对城市居民的安全生活和交通出行意义重大。文章主要分析了城市道路照明电气设计中存在的问题，并且探讨了城市道路照明电气设计的技术要点，希望能够为保障城市道路照明系统的稳定运行提供参考。关键词：城市道路；照明设计；电气设计分类号：TU113.6+660引言随着我国城市的现代化建设步伐不断加快，为满足不同区域之间经济和文化方面的交流要求，城市道路的建设规模在不断扩大，人们对城市交通建设的要求也更加严格1。为确保城市内部交通道路运行的安全性和稳定性，需要加大对城市道路周边配套基础设施的投入和建设力度。作为城市道路最关键的基础配套设施，路灯具有照亮夜间城市、美化城市形象的作用。因此，道路照明电气设计是城市道路建设基础，优质的道路照明电气设计需要考虑路灯的光照程度、光照分布均匀性及眩光限制程度等，只有合理地设置路灯的空间分布及光照程度，才能为交通出行起到良性的诱导作用2。目前，我国许多城市的道路照明电气设计存在不规范的问题，尤其是一些偏远的中小型城市，道路照明电气设计不规范为夜间行车的安全埋下了巨大的隐患。因此，进一步探讨城市道路照明电气设计中存在的问题、找到针对性的解决对策成为维护城市夜间行车安全性、保障城市形象美观性的重要切入点3。1城市道路照明电气设计中存在的问题1.1 装饰性的照明设计影响驾驶员视线道路照明的亮度应当与路面环境、背景环境的亮度相互协调，不可采用变色灯光或不同频率灯光的动态照明方式，同时，在照明设备的周边也不能存在彩色光、显眼的图案、闪烁的灯光及阴影，以免干扰驾驶员的视觉。目前，很多厂家已经开始采用白色光源灯具解决区域照明灯光颜色偏暗的问题，也可以在同一个路灯上同时安装金卤灯和其他颜色的光源，这样能够满足显色度与照明度相互协调的照明要求。这种设计方式不仅能够实现区域路灯照明的节能性目标，同时设计的流程也极为简洁4。目前，我国许多一线城市的商业发展程度极高，尤其是在一些较完善的商业区域，道路周边环境亮度较高，还掺杂着一些广告灯光。城市道路照明灯光与道路两侧广告灯光的共同作用会干扰驾驶员的视觉，导致驾驶员对交通信号的识别不够及时。在很多中小型城市的道路照明灯的设计中，很多照明灯的显色性能较差，影响了驾驶员辨别前方物体。1.2 眩光问题1.2.1 路灯照明引发眩光问题许多城市的路灯空间排布不合理，路灯周边的背景环境与路灯的光照度不匹配，可能对行车中的车辆驾驶员产生远光照射，形成眩光问题。强力的灯光直射会导致驾驶员的瞳孔急剧缩小，并在眼睛内部形成大量的光斑，严重影响驾驶员视觉系统对周边空间的辨别和认知能力，甚至还会引发驾驶员瞬间视力下降等问题，严重地影响驾驶员的行车安全5。虽然可以采取照亮路灯照明系统背景环境的方式来减缓眩光问题，但是考虑到大多数建筑物的照明系统在后半夜会被关闭，在路灯设计中必须着重考虑路灯照明带来的眩光问题。作者简介：黄婷，女，本科，讲师，研究方向为电气工程及其自动化。文章编号：2096-9317（2023）01-0015-03 照明工程 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明161.2.2 反射面引发眩光问题目前，许多一线城市的高层建筑都选用大面积的玻璃幕墙作为外墙壁，大多数玻璃幕墙的材质无法达到照明安全需求和环保需求，施工人员也没有考量过夜间行车的光污染问题，这样就会导致玻璃幕墙在夜间其他建筑物反光或车灯照射的情况下形成强烈的二次反射光源。这种玻璃幕墙带来的强烈反射光源不仅会影响周边的行人和驾驶员，还会将光源折射到邻近的道路上，产生让人极不舒适的眩光问题，极容易引发交通事故。2城市道路照明电气设计流程首先，在城市道路照明电气设计工作中，必须考虑城市道路的空间分布状况与道路的基本建设规格。例如，需要提前了解道路的路面宽度、两端道路中间的隔离带规格、非机动车及人行道的空间分布状况、路面建设过程中应用到的材料、材料对光源的反射系数等。