城市道路照明设计浅析

李娇

（惠州市广业市政工程设计有限公司，广东惠州 516000）

1 市政道路实际案例

某新建市政道路位于某新开发产业园区，路线总长约800 m，城市次干路，双向4车道，道路红线宽26 m，道路组成形式为非机动车道（1.5 m）+人行道（2.5 m）+树池带（1.5 m）+机动车道（7.5 m）+机动车道（7.5 m）+树池带（1.5 m）+人行道（2.5 m）+非机动车道（1.5 m）=26 m。

2 路灯高度及间距计算

1）市政道路照明设计时，需首先考虑合理的布灯方式，常见的布灯方式为双侧对称布置、双侧交错布置、单侧布置、中心对称布置等，案例中市政道路机动车道宽度为15 m，无中分带，无法按中心对称布置；若采用单侧布置，对侧人行道照度难以满足要求，因此，可采用双侧对称布置或者双侧交错布置，考虑到交错布置均匀度效果差，且拟建项目位于工业区，周边辅助照明设施少，推荐采用均匀度效果较好的双侧对称布置。

2）路灯采用双侧布置时，道路的有效宽度为实际路宽减去两个悬挑长度，悬挑长度为灯具的光中心至临近一侧缘石的水平距离，即灯具伸出或缩进缘石的水平距离。拟建项目的单侧机动车道宽度为7.5 m，悬挑长度暂定为1 m，计算出杆高后，可以结合杆高做适当调整，由此计算出道路有效宽度Weff=15-2.0=13 m。

3）道路照明灯具根据其配光形式分为截光型、半截光型、非截光型三类。截光型灯具的最大光强方向与灯具垂直向下垂直轴夹角在0～65°；半截光型灯具的最大光强方向与灯具垂直向下的垂直轴夹角在0～75°；非截光型的灯具最大光强方向不受限制。截光型、半截光型、非截光型主要是针对眩光系数，截光型灯具由于光的横向延伸受到抑制，致使道路周围地区变暗，几乎感觉不到眩光，同时可以获得较高的路面亮度和亮度均匀度，适合主干道。半截光型有少量眩光，适合非主干道。非截光型灯具主要指一些漫射性的庭院灯或者人行道的装饰灯，适合庭院照明或者人行道照明。拟建项目为次干路，本次推荐选用半截光型灯具。

4）当采用半截光型灯具、双侧对称布置路灯时，路灯安装高度（光中心至路面的垂直距离）H≥0.6Weff=0.6×13=7.8 m，安装高度选择宜为8～9 m。由于路灯的安装间距与安装高度成正比，选用大的安装高度可以适当拉大安装间距，以节约工程投资，综合以上因素考虑，本次推荐安装高度采用9 m。

5）考虑到案例项目的单侧人行道及非机动车道宽度为1.5+2.5+1.5=5.5 m，靠机动车道侧灯具辐射无法满足人行道非机动车道照度要求，需设置人行道侧路灯，安装高度需与机动车道侧灯具协调，本次推荐采用6 m安装高度。

6）当采用半截光型灯具、双侧对称布置路灯时，路灯安装间距S≤3.5H=3.5×9=31.5 m，本次安装间距取30 m。路灯与沿线树池、无障碍坡道或其他障碍物冲突时，可适当调整间距。

综上所述，拟建项目的路灯参数详见表1。

表1 标准路段设计选定数据表格

3 照度及功率密度值计算（利用系数法）

3.1 机动车道照明计算

项目位于新开发区，采用沥青路面，周边主要为厂区，无光源辐射，考虑夜间行车的安全性及舒适性，根据表2中机动车道照明标准值，路面照度推荐选用高档值20 lx。

表2 机动车道照明标准值

平均照度：

式中，E为道路照度；P为路灯整灯功率；L为发光效率；N为路灯参数对称布置时取2，单侧和交错布置时取1；U为利用系数；K为维护系数；B为路面宽度；D为灯杆间距。

当路面照度选用20 lx时，路灯功率P＝EBD/（LNUK）=（20×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=97.4 W，故拟建项目机动车道侧路灯推荐选用100 W LED，平均照度E＝（PLNUK）/（BD）=（100×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=20.53 lx，满足规范要求。

由此可计算照明功率密度值LPD=NP/（BD）=（2×100）/（15×30）=0.44 W/m2，符合CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》中关于城市次干路照明功率密度≤0.80 W/m2的节能标准[1]。

3.2 人行及非机动车道照明计算

拟建道路周边主要为工业园区，人流量主要集中在上下班高峰期，部分工厂有夜班人员出行需求，推荐按照流量中等的道路选择人行及非机动车道照度标准，根据表3中人行及非机动车道照明标准值，照度标准为7.5 lx。

表3 人行及非机动车道照明标准值lx

当路面照度选用7.5 lx时，路灯功率P＝EBD/（LNUK）=（7.5×15×30）/（110×2×0.6×0.7）=36.5 W，故拟建项目人行及非机动车道侧路灯推荐选用40 W LED，平均照度E＝PLNUK/（BD）=（40×110×2×0.6×0.7）/（15×30）=8.2 lx，满足规范要求[2]。

