照明配电工程设计考虑因素分析——以某公寓配电工程设计为例

韩 萍

(淮北工业建筑设计院有限责任公司 电气室,安徽 淮北 235000)

照明配电工程设计是一个完整的系统工程，包括照明设备选择及布置、照度计算、配电系统设计、敷设安装方式选择等一系列流程。

一、照明光学设计

(一)选择光源

光源性能的主要指标有：光效、寿命、显色性，次要指标有：受电压波动影响的光特性变化程度、可靠性和稳定性、抗振性、功率因数高低、投资费用大小等。

照明设计中常对光源的基本性能和综合技术经济指标进行比较，选择光效高(如适合低矮房间的节能荧光灯、适合高大场所的高压钠灯、新型光源LED灯)、寿命长、显色性好、色温与照度高低和环境相宜、能调光以及性能价格比优的光源。

(二)选择灯具

1.选择安全型灯具，严禁采用触电防护的类别为0类的灯具。

2.按房间的室型指数选择配光适宜的灯具。

3.灯具效率高，如无特殊要求应选用直接型灯具。

4.根据使用环境，采用相应防护措施的灯具，如潮湿、高温、多尘、震动、腐蚀性气体、爆炸或火灾危险场所等。

5.限制或消除眩光，无漫射罩的灯具的遮光角要符合规定。

6.对于公共建筑，考虑适当的装饰要求，如枝形吊灯、发光顶棚、光带、投光灯等。

(三)布置方案

考虑布置方案时，要保证一定的照明质量，如合适的照度水平、舒适的亮度分布、适宜的灯光颜色、正确的投光方向、没有眩光干扰等。

要根据照明环境确定照明方式，主要有一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。为照亮整个场所，均应采用一般照明；当同一场所内的不同区域有不同照度要求时，应采用分区一般照明；对于作业面照度要求较高，只采用一般照明不合理的场所，要采用混合照明；局部照明会形成亮度分布不均匀，所以，在一个场所内不应只采用局部照明。

要兼顾各种照明种类，如正常照明、应急照明、障碍照明、警卫照明等。应急照明用于正常照明电源失效时的照明，分三种：“需确保正常工作或活动继续进行的，设置备用照明；需确保处于潜在危险之中的人员安全的，设置安全照明；需确保人员安全疏散的出口和通道，设置疏散照明。”[1]障碍照明一般设在处于飞机航线上、危及航行安全的高层建筑或构筑物上。警卫照明设在需要警戒的场所，如重要的厂区、库区等。

(四)照度计算及节能

由照明器直接照到工作面上的光通为直射光通(一次光通)，经房间的顶棚、墙壁、地板等多次反射后照到工作面上的光通为反射光通(二次辐射光通)。光的直射和反射分量共同构成工作面上的照度。平均照度法就是用较简单的方法计算出这两种分量在室内的平均值，即利用系数法。这是照明工程中常用的计算方法，“适用于灯具均匀布置、墙壁和顶棚反射系数较高、空间无大型设备遮挡的室内一般照明，也适用于灯具均匀布置的室外照明。”[2]145

“利用系数是灯具光强分布、灯具效率、房间形状、室内表面反射比的函数，计算比较复杂。”[2]可查阅灯具利用系数表，并可用校正系数进行适当修正。工程设计中，既可使用专业照明计算软件，也可在电气工程设计软件如天正电气、浩辰电气中输入数据计算。

在满足规范要求的照度下，各类建筑均应采取照明节能措施，如满足照明功率密度限值、选用光效高的节能灯具、选用节能型镇流器、合理利用天然光、进行照明控制管理等。

二、照明配电、保护和控制

(一)配电

1.负荷分级

根据《供配电系统设计规范》(GB 50052—2009)规定，依据建筑的用途和供电重要性将照明负荷分为一级、二级和三级；各类建筑物中的应急照明等级为该建筑中最高负荷等级。