然后，需要根据道路的具体铺设状况和空间分布状况确认路灯的设计规格，选择合适的光源、灯具、照明功率、空间排布方式及路灯灯杆等。通常情况下，在城市道路照明电气设计过程中，路灯的空间设计方式大致可以分为对称设计、交错设计、单侧设计、丁字路口设计、十字路口设计及中央设计等类型。具体的灯光设计方法，应当根据道路排布状况选择。除此之外，在设计的过程中，还要确认不同路灯灯杆之间的距离，并根据道路的宽度设计路灯灯杆的高度、条臂的长度、灯具倾斜的角度等。最后，要计算照明系数，根据照明系数的计算结果评价光源的照射效果，并根据评价结果进行反复的修改和调整，最终找到符合道路规格和空间排布状况的路灯设计方案6。3城市道路照明电气设计要点3.1 配电系统的设计城市道路照明具有安全性较强、稳定性要求较严格的特征，在城市道路照明电气设计过程中，必须采用路灯系统专用的变压器供电电缆。通常情况下，电缆的整体承载能力与低压断路器的整定电流有密不可分的关系，二者只有相互协调和配合，才能确保电缆供电的稳定性和安全性。考虑到线路供电需要断路器作为继电保护，在工程建设的过程中，设计人员必须掌握断路器安装和设计的基本要求。电缆的设计与断路器的安装看似简单，但是在实际的设计图纸中极易出现细节性的问题，如经常会出现导线允许持续通过的载流量低于保护导线的断路器的整定电流的问题。因此，应当重视电缆和断路器的设计工作。首先，需要按照电力线缆的负荷量计算通过电力线缆的荷载电流，并确认保护断路器的整定电流。其次，按照电流的载流量选择导线的规格，如果通过的整定电流值较大，导线的规格也要有所变动，这样才能确保在导线运行的过程中断路器能够保护导线的安全。除此之外，在电力线缆的设计过程中，需要严格遵循供配电系统设计规范（GB 500522009）中的相关要求。在通常情况下，根据我国对供配电系统设计的相关规范要求，城市道路照明末端区域的电压偏差值不得超过 5%，而电力线缆配电箱供电线的截面也不得超过 35 mm2。为确保电力线缆的运行安全性，城市道路照明灯电缆通常会直接埋设在地下，通过电缆直埋的方式避免电缆受到外力冲击或恶劣天气带来的影响7。3.2 光源的选择目前，在城市道路照明系统中常见的光源包括高压汞灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、大功率 LED 灯具、高频率无极灯等类型。3.2.1 高压汞灯高压汞灯具有灯源照射效率较高、后续维护管理较便捷、使用寿命较长等优势。但是，高压汞灯整体的显色性能不足，更加适用于住宅小区内部、小巷子或一些大面积的照明区域，并且在应用过程中还需要与其他灯具相互配合形成混合光源，这样才能够确保光照的明亮度。3.2.2 高压钠灯高压钠灯具有光效较高、穿透雾气的性能较强、后续使用周期较长的优势，并且光源在长期使用条件下不会衰减。虽然钠灯的灯色较灰冷，显色程度不强，但是在城市道路照明和公园、广场照明中还是以其独特的优越性得到了广泛的应用。3.2.3 低压钠灯低压钠灯具有显色度较低、穿透雾气性能较强的特征，但考虑到低压钠灯的颜色极为灰冷，其只能被应用在一些对照明显色性要求不强的区域，对于区域能见度要求较高的高速公路和郊区公路，这种灯光并不适用，通常情况下，需要与其他的光源混合应用才光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程17能达到要求。3.2.4 金属卤化物灯金属卤化物灯的整体发光效率远远不如钠灯，但是其整体的显色性能比高压汞灯与钠灯高出许多，因此，金属卤化物灯更加适用于一些对显色性要求较高的区域，如热闹的商业街、城市的重要主干道、夜间运动场所等区域。3.2.5 大功率 LED 灯具大功率 LED 灯具相对来说视觉效果极为逼真，并且发光频率极高，在灯源反射后的损耗也较少，具有寿命极长、耗电能源较低的优势。