淺析道路照明工程低壓配電電纜截面選擇

摘 要：文章介紹了道路照明工程低壓配電電纜截面選擇的一般方法，結合道路照明工程的特點，推導出電纜截面選擇方法的簡便計算，探討了道路照明低壓配電電纜截面的選擇需要著重注意的問題及解決辦法。

關鍵詞：道路照明；低壓電纜截面；設計

市政道路照明是城市夜景照明的一部分，其主要功能是為各種車輛的駕駛人員以及行人創造良好的視覺環境，良好的道路照明設計方案，不僅可以提高道路交通安全和運輸效率，還可以方便市民生活，降低犯罪率，同時又能起到美化城市環境的作用。由于道路照明具有單套路燈功率不大、供電距離長的特殊性，在道路照明設計中，低壓配電電纜的選擇對照明的安全性、經濟性影響巨大，而低壓配電電纜截面的選擇尤為重要。文章將就道路照明設計中低壓配電電纜截面的選擇作一些探討。

1 按允許溫升選擇

所謂按允許溫升選擇電纜截面，就是說當電纜通過負載電流時，線芯溫度不應超過電纜絕緣所允許的長期工作溫度，即電纜允許的持續工作電流應不小于線路的工作電流。按該方法選擇電纜截面時，還要考慮電纜通過不同的散熱區段及電纜的敷設方式等對電纜線芯工作溫度的影響。

2 按機械強度選擇

電纜截面的選擇應滿足機械強度的要求。根據《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）第3.2.2款的規定，絕緣導體穿導管敷設或在槽盒中敷設時，銅導體的最小截面是1.5mm2，鋁導體的最小截面是10mm2。道路照明低壓配電電纜一般是穿管埋地敷設，電纜截面由于要滿足電壓損失等要求，一般截面較大，機械強度基本都滿足要求。只是要注意配電系統中性線的截面不應小于相線的導線截面，且應滿足不平衡電流及諧波電流的要求。而保護接地線也必須要有足夠的機械強度，其材質應與相線的材質相同，當相線截面在35mm2及以下時，保護接地線的最小截面不應小于相線的截面，當相線截面在35mm2以上時，保護接地線的最小截面不得小于相線截面的一半。

3 按短路熱穩定選擇

電纜截面滿足短路熱穩定條件，即要求在短路保護設備切斷短路電流之前，電纜應能承受短路電流對導體和連接件產生的熱作用和機械作用危害。根據《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）第6.2.3款規定，當短路持續時間不小于0.1s而且不大于5s時，絕緣導體的熱穩定應按下式進行校驗：

S？叟■■

式中：S-絕緣導體的線芯截面，mm2；I-短路電流有效值（交流方均根值），A；t-保護電器自動切斷電流的動作時間，s；k-系數，按《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）公式（A.0.1）計算或保護導體按表A.0.2～表A.0.6確定、相導體按表A.0.7確定，對于1kV及以下銅芯交聯聚乙烯絕緣電纜相導體取143。

目前，道路照明工程中配電保護電器較多采用斷路器，而斷路器瞬時脫口器的全分斷時間極短，一般在10～20ms，甚至更小，都小于0.1s，按《低壓配電設計規范》（GB50054-2011）規定，當短路持續時間小于0.1s時，應計入短路電流非周期分量對熱作用的影響。上面的公式并不適用。這種情況下要求導體k2S2值應大于電器廠家提供的電器允許通過的I2t值，以保證電器在分斷短路電流前，導體能承受包括非周期分量在內的短路電流的熱作用。目前，市場上的塑殼斷路器多是能夠快速開斷、有限流作用的斷路器，在熱穩定校驗中，除了涉及系統和電纜本身的因素外，斷路器自身的電氣性能也需進行考慮。按其具體參數進行計算，往往能使熱穩定計算結果更加準確和經濟。

根據經驗，道路照明配電變壓器一般容量不大，低壓配電保護電器多選用具有快速開斷能力的限流型塑殼斷路器，且低壓配電保護電器的額定電流較小，低壓母線配出線短路電流小，而低壓配電電纜由于要滿足電壓損失等要求，截面往往選的較大，滿足短路熱穩定的要求并不難。

需要注意的是，由于道路照明低壓配電線路較長，接地故障電流較小，對于TN-S接地型式的配電系統，低壓短路保護電器往往難以滿足接地故障靈敏性的要求。這時需要采取提高接地故障電流值的措施，比如可以選用零序阻抗更小的D，yn11接線組別變壓器取代Y，yn0接線組別變壓器，可明顯增大單相接地故障電流；加大低壓配電電纜的相導體及保護接地導體截面；采用帶短延時過電流脫扣器的斷路器，因為對于同一斷路器，短延時過電流脫扣器整定電流值通常只有瞬時過電流脫扣器整定電流值的1/5～1/3左右，所以更容易滿足要求，這時要求單相接地短路電流值不小于短延時電流整定值的1.3倍；當然，還可以采用帶零序電流保護或剩余電流保護的斷路器，采用剩余電流保護比零序電流保護的動作靈敏度更高。

4 按電壓損失選擇

電流沿電源、線路流向照明燈具，由于電源和線路存在阻抗而產生電壓損失，使線路負荷端發生了電壓偏移，即實際電壓與額定電壓有了偏差。電壓偏差可能是負值（實際電壓比額定電壓小），也可能是正值（實際電壓比額定電壓大）。在道路照明設計中，大部分情況下電壓偏移是負值。道路照明燈具只有在額定電壓下使用才具有最好的使用效果及壽命，否則將使燈具運行效果變壞。