2.电源的选择

当电力设备无大功率冲击性负荷时，照明和电力可共用变压器，如住宅和一般公共建筑、电力负荷稳定的生产和辅助厂房以及远离变电所的建筑物、构筑物等。

当电力设备有大功率冲击性负荷时，易引起对照明不允许的电压偏移和波动，此时照明宜与冲击性负荷接自不同变压器。

当照明安装功率较大或有谐波含量较大时，宜采用照明专用变压器。

应急疏散照明的电源可用蓄电池(组)作为备用电源，能保证可靠性；安全照明对照明中断时间的要求高，最好采用两个独立电源同时供电的方式，并可用蓄电池(组)作另一备用电源；备用照明由于设备用电量较大，且对电源转换时间要求不高，通常宜采用接自电力网的独立的第二电源或自备发电机组作为应急电源；对于消防备用照明，其供电电源可取自该场所内消防用电设施的供电装置的电源侧。

3.电压的选择

照明供电电压一般为交流220 V，大功率光源宜采用380 V；移动式灯具在干燥场所不大于50 V，潮湿场所不大于25 V；热力管道隧道和电缆隧道内的照明电压宜采用36 V；应急疏散灯具不大于DC36 V。

4.电压质量

(1)电压偏移

照明器的端子电压偏移后一般不高于其额定电压的105%，不低于其95%。远离变电所的小面积一般工作场所、应急照明和用安全特低电压供电的照明最低不能低于额定电压的90%。

(2)电压波动与闪变

电压波动和闪变会造成人的视觉不适，且降低光源的寿命。为了减少这些影响，照明负荷与动力负荷应尽量分开配电。

5.接地形式

建筑内照明的接地形式与建筑物供电系统一致，一般采用TN-S、TN-C-S系统。户外照明宜采用TT接地系统。

6.供电要求

除前述电源和电压质量的要求外，还应注意：三相照明线路各相负荷保持均衡；每一单相分支回路电流不宜超过16A，光源数量不超过25个；中性线截面与相线相同；应急照明配电箱应采取末端双电源自动切换以保证供电可靠等。

(二)保护

为防止照明设备及线路损坏造成人身电击和电气火灾，应在照明配电中装设短路保护、过负荷保护和接地故障保护。比较常见的是采用断路器保护，也可使用熔断器。剩余电流动作保护器用于漏电保护，不可单设，若与断路器合设则组成有剩余电流动作保护的断路器，否则要加装熔断器配合使用。

(三)控制

1.形式

照明控制通常有以下几种形式：跷板(或拉线)开关控制、定时(或声光控)开关控制、断路器控制及智能控制。

2.要求

不同建筑和场所的照明要求不同。总体来说，主要是节能和使用方便的要求，如：

(1)居住建筑的楼梯间、走道照明，采用节能自熄开关；(2)公共建筑、工业建筑宜采用集中或分区、分组控制；(3)高级公寓或大面积的房间采用智能照明控制系统；(4)应急照明应与消防系统联动(强制点亮)，保安照明与安全防护系统联动等。

3.智能照明控制的趋势

随着计算机及网络技术的发展，智能照明控制方式因其节能、环保、运行维护量小而成为照明控制的发展趋势。尤其对于城市照明和室内大空间及公共区域照明，智能控制方式是照明控制的主流。LED照明的低压、直流的特点，使得照明采用以太网供电成为可能，不仅提高照明的安全性，还为智能控制提供了极大的便利。未来，智能照明会取代普通照明。

三、照明配电计算

(一)负荷计算

照明负荷一般按需要系数法进行计算。照明支线的需要系数取1，照明干线的需要系数见表1。对于气体放电灯，还应计入镇流器、触发器等附件的功率。

表1 照明需要系数及功率因数表[3]

(二)导线截面选择

1.按机械强度选择

根据机械强度要求，不同用途及敷设方式的电线有最小允许截面。如穿管、线槽敷设的铜芯线截面不得小于0.5 mm2，室内灯头铜芯线不小于1.0mm2等。

2.按允许温升选择

根据回路的额定电流，选择能达到相应持续载流量的电线、电缆的截面。要注意的是，敷设方式及环境温度不符合标准时，载流量要乘以相应的校正系数，如温度校正系数、多根并列校正系数、不同土壤热阻校正系数等。并要求其允许温升不超过规定值。