除此之外，大功率LED 灯具对周边的光污染基本为零，并且在后续的使用过程中具有极强的稳定性，更加符合目前我国城市道路建设过程中对照明系统的绿色环保与节能方面的要求。3.2.6 高频率无极灯高频率无极灯具有环保性较强、使用寿命较长、基本无频闪、使用高效等优势，在应用过程中，高频率无极灯的节能降耗效果极为显著，因此，特别适用于一些对照明安全性要求较高的场所。除此之外，考虑到高频率无极灯的使用寿命极长，其适用于一些换灯成本较高换灯操作较困难的区域8。3.3 灯具的设计城市道路照明的灯具应当根据城市道路区域的照明水平、眩光设计的要求进行选择。通常情况下，城市道路的眩光系数的评价过程较复杂，需要经过大量的计算，才能最终得到合适的眩光系数。城市道路照明灯具按照不同的强度，大致可以分为截光型灯具、半截光型灯具及非截光型灯具三大类。在的城市道路照明电气设计工作中，出于对道路行车安全性的考量，对眩光系数有极严格的要求，因此，大多数的道路都会采用截光型灯具或半截光型灯具，然后通过一定的设计遮挡，减少眩光带来的危害，避免驾驶员的视觉系统在行车过程中受到影响9。在城市道路照明电气设计过程中，应尽可能地选择一体化安装的灯具，在一体化安装的灯具中，灯具的触发设备、电容设备基本上都在灯具的内部。此外，应当选择配光曲线合适、发光效率较高的灯具。在每单位长度使用数量相同的条件下，发光效率较高的灯具的照明水平较高，从长远的角度来看，发光效率较高的灯具相比于效率较低的灯具来说后续的维护成本更低，虽然其应用投入单价较高，但是能够降低后续安装过程中对灯杆周边配套设施的投入，可以在节能环保和后续运维方面节省一大笔开销，相对来说经济性较高。在城市道路照明电气设计过程中，还应当注重对灯具外壳颜色的选择，要确保灯具、灯杆外壳的颜色与周边的背景环境相互协调。尤其是处在同一道路区间的灯具，应尽可能采用统一的样式，这样不仅能够增强城市道路的美观性，还能够发挥对驾驶员的方向诱导作用10。3.4 保护系统的设计考虑到城市道路照明系统需要安装在露天条件下，极容易受到恶性天气带来的负面影响，如在雷电等恶性天气下容易引发电击事故，而且灯具容易受到外力损伤或由于绝缘性能不足而引发触电事故。因此，在设计过程中，可以采用 TN-S 系统，确保整个系统的中性线与保护线之间相互分隔。4结束语综上所述，城市道路照明电气设计工作关系到城市道路的美观性、驾驶员的行车安全性，在设计过程中必须结合当地的实际路况选择合适的灯具、配电系统、供电系统及光源，通过灯具与配套设施之间的相互协调，确保城市道路照明系统运行的稳定性和节能性。参考文献1 雷龙,盛杰.渝中区城市功能照明线路电气安全现状及防护措施分析J.光源与照明,2022(4):162-164.2 严永红,叶珍光,玉凯元,等.基于交通安全的道路照明设施景观化研究J.中国安全科学学报,2022,32(10):154-161.3 周华安,郑瑶,何湘桂.城市道路照明自适应节能控制算法与监控系统J.湖南大学学报(自然科学版),2021,48(8):19-26.4 陈晓莉,王志铎.基于ZigBee的道路智能照明控制系统设计J.现代电子技术,2019,42(12):72-75.5 张玉宝,董礼,张国英.基于Taguchi方法的LED路灯道路照明研究J.激光杂志,2019,40(5):94-98.6 郭百泉,孙鹏涛.城市道路照明电气设计常见问题及优化措施J.光源与照明,2022(2):39-41.7 朱首俊,刘青.道路照明采用TN-S系统时线路保护器的选择J.电世界,2022,63(6):38-41.8 周畅.剩余电流保护器在道路照明工程中的应用J.电气开关,2022,60(5):76-80.9 吴玥含,马子钦,李驰昊,等.城市道路照明变压器配置优化方法研究J.照明工程学报,2022,33(