（1）總的允許電壓損失，計算公式如下：

△U=

式中：U-燈具的額定電壓（V）；U0-變壓器的空載電壓（V）；ΔUS-燈具允許的負電壓偏移的相對值（%），根據《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）第6.1.3款規定，正常運行情況下，照明燈具端電壓應維持在額定電壓的90%～105%，即ΔUS=10%；ΔU-總的允許電壓損失（%）。

（2）變壓器內電壓損失計算公式如下：

△uT=？茁（ua×cos？漬+ur×sin？漬）

ua=■

ur=■

式中：？茁-變壓器負荷率，根據《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）第6.1.4款規定，配電變壓器的負荷率不宜大于70%；ua、ur-變壓器短路電壓的有功分量及無功分量，（%）；uT-變壓器的短路電壓，（%）；cos？漬-負荷的功率因數，根據《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）第7.2.4款規定，氣體放電燈線路的功率因數不應小于0.85；△PT-變壓器的短路損耗，（kW）；SrT-變壓器的額定容量，（kVA）；△uT-變壓器內的電壓損失，（%）。

（3）線路上的允許電壓損失，可按下式計算：

△uL=△u-？琢△uT

式中：△uL-線路上的允許電壓損失，（%）；？琢-變壓器空載電壓U0與線路額定電壓U之比。

（4）線路實際電壓損失計算

道路照明燈具基本沿全線均勻分布，即每一負荷點具有相同的功率及功率因數等特性、負荷的分布距離也大致相等，而且低壓配電電纜截面相等。若照明配電系統采用三相四線制，并且按L1、L2、L3……的方式換相接燈具，可基本達到三相平衡，線路電壓損失可按電流矩計算。根據《工業與民用配電設計手冊》相關內容可知，接三相平衡負荷用電流矩表示時，線路電壓損失公式如下：

△u%=■■[（R′■cos？漬+X′■sin？漬）IiLi]=■（ua%IiLi）

式中：△u%-線路電壓損失百分數，%；△ua%-三相線路每1A·km的電壓損失百分數，%/（A·km）；U■-標稱線電壓，kV；R0、X0-三相線路單位長度的電阻和感抗，Ω/km；cos？漬-負荷的功率因數；I-負荷計算電流，A；L-線路長度，km。

對于道路照明這種沿全線均勻分布的相同負荷，總的線路電壓損失為各段電壓損失之和。道路照明負荷分布示意如圖1所示公式推導如下：

由于L2=L3=……=Ln=L（L為路燈檔距），對于同一相來說，所接燈具間距為3L。L1為電源點變壓器至第一座路燈的距離。而

I1=n×Ie

I2=（n-1）×Ie

…

In=1×Ie

所以

式中：Ii-每段線路計算電流，A；Li-每段線路長度，L1為電源點變壓器至第一座路燈的線路長度，L為路燈的檔距，km；Ie-每套路燈包括鎮流器在內的額定電流，A；n-路燈總數量的三分之一。

道路照明燈具若是采用單相供電，也可以按照電流矩的方法進行電壓損失計算。根據《工業與民用配電設計手冊》相關內容可知，接相電壓的單相負荷線路終端負荷用電流矩表示時，線路電壓損失公式如下：

式中：Unph-標稱相電壓，kV；X″0-單相線路單位長度的感抗，其值可取X′0值；其它符號含義同前。

單相電源供電的道路照明負荷分布示意如圖2所示，同理，公式推導如下。

圖2 道路照明負荷分布示意圖（單相供電）

式中：n-路燈的數量；其它符號含義同前。

5 設計時可忽略的一些因素

首先，實際布置路燈時，路燈的間距不可能完全相同。但這種差異在整條線路出現的較少。因此，產生的電壓損失變化也不多。所以，我們在計算負荷矩時，可以作為均布來考慮。其次，電壓損失對燈光的工作電流會有一些影響。始端路燈大于末端電流，但在設計中，我們要把電壓損失控制在規定范圍內，從分析以及實際檢測中，誤差不大。另外，諧波、電抗性壓降雖有影響，變化差異較小。不同類別的光源盡量不要放在一條供電回路上，如條件不具備時，在電源側加裝保護裝置。實際工程中很難做到三相完全平衡，但設計中盡量做到三相平衡。

6 結束語

實踐證明，由于城市道路照明的配電線路一般都比較長，在確定低壓配電電纜截面時，線路的壓降和末端短路電流往往成為決定性的因素，滿足這兩個條件的電纜，往往溫升和機械強度也滿足規范的要求。有時候，光靠增大電纜截面并不容易滿足規范要求，或者并不經濟，這時候最好采取一些其它更合適的措施，比如減小供電距離等。總之，低壓配電電纜截面的確定在道路照明工程設計中具有舉足輕重的地位，實際設計時應綜合考慮各種因素，做到安全、可靠、經濟、合理。

參考文獻

[1]戴瑜興.現代建筑照明設計手冊[M].長沙：湖南科學技術出版社，1993.

[2]CJJ45-2006.城市道路照明設計標準[S].

[3]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]CJJ89-2012，城市道路照明工程施工及驗收規程[S].

作者簡介：白敬中（1976-），男，湖北武漢人，本科，高級工程師，市政電氣。