选择电线、电缆载流量时，当其供电的上、下级断路器额定值不一致时，应按照大于上级断路器的额定值选择。

3.按短路热稳定选择

导体热稳定允许的最小截面积与短路电流有效值、持续时间有关，对于短路电流持续时间不超过5s的电线电缆线路，其截面积S应满足下式的规定：

S≥Ik√t/K

式中Ik——短路电流有效值(均方根值)，A

t——短路电流持续的时间，s

K——热稳定系数

照明回路一般以单相回路进行配电，其中性线截面积不小于相线截面积。

PE线一般按如下要求选用：相线截面积小于16mm2时，PE线截面积等于相线截面积；相线截面积为16～35 mm2时，PE线截面积取16 mm2；相线截面积大于35mm2时，PE线截面积不小于相线截面积的一半。

4.按电压损失校验

为简化计算，根据线路的敷设方式、导线材料、截面积、线路功率因数等条件，算出三相线路每1A.km(电流矩)的电压损失百分数，制成相应表格。可由表格查出数值，再根据下述简化公式，即可算出电压损失。

(三)功率因数补偿计算

常采用移相电容器作分散或集中补偿照明装置的无功消耗。当采用分散补偿时，电容器安装在灯具内，一般由灯具制造厂家成套配置，采用集中补偿时，电容器安装在照明配电箱旁或变电所低压母线上。将cosφ0提高到cosφ1所需的电容器无功功率Qc(Kvar)按下式计算：

Qc=P(tgφ0—tgφ1)

式中P——三相计算有功功率(包括镇流器等的损耗)(kW)

tgφ0——与cosφ0对应的三角函数

tgφ1——与cosφ1对应的三角函数

四、照明线路敷设与安装

(一) 敷设

随着时代的发展以及防火、美观的要求，室内照明绝缘导线已不再直接明装敷设，代之以穿管(塑料管或金属管)明敷或暗敷，还可采用金属线槽明敷。室内大容量的照明干线也不再采用钢索布线，可采用封闭式母线敷设或电缆沿电缆桥架敷设。

照明线路敷设时，应避免环境中温度、水汽、灰尘、腐蚀、污染的影响，并防止敷设和使用过程中因振动、自重、变形等各种机械应力带来的损害。

导线在引出、转弯、过伸缩缝等处均留有适当裕量；暗装敷设的管路，管壁外应有不少于30mm的保护层；管内导线不得有接头，接头处要有接线盒，并做好标记和防火措施。

所有管、槽、母线、桥架等均采用难燃材料产品；穿越防火分区楼板或隔墙时，其空隙应按建筑构件原有防火等级采用不燃材料填实。

(二) 安装

照明电气设备安装应牢固，符合规范中的抗震要求。

1.灯具安装

灯具安装应牢固，接灯线不应有中间接头和分支；灯具的金属外壳必须可靠接地，灯具周围应做好防火隔热措施；变电所内高、低压柜及母线的正上方，不得安装灯具。

2.开关安装

开关的安装位置应便于操作、维修；成排安装的开关高度应一致；开关应连接相线和灯具。

3.配电箱安装

配电箱各回路应有标牌，以标明用电回路名称；根据使用环境和配电箱大小，配电箱可暗装、半嵌或明装，底边距地面高度根据工程要求；配电箱引出线处均应穿管，不得直接明敷。

五、案例

以某公寓为例：建筑面积14253平方米；一、二层为公共用房(含餐食加工间、餐厅、浴室等)，三至十一层为标准间。

照明设计根据不同场所和房间的要求，合理布置灯具并考虑节能，光学设计见表2，配电设计见表3。

表2 某公寓照明光学设计及选型

表3 某公寓照明配电设计

因负荷计算、导线截面选择和配电箱系统设计还牵涉到一般插座和空调插座等用电负荷，在此不再赘述。设计中光学及电气计算均符合要求，敷设与安装均符合上述要求。

六、结语

照明配电工程设计不仅要做好照明光学设计，还要综合考虑照明配电、安全保护和照明控制等方面的设计，统筹兼顾后期照明线路的敷设与安装。只有舒适、安全、节能兼顾，才能使得建筑物照明配电设计更加符合时代的发展，更好地满足客户的需要。