城市道路照明電氣設計常見問題探討

李建云

摘 要:針對城市道路照明電氣設計中常見的問題,如長距離配電保護,電纜截面選擇,燈具選擇,配電設備選擇等問題進行探討,通過實例計算,深入說明照明電氣計算在工程設計中的重要性,對今后電氣設計工作有一定參考價值。

關鍵詞:單相短路短路容量斷路器箱式變電站遠程監控系統光源

中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0123-02

改革開放以來,我國的城市照明發展很快,對完善城市功能,改善城市環境,提高人民生活水平發揮了積極作用。作為城市道路照明設計現行設計標準,《城市道路照明設計標準》CJJ45-2006對照明標準、光源和燈具的選擇、照明設計、照明供電和控制以及節能措施等方面做了較詳盡的規定和要求,標準提出“安全可靠、技術先進、經濟合理、節約能源、維修方便”五項設計原則。本文就城市道路照明電氣設計中遇到的幾個常見問題的探討對修訂工作能起到一點幫助。

1電纜選擇—— 電壓降引起的照明質量下降與單相短路電流不滿足電氣保護靈敏度要求對電纜截面選擇孰輕孰重。

(1)在道路照明配電中,由于配電線路較長,配電線路零序阻抗較大,同時引起電壓偏移和單相接地(零)短路電流相對較小兩個問題。電壓偏移將對照明質量產生直接影響,根據有關設計規范規定,燈具的端電壓允許電壓偏移值不超過額定電壓的105％,對于道路照明,低壓照明線路的末端電壓不應低于額定電壓的90%或不應低于始端電壓的95%。而對于單相接地(零)短路電流相對較小的問題,現有的熱磁式自動開關瞬時過電流脫扣器的整定電流值一般較難滿足開關可靠動作的靈敏性要求。單相電流短路危害電流危害,主要在于短路電流小,使得電氣保護元件不能技術切斷短路電流,從而造成電纜發熱燃燒,甚至產生局部電弧放電引起火災,嚴重危害電氣系統正常運行。所以合理選擇電纜配電長度和電纜截面,對于路燈照明供電設計至關重要。

由于單相接地電流較小,現有的熱磁式斷路器瞬時過電流脫扣器的整定電流值最小為3倍脫扣器額定電流,一般較難滿足靈敏性的要求。如用過電流長延時脫扣器做后備保護,容易使電纜長時間過電流,輕則燒毀電纜,重則引起火災。由于道路配電屬于單相配電,即使配電中盡量使三相平衡,零序電流仍較大,也不能使用另加零序保護裝置的措施。按“JB1284－73”的規定,非選擇型配電用斷路器的瞬時過電流脫扣器的整定電流值為10倍脫扣器額定電流(可調式為3～10倍),只具有瞬時過電流脫扣器的斷路器,其脫扣器整定電流值為1～3倍或3～8倍脫扣器額定電流。遺憾的是,至今尚未查到如上面規定提到的只具有瞬時過電流脫扣器的熱磁式斷路器產品,包括像ABB,Schneider,Moeller等國外大公司也無此類產品。目前解決這個問題的辦法:(1)加大電纜截面,降低配電線路的零序電阻和電抗,一般道路照明設計中,線路電壓降都能滿足規范要求,在不影響投資和施工難度的情況下,這不失為一個好辦法。(2)使用電子式脫扣器,其保護短路時磁脫扣可最小做到1.5倍脫扣器額定電流。能滿足保護要求。(3)減小配電距離,以滿足電氣保護可靠性,具體做法可參照根據單相短路電流確定配電最小距離的相關資料。

(2)電壓降計算。在長距離配電設計中,電壓降引起的照明質量下降與單相短路電流電氣保護靈敏度要求相比,對電纜截面選擇決定性的影響也較大。如果考慮高壓鈉燈加裝電容器進行無功功率就地補償,單相短路電流電氣保護靈敏度要求的問題尤其突出。所以,二者統籌合理,才能做到設計經濟合理。

2配電設備選擇

(1)短路電流與計算電流相結合,同時應考慮相關設計規范,正確選擇配電斷路器。

現在一般道路大多采用斷路器保護,本文也只考慮斷路器保護。對于道路照明配電斷路器的選擇,主要應結合短路電流與計算電流進行選擇。

通常,道路照明供電電源由電力公網引高壓電源到照明專用變壓器,變壓器的容量不大,一般在80kVA～250kVA之間,即使高壓電力系統短路容量按照無限大考慮,變壓器低壓側短路電流也不大。假設以下兩個條件:1.10kV側線纜阻抗忽略不計,短路容量無窮大,這樣短路電流大小僅取決于前級變壓器容量的大小。2.04kV側的變壓器保護主斷路器和低壓母線上的阻抗也不加考慮,使低壓母線三相短路電流也僅取決于10/0.4kV變壓器容量的大小。低壓側短路電流可按下式估算。

Id=100Ie/Uk%其中Ie=Se/(1.732xUe)

