城市道路照明电气设计常见问题及优化措施

郭百泉，孙鹏涛

中国市政工程华北设计研究总院有限公司河南分公司，河南 郑州 450000

0 引言

城市道路照明兼具美观性和实用性，是城市建设过程中保持城市正常运转的基础设施。在城市道路照明电气设计理念中，随着绿色、环保、节能的理念不断深入，让城市道路照明电气设计面临更多的挑战。在实现功能性和美观性的基础上，需要进一步增加城市道路照明的社会价值。

现阶段，在我国城市发展的过程中，城市道路照明电气设计的相关技术已经十分成熟，但在实际应用中依然存在较多的问题。为了进一步提升城市道路照明电气设计的有效性，需要对其进行优化，提升城市建设的水平。

1 城市道路照明电气设计中常见的问题

1.1 线路故障

城市道路照明电气系统会采用较长的线路来扩大其覆盖范围，当线路变长时，线路自身的阻抗会导致电能在传输过程中出现浪费的情况，同时也会导致线路自身的阻抗式电压出现转移或者不平稳的现象，最终对城市道路照明的功能性和实用性造成较大影响。现阶段，我国城市道路照明电气系统的设计过程中采用了脱扣器保护装置，但在实际应用过程中，其灵敏度无法确保城市道路照明电气系统的有效运行。一方面，照明电气系统采用的线路多为单相接地线，电能输送过程中很容易因为线路自身的损耗而出现电流过小的问题；另一方面，由于电流脱扣器的整定电流为额定电流的3倍，导致其无法正常提供继电保护的功能。在电流脱扣器无法正常作用的情况下，线路自身的阻抗会导致线路发热，进一步提升线路的阻抗并引起电弧放电等安全问题，轻则导致城市道路照明电气系统的故障，重则引起严重火灾，对周边区域的安全造成不良影响。

照明电气系统在配电时采用三相跳接来确保三相平衡，但依然无法避免零序电流对系统造成的影响，同时也很难通过零序保护装置来避免相关问题的产生。例如，在总长为3.5 km的道路进行照明电气系统设计时，电压的下降会直接引起道路照明质量的下降，线路截面积的大小会直接影响线路电压。若采用高压钠灯作为照明灯具，并使用电容进行保护，虽然可以有效降低无功电流，但对单相短路的识别效率会降低，极易引起电器短路等现象[1]。

1.2 电气短路

随着城市规模的快速扩张，城市道路照明电气系统的数量和规模也在迅速壮大，对道路照明电气系统的工作效率和工作质量带来了挑战。照明电气系统数量和规模的增加会导致设计过程面临更加复杂的用电环境，极易造成各种各样的问题，对电气设计的质量与稳定性造成不良影响[2]。例如，在夏季和冬季区别较明显的北方地区，极端天气的出现极易引起城市照明电气系统的短路现象，在大风、暴雨等环境下很容易使道路照明电气系统的保护装置无法正常工作，最终引起电气短路。同时，由于道路照明电气系统工作环境的复杂性，照明时间、电压、电流等客观因素均会对电气系统造成不良影响。引起电气短路现象的原因十分复杂，电气短路会给道路照明电气系统带来巨大的安全隐患。

1.3 相互分离

城市的扩张与建设不是一蹴而就的，而是在不同的时间段，根据不同的城市需求进行扩张。因此，一个城市的道路照明电气系统往往十分分散，彼此之间的联系不紧密。同时，受制于技术、区域等客观因素，不同城市区域的道路照明电气系统的合理性往往有较大的差别。在不同区域的道路照明电气系统设计过程中，设计人员的设计理念不同会导致道路照明电气系统的侧重方向不同。例如，有的设计人员会重视照明的质量与效果，而有的设计人员更加重视照明电气系统的覆盖范围。不同的设计理念及城市道路照明电气系统面临的复杂建设环境，导致照明电气系统建设过程中的相互分离问题十分突出。在对道路照明电气系统进行进一步完善的过程中，电缆线路的不匹配、灯具选用的差异等都会对照明效果、照明质量造成不良影响，在无法体现设计合理性的同时，也进一步造成严重的资源浪费。例如，在扩大道路照明电气系统覆盖范围的过程中，如果忽视灯具、灯光的照度分布，很容易导致道路照明的照度不均匀。在夜间驾驶的过程中，不均匀的照度分布会导致驾驶员视野的闪烁与模糊，进而给夜间行车带来极大的安全隐患。