4 接地系统

根据CJJ 89—2012《城市道路照明工程施工及验收规程》第7.2.5，道路照明配电系统中，采用TN或TT系统接零和接地保护，PE线与灯杆、配电箱等金属设备连接成网，在任一地点的接地电阻不应大于4 Ω[3]。

拟建项目道路照明配电系统接地形式推荐采用TT系统。所有灯杆、灯具须与灯杆基础钢筋牢固连接，作为接地装置，接地电阻应不大于4 Ω，以实测为准。如不满足需要，需增加接地极。具体做法见图集14D504《接地装置安装》。

箱式变电站接地系统装置采用角钢接地极∠50 mm×50 mm×5 mm，L=2.5 m，上端部埋深0.8 m，水平间距5 m，接地极连接线采用-40 mm×4 mm扁钢，接地电阻不大于4 Ω，以实测为准。本工程所有电气设备外露导电部分均采用保护导体与保护接地干线相连接。接地装置的焊接及搭接长度应符合国家有关规范规程的要求。所有接地系统所用角钢、扁钢等均应热镀锌处理[4-5]。

5 单相短路电流的计算和灵敏度校验

拟建道路线路长约800 m，按上述计算，路灯间距为30 m，对称布置，路灯功率为（100+40）W，LED灯，道路沿线设置有800/30=27套路灯，单侧机动车道功率为100×27/1 000=2.7 kW，单侧人行及非机动车道功率为40×27/1 000=1.08 kW，道路总电总量为（2.7+1.08）×2=7.56 kW。考虑设计路段及周边路段照明安装容量，同时考虑为景观、公交站台、监控、广告等预留适当容量，一体式箱变设计容量为80 kV·A，箱变采用D，yn11接线变压器，电源由独立的10 kV回路供电。

考虑到拟建项目位于工业园区，下半夜人行通行量需求不大，推荐机动车道侧路灯采用全夜灯照明方式，人行及非机动车道侧路灯采用半夜灯照明方式。

拟建项目设置4条回路进行路灯供电，N1～N2为全夜灯回路、N3～N4为半夜灯回路，其余回路为备用回路，本次按最不利因素末端短路来校验灵敏度，即以N1回路计算负荷2.7 kW、供电半径为800 m、路灯主电缆选用5×16 mm2、分支电线选用3×2.5 mm2分析。

单相接地故障电流按照相-保回路进行计算，当线路最末端发生单相接地故障时，该相-保回路中，共有高压系统S、变压器T、低压母线m、馈线电缆L、灯具引线h五种元件阻抗。本次计算参考《工业与民用配电设计手册》（第四版）“第四章短路电流计算”有关数据，计算有关电路元件的阻抗：

1）高压侧系统阻抗（归算至400 V侧），查手册可知，10/0.4 kV变压器高压侧系统短路容量选取为200 MV·A：系统相保电阻Rphp.s=0.05 mΩ，系统相保电抗Xphp.s=0.53 mΩ；

2）变压器阻抗，查手册可知，10/0.4 kV变压器高压侧系统短路容量选为200 MV·A：变压器相保电阻Rphp.t=33.68 mΩ，变压器相保电抗Xphp.t=63.64 mΩ；

3）低压母线阻抗查手册可知：低压母线相保电阻Rphp.m=0.372 mΩ，低压母线相保电抗Xphp.m=0.451 mΩ；

4）馈线电缆L阻抗查手册可知：馈线电缆相保电阻Rphp.L=3.291 mΩ，馈线电缆相保电抗Xphp.L=0.174 mΩ；

5）灯具引线h阻抗查手册可知：灯具引线相保电阻Rphp.h=20.64 mΩ，灯具引线相保电抗Xphp.h=0.29 mΩ；

根据上述查表有关数据，可以计算出：

总相保电阻Rphp.∑=0.05+33.68+0.372×5+3.291×800+20.64×10.5=2 885.11 mΩ；

总相保电抗Xphp.∑=0.53+63.64+0.451×5+0.174×800+0.29×10.5=208.67 mΩ；

回路阻抗：

断路器的选择：N1回路计算电流为2.7/（1.732×0.38×0.9）=4.56 A，回路开关选用B型10 A断路器，B型断路器瞬时脱扣动作电流I2=5.5×10=55 A，可得最不利回路接地故障灵敏系数K=Imin/I2=76.12/55=1.38＞1.3，保护灵敏度符合规范要求[6-7]。

6 结语

通过项目实际案例，分析路灯照明的计算过程，拟建项目推荐采用80 kV·A的路灯专用变电站进行供电，线路采用5×16 mm2电力电缆，路灯采用双侧对称布置，杆高为9 m+6 m，功率为（100+40）W LED灯，间距为30 m，各项参数均能满足规范要求。