計算結果如表1。

根據短路電流,在滿足電氣保護的要求下,合理選擇斷續器類型,如適當選用微型斷路器,而不是一味采用塑殼斷路器,可以大大節省設備投資。

(2)美式箱變與歐式箱變的選擇及注意的問題。

道路照明配電中心多采用箱式變電站,它們具有成套性強、體積小、占地少,能深入負荷中心、提高供電質量、減少線路損耗,縮短送電周期,選址靈活、對環境適應性強,且能美化城市環境、安裝方便、運行可靠及投資少、見效快等一系列優點,所以組合式變壓器有著廣闊的使用范圍,是城市建設的必需設備。現今箱式變電站主要分兩類:組合裝置型(又稱歐式箱變)和一體型(又稱美式箱變)。

歐式箱變是將變壓器及普通的高壓電器設備裝于同一個金屬外殼箱體中,變壓器室溫很高,引起散熱困難,影響出力;另一方面歐式箱變在箱體中采用普通的高壓負荷開關和熔斷器、低壓開關柜,所以歐式箱變體積較大。美式箱變與歐式箱變結構上不一樣。從布置上看,其低壓室、變壓器室、高壓室不是目字型布置,而是品字型布置。從結構上看,美式箱變分為前、后兩部分:前面為高、低壓操作間隔,操作間隔內包括高低壓接線端子,負荷開關操作柄,無載調壓分節開關,插入式熔斷器,油位計等;后部為注油箱及散熱片,將變壓器繞組、鐵芯、高壓負荷開關和熔斷器放入變壓器油箱中。避雷器也采用油浸式金屬氧化物避雷器。變壓器取消油枕,采取油加氣隙體積恒定原則設計密封式油箱,油箱及散熱器暴露在空氣中,沒有散熱困難。低壓斷路器采用塑殼斷路器作為主斷路器及出線斷路器。由于結構簡化,美式箱變的占地面積和體積大大減小,由于其體積很小再加上只是一側開門,其所需占地面積僅是歐式箱變的1/4,體積僅為同容量歐式箱變的1/5～1/3。國產化美式箱變在低壓側加裝低壓配電柜,增加低壓保護及計量方式功能,更能滿足國內用戶的需要。所以使用這種箱變的場合也越來越多。

由于箱式變長期處于太陽的直曬下,影響塑殼斷路器的散熱,使得斷路器不能正常開斷負載及短路電流,易引發高壓側故障。所以室外使用箱式變時布置位置也需要設計注意。

3燈具光源選擇

目前道路照明中較多采用的是高壓鈉燈,它光效高(100lm/W),黃光透霧性好,視覺敏銳度也較高。由于道路照明的亮度一般為1～2cd/m2。對眼睛來說是處于中間視覺狀態。此時視網膜桿體細胞和錐體細胞同時起作用。若采用白色的金鹵燈(短波光線多)照明有助于邊緣視覺(桿體細胞為主)發揮作用,對周圍環境的視覺信息靈敏度高。近年來,隨著制燈工業的進步,金鹵燈光效日益提高(>100lm/W),壽命已達到上萬小時,且它的顯色性好,故在道路照明中應用已日益增多。特別是居住區內的道路采用小功率金鹵燈照明已相當普遍。市中心,商業區等對顏色識別要求高的道路也宜采用金鹵燈。

光源的選擇不能簡單化,單一化,要貫徹以人文本的設計思想,結合具體工程情況,合理正確選擇光源。

4照明控制的設計標準

標準中涉及照明的控制只有三條內容,能滿足照明控制基本要求,但已不能適應現今技術發展要求。城市照明的管理水平,應該隨技術與經濟的發展同步發展,逐步完善管理,可以節約降耗,節省運營成本。建立道路路燈照明的遠程監控系統,應該是城市公共市政管理的必然要求。道路路燈照明的遠程監控系統是結合了現代化的通訊手段、計算機技術、自動控制技術、網絡、多媒體技術的控制系統,可實現對道路路燈照明系統的遠程監測和控制,系統建設規模可根據當地經濟情況靈活擴充,進而實現對周邊的景觀照明、建筑泛光照明等照明系統的遠程監控,從而實時掌握照明系統運行狀況,快速發現照明系統故障,提高照明系統運行質量。通過GPRS/GSM、無線電臺、ADSL、CDPD、光纖以太網等多種通訊方式,實現各配電中心的聯網,滿足中心調度監控功能。

參考文獻

[1] CJJ45-91.《城市道路照明設計標準》[S].中國建筑科學研究院.

[2] 天津大學《電力系統繼電保護原理》.電力工業出版社出版.

[3] 蘇文成.《工廠供電》.機械工業出版社出版.

[4] 航空工業部第四規劃設計院,等.《工廠配電設計手冊》[M].水利電力出版社出版.

[5] 李興林,等.《注冊電氣工程師考試輔導教材及復習題解(供配電專業技能部分)》[M].中國建筑工業出版社.