城市道路照明電氣設計節能問題探究

張偉寧

摘要：城市道路可供城市內交通運輸及行人使用，便于居民生活、工作及文化娛樂活動，并承擔著城市內外交通銜接、交流的重要功能。道路照明是道路交通的重要組成部分。在夜間，良好的照明效果能保證道路交通的安全、高效的運行，有利于治安管理、防止犯罪活動，創建舒適的生活環境。

關鍵詞：城市道路;電氣設計;道路照明

引言

道路照明的合理化及人性化設計，對提升城市的人文環境，增加居民的幸福感，以及維護城市的面貌有著重要的作用。合理的燈光照明設計能為人們提供更為安全、舒適及節能的交通與生活環境。本文從標準、光源、節能等方面出發，簡要闡述道路照明設計中的設計要點。

1、照度標準及路燈布置

《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2015）中對各種等級的城市道路和公路的照度、亮度、功率密度等作了詳細規定，并作了高低兩檔標準要求，設計時可視道路等級及城市的發展水平進行相應的設計標準選取。

常規桿式照明時燈桿布置主要有以下幾種方式：

單側布置，適合較窄的道路。優點：誘導性好，造價低。但亮度均勻度較低。

雙側交錯布置，燈具按之字形交替排列在道路兩側，適合中等寬度的道路。優點：亮度總均勻度較好。缺點：誘導性不佳，對景觀稍有影響。

雙側對稱布置，適合較寬道路。優點：亮度總均勻度較好。

中心對稱布置，適合于有中間分車帶（綠化帶）的道路，光利用率高，視角誘導性好，但由于燈桿處于道路中間，突出在人們的視覺中，影響景觀。目前城市景觀要求日益提高，中心對稱布燈方式應謹慎使用。

2、光源選擇

20世紀60年代以來，高壓納燈以其高光效，長壽命的特點成為了各等級道路路燈光源的首選。但自21世紀初期，光效理高、壽命更長、光色質量以及光線光譜理好的發光二極管（LED）光源已經在逐步取代高壓鈉燈。

幾種道路照明常用光源的對比：

由于高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈光源全向出光，且光源體積較大，采用光學二次配光造成成大量的光源浪費，其利用系數不大于0.5。一般，僅能維持在0.25至0.4之間。在單側布燈、中間對稱布燈方案中，道路有效寬度與燈桿高度之比值在0.7～1之間，其利用系數僅能達到0.3左右。

而Led光源體積較小，且光能的輻射方向均為單向，在其前裝設具有二次光學分配的透鏡時，可以使射出的光束控制在不同的輻射角度，使得光通盡量射至道路路面。由于二次光學分配器的使用，使LED燈具有了極大提升利用系數的空間。

另外按光源的使用壽命考慮，LED光源相對于高壓鈉燈及陶瓷金鹵燈光源有著明顯優勢。所以發光效率較高、損耗低、壽命長及綠色節能的LED成為城市道路照明光源的首選。

3、照明供電及控制方式

城市道路照明電源一般為三級負荷，根據管理模式的不同可以分片區或者路段設置路燈專用變壓器。

路燈的控制主要采用無線遠程集中控制、經緯時間控制器控制和就地手動控制三種方式結合的方案。一般情況下采用經緯時間器按照工程所在地理位置及季節按照預設的方式進行控制并通過遠程通信在后臺讀取路燈的工作狀態;無線遠程集中控制不僅能夠對每個燈進行單獨的控制，還能對工程范圍內的燈具作統一控制，以營造鮮明的照明效果。手動控制方式則主要在路燈或相關設備檢修時使用。

4、道路照明接地系統

TN-S系統和TT系統在道路照明配電系統都較為常見，主要是根據城市管理要求，選擇相應的接地系統。但應根據規范配套相應的保護電器。

5、道路照明節能措施

照明領域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當大的比例。節約能源和提高照明質量是當今非常重要的課題，而且已引起國際組織的重視。照明用電作為電力消費的重要部分，目前已占到電力消費10%左右，并且隨著我國國民經濟的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，照明用電將會不斷增長，城市道路照明、城市夜景照明、城市亮化工程等所消費的電力在照明用電中的比重越來越大。節約能源對國家持續穩定發展的重要性不言而喻。有效的照明節能設計可以極大程度地降低照明能耗，提高市政道路照明系統的經濟效益、環境效益和社會效益，是創建節約型社會的一個有效突破口。

以下簡要歸納了幾種城市道路照明的節能措施。

（1）選用光效高的光源以及光輸出比高的的燈具：

如前文所述，高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈與LED燈的使用效率對比，光源光效上LED比高壓鈉燈高約30%，而LED燈具比普通燈具利用率提高了約50%。故總體利用上，LED對節能環保具有較為突出的作用。

（2）深夜關閉部分燈具

路段上車流、人流在后半夜較少，這時路燈系統就不需要仍然以前半夜的照度運行。目前我國的道路照明行業標準，推薦采用全夜燈、半夜燈的方式。工程實踐中，在以高壓鈉燈等氣體放電燈為路燈光源時，主要采用以下兩種方式實現全夜燈、半夜燈。

其一是采取后半夜降壓、降流措施得以實現。由于以高壓鈉燈為代表的氣體放電燈需要一定的電網維持電壓，這一電壓約為180V，低于維持電壓，則高壓鈉燈會熄滅。因此，降壓空間有限，節電效果亦有限。

其二是采取關閉半數燈具的方式。對于路燈交錯布置方式、對稱布置方式，關閉半數燈具的方式使得路面照度均勻度下降，但勉強可行。而對于單側布置方式，照度均勻度將嚴重下降，對交通安全造成很大影響，從工程角度無法接受。

對于Led燈具，可以輕而易舉的通過延時控制電路，在進入后半夜后，關閉燈具內半數Led組件或者通過其電源模塊降低工作電流，從而達到降功率運行的目的，從而實現全/半夜燈控制方式。既節能，又基本不影響均勻度。

（3）應用智能分時段降壓調光技術

采用經緯時間器按照工程所在地理位置及季節按照預設的方式進行控制，減少夏令時的亮燈時間，從而實現節能。

（4）采用補償系統

LED燈具功率因數在0.9以上，不需要單獨補償。但是氣體放電燈（如高壓鈉燈等）功率因數較低，每套路燈均單獨設置電容補償，單燈功率因數均不低于0.9;箱變處設集中補償，補償后功率因數不小于0.93。

3 結 語

道路照明設施是城市中重要的設施之一，為促進我國城市事業的發展，美化道路和改善照明設施，增強道路照明的使用功能和景觀效果，是我國城市道路發展的目標。對照明設施及設備采取有效的接地保護，同時注意對電纜標志的保護問題，可減少照明事故的發生，更有效地延長道路照明設施的使用壽命，促進我國的城市設施建設和維護管理水平進一步發展。

參考文獻

[1]張榮良.城市路燈照明節能技術現狀分析及其發展前景[J].建設科技，2017（19）：100-101.

[2]鄭黎明.關于現階段我國城市綠色照明管理的問題與對策[J].科技經濟導刊，2016（7）：215.

[3]道路照明節能設計[A].四直轄市照明科技論壇（天津）論文集[C].2015.