1.4 路灯眩光

城市道路照明电气系统的设计重心是保证夜间行人、行车道的安全。在实际设计的过程中，若选择不合理的灯具、不规则的照明分布，会对照明效果造成较大影响。其中，路灯眩光的问题比较常见，如果路灯灯具选择不合理，导致照度分布不均，产生眩光，会引起驾驶员瞳孔收窄，使驾驶员无法全面掌握周边环境并作出正确的驾驶行为。导致该现象的主要原因是设计人员只考虑了照明的覆盖范围及照明的效果，而没有考虑路灯照明对车辆驾驶人员所带来的不良影响。

1.5 能源浪费

城市道路照明电气系统的应用是为了满足夜间行驶的需求，在实际应用过程中，道路照明电气系统的利用效率较低。特别是在北方的冬季，夜间的行人、车辆的总量会急剧减少。道路照明电气系统若在没有人员、车辆经过的情况下一直保持照明状态，极易导致能源的浪费，同时也会直接影响道路照明电气系统的维护费用。现阶段，在城市发展的过程中，提倡生态化、节能城市的发展理念，无论是从城市道路照明电气系统设计、规划的合理性，还是从城市可持续发展战略的角度，都需要解决城市道路照明电气系统带来的能源浪费问题。

1.6 区域发展不均衡

我国城市的发展速度具有明显的地域特征，道路照明电气系统也同样，在不同的区域对照明电气系统的利用情况有较大差别。例如，东部沿海区域的城市道路照明电气系统，由于夜间生活、工作较频繁，照明电气系统的利用效率极高；在西北欠发达区域，夜间社会活动不频繁，出行人数和道路车辆的数量较少，照明电气系统的利用效率较低。

不同道路对照明电气系统的需求也有较大的差别。即便是同一城市的道路照明电气系统，不同的街道对照明电气系统的亮度、舒适度和质量的要求都有较大差别[3]。例如，繁华街区的商业设施本身具有较明亮的夜景灯、招牌等，对道路照明电气系统的亮度要求不高。但是在实际设计中，繁华街区的道路照明电气系统设计往往是城市规划的重点，导致繁华街区的道路照明电气系统存在过度照明的现象，道路照明资源浪费严重。相反，对偏僻街道的道路照明电气系统的重视度不足，照明电气系统亮度较低，无法满足实际照明需求。

2 城市道路照明电气设计问题的优化措施

2.1 电缆线路的选择与优化

在城市道路照明规模、范围扩大的情况下，最直接的优化手段是增加电缆线路的截面积，以减少线路自身的阻抗。但这种方式往往伴随建设成本的增加，在实际使用中需要根据线路自身的电压及线路的总长和距离进行合理选择。同时，也可以缩短电源与灯具之间的配电距离，通过减少配电距离的方式，减少线缆阻抗及临时电阻对电路造成的不良影响。这种配电方式往往需要根据照明电气系统周边的变电站、电网的分布情况进行合理设计。

2.2 电路导体流量的合理调整

为了减少电气短路的现象，需要合理调整电路导体载流量。需要根据经济合理性对道路照明电气系统进行有效设计，并确保导体载流量不低于设计时的计算电流；需要确保导体电流的大小可以使线路保护装置正常工作，同时还需要重视在运行过程中的导体电流，确保线路的动稳定和热稳定。线路电压的设计需要满足电路正常运行的实际需求，设计人员需要根据道路照明电气系统的距离来计算电压的分布情况。在采用断路器进行电气保护时，需要使用传感器监测线路的热作用和机械作用，监测线路的温度、电流、电压，以避免末端电流产生的瞬时电流对断路器造成的不良影响，使断路器能够长期在稳定的状态下工作。

