城市道路照明电气设计节能问题探究
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摘要：城市道路可供城市内交通运输及行人使用，便于居民生活、工作及文化娱乐活动，并承担着城市内外交通衔接、交流的重要功能。道路照明是道路交通的重要组成部分。在夜间，良好的照明效果能保证道路交通的安全、高效的运行，有利于治安管理、防止犯罪活动，创建舒适的生活环境。
关键词：城市道路;电气设计;道路照明
引言
道路照明的合理化及人性化设计，对提升城市的人文环境，增加居民的幸福感，以及维护城市的面貌有着重要的作用。合理的灯光照明设计能为人们提供更为安全、舒适及节能的交通与生活环境。本文从标准、光源、节能等方面出发，简要阐述道路照明设计中的设计要点。
1、照度标准及路灯布置
《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2015）中对各种等级的城市道路和公路的照度、亮度、功率密度等作了详细规定，并作了高低两档标准要求，设计时可视道路等级及城市的发展水平进行相应的设计标准选取。
常规杆式照明时灯杆布置主要有以下幾种方式：
单侧布置，适合较窄的道路。优点：诱导性好，造价低。但亮度均匀度较低。
双侧交错布置，灯具按之字形交替排列在道路两侧，适合中等宽度的道路。优点：亮度总均匀度较好。缺点：诱导性不佳，对景观稍有影响。
双侧对称布置，适合较宽道路。优点：亮度总均匀度较好。
中心对称布置，适合于有中间分车带（绿化带）的道路，光利用率高，视角诱导性好，但由于灯杆处于道路中间，突出在人们的视觉中，影响景观。目前城市景观要求日益提高，中心对称布灯方式应谨慎使用。
2、光源选择
20世纪60年代以来，高压纳灯以其高光效，长寿命的特点成为了各等级道路路灯光源的首选。但自21世纪初期，光效理高、寿命更长、光色质量以及光线光谱理好的发光二极管（LED）光源已经在逐步取代高压钠灯。
几种道路照明常用光源的对比：
由于高压钠灯、陶瓷金卤灯光源全向出光，且光源体积较大，采用光学二次配光造成成大量的光源浪费，其利用系数不大于0.5。一般，仅能维持在0.25至0.4之间。在单侧布灯、中间对称布灯方案中，道路有效宽度与灯杆高度之比值在0.7～1之间，其利用系数仅能达到0.3左右。
而Led光源体积较小，且光能的辐射方向均为单向，在其前装设具有二次光学分配的透镜时，可以使射出的光束控制在不同的辐射角度，使得光通尽量射至道路路面。由于二次光学分配器的使用，使LED灯具有了极大提升利用系数的空间。
另外按光源的使用寿命考虑，LED光源相对于高压钠灯及陶瓷金卤灯光源有着明显优势。所以发光效率较高、损耗低、寿命长及绿色节能的LED成为城市道路照明光源的首选。
3、照明供电及控制方式
城市道路照明电源一般为三级负荷，根据管理模式的不同可以分片区或者路段设置路灯专用变压器。
路灯的控制主要采用无线远程集中控制、经纬时间控制器控制和就地手动控制三种方式结合的方案。一般情况下采用经纬时间器按照工程所在地理位置及季节按照预设的方式进行控制并通过远程通信在后台读取路灯的工作状态;无线远程集中控制不仅能够对每个灯进行单独的控制，还能对工程范围内的灯具作统一控制，以营造鲜明的照明效果。手动控制方式则主要在路灯或相关设备检修时使用。
4、道路照明接地系统
TN-S系统和TT系统在道路照明配电系统都较为常见，主要是根据城市管理要求，选择相应的接地系统。但应根据规范配套相应的保护电器。
5、道路照明节能措施
照明领域的能源消耗在总的能源消耗中占了相当大的比例。节约能源和提高照明质量是当今非常重要的课题，而且已引起国际组织的重视。照明用电作为电力消费的重要部分，目前已占到电力消费10%左右，并且随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电将会不断增长，城市道路照明、城市夜景照明、城市亮化工程等所消费的电力在照明用电中的比重越来越大。节约能源对国家持续稳定发展的重要性不言而喻。有效的照明节能设计可以极大程度地降低照明能耗，提高市政道路照明系统的经济效益、环境效益和社会效益，是创建节约型社会的一个有效突破口。
以下简要归纳了几种城市道路照明的节能措施。
（1）选用光效高的光源以及光输出比高的的灯具：
如前文所述，高压钠灯、陶瓷金卤灯与LED灯的使用效率对比，光源光效上LED比高压钠灯高约30%，而LED灯具比普通灯具利用率提高了约50%。故总体利用上，LED对节能环保具有较为突出的作用。
（2）深夜关闭部分灯具
路段上车流、人流在后半夜较少，这时路灯系统就不需要仍然以前半夜的照度运行。目前我国的道路照明行业标准，推荐采用全夜灯、半夜灯的方式。工程实践中，在以高压钠灯等气体放电灯为路灯光源时，主要采用以下两种方式实现全夜灯、半夜灯。
其一是采取后半夜降压、降流措施得以实现。由于以高压钠灯为代表的气体放电灯需要一定的电网维持电压，这一电压约为180V，低于维持电压，则高压钠灯会熄灭。因此，降压空间有限，节电效果亦有限。
其二是采取关闭半数灯具的方式。对于路灯交错布置方式、对称布置方式，关闭半数灯具的方式使得路面照度均匀度下降，但勉强可行。而对于单侧布置方式，照度均匀度将严重下降，对交通安全造成很大影响，从工程角度无法接受。
对于Led灯具，可以轻而易举的通过延时控制电路，在进入后半夜后，关闭灯具内半数Led组件或者通过其电源模块降低工作电流，从而达到降功率运行的目的，从而实现全/半夜灯控制方式。既节能，又基本不影响均匀度。
（3）应用智能分时段降压调光技术
采用经纬时间器按照工程所在地理位置及季节按照预设的方式进行控制，减少夏令时的亮灯时间，从而实现节能。
（4）采用补偿系统
LED灯具功率因数在0.9以上，不需要单独补偿。但是气体放电灯（如高压钠灯等）功率因数较低，每套路灯均单独设置电容补偿，单灯功率因数均不低于0.9;箱变处设集中补偿，补偿后功率因数不小于0.93。
3 结 语
道路照明设施是城市中重要的设施之一，为促进我国城市事业的发展，美化道路和改善照明设施，增强道路照明的使用功能和景观效果，是我国城市道路发展的目标。对照明设施及设备采取有效的接地保护，同时注意对电缆标志的保护问题，可减少照明事故的发生，更有效地延长道路照明设施的使用寿命，促进我国的城市设施建设和维护管理水平进一步发展。
参考文献
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