2.3 城市道路照明方案的优化

在确保城市道路照明电气系统设计合理性的同时，还需要进一步地优化施工方案及设计方案进行。一方面，设计人员需要结合周边城市道路照明电气系统的情况及对道路照明电气系统的实际需求，从经济性与合理性上进行进一步优化；另一方面，设计人员需要与施工人员进行有效的沟通，进行全面、系统的设计，确保区域照明电气系统的统一性和完整性，避免分离现象的产生。例如，使用节能变压器、箱式变压器扩展城市道路照明电气系统的配电容量，并与已存在的城市道路照明电气系统共用配电线路和电源，以节省项目建设的施工成本[4]。

2.4 灯具的合理选择

灯具的合理选择、布置可以减少道路照明的眩光问题[5]。在规划设计的过程中，一方面需要保证灯具的布置合理，不但需要满足照度的需求，还需要合理设计光照的范围，并在此基础上选用发光效率较高、使用寿命较长、具有较好显色性的灯具。另一方面，设计人员需要根据不同的照明需求选择不同的灯具。例如，高压照明灯的光线较柔和，可以有效避免眩光问题的产生，但其使用寿命较低，可以根据实际情况选择寿命较长的LED灯具，并采用合适的灯罩，确保光线的柔和舒适。在选择合适的灯具的基础上，需要合理设置灯具间距，同时控制灯具的安装高度，从而有效提升光照的效果。

2.5 新能源、节能技术的应用

在城市道路照明电气系统的设计过程中，可以积极采用光源降压、稳压等方式降低线路的损耗，并在不影响照明质量的前提下，按照道路照明的实际需求提供符合标准的、较低的平均照度，从而减少能源的浪费[6]。设计人员还可以从城市道路照明电气系统的智能化建设入手，提升照明控制的精准性和智能性，通过对行人、车辆数量的自动检测，选择不同的照明模式，在确保正常使用的基础上，合理分配光照资源，从而达到节能的目的。需要加强新能源技术在城市道路照明电气系统中的应用，一方面设计人员需要根据区域的新能源应用环境优势选择不同的新能源。例如，自然光照较充足的区域可以采用光伏发电系统，以满足部分照明需求。另一方面，需要制定合理的新能源技术应用方向，加强对照明设备的更新与改造，从而不断提升城市道路照明电气系统的水平。

2.6 道路照明的智能控制

不同的区域对道路照明的需求有较大的差异，现阶段物联网技术的发展可以有效实现对道路照明的智能化和精准化控制。相关人员可以采用传感器技术统计、分析区段道路的使用情况，并根据实际的变动情况合理分配道路照明资源，从而合理解决道路使用情况不均导致的能源浪费现象；可以根据车辆、行人的行进路线，智能开启和关闭区段的道路照明电气系统，从而实现对道路照明电气系统的精准控制，使道路照明与区域的照明需求精准匹配，并在此基础上加强区域道路照明电气系统的统一管理，形成完整的城市照明电气系统。采用精准有效的智能照明控制手段，可以提升道路照明的利用效率，从而满足智慧化与节能发展的现实需求。

3 结束语

综上所述，城市道路照明电气系统对于扩展城市的夜间功能、确保人们夜间生活的品质有积极作用。虽然我国城市道路照明电气设计技术目前已经较成熟，但随着技术的发展及社会发展形势的变化，在城市道路照明电气系统设计的过程中，应当进一步加强对照明质量、能源节约、智能化技术的研究。在应用新型技术的基础上，需要进一步加强对城市道路照明电气系统的维护与保养，并在此基础上进行不断的优化和调整，使其能够精准满足城市道路照明的需求，为城市夜间的社会行动提供可靠的照明服务，从而推进城市与社会的快速发展。