城市道路照明供电电压与控制的优化研究

廖元兵

摘要：我国城市道路里的照明灯具在节约电力方面有很大的潜力。由于路灯在不同电压下的光电参数和寿命长短特性有很大差异，所以可以推算出城市里道路照明灯具在不同情况下的最合适的供电电压，上半夜的最佳电压即为额定电压，下半夜的最佳电压则要略小于额定电压为200V。可以通过这一原理组成V/V0变压器-路灯的照明节电系统装置，这一系统不用增加变压器或电抗器等控制设备，更利于城市中的安装和使用。

关键词：照明供电系统；单相变压器；节电

引言：

城市中的道路照明节电主要包括几个方面：贯彻落实照明的标准，适度的道路照明更合理，不应该过度明亮；选用具有高效能的灯具和光源，设计更加合理的照明；控制方式要合理的选择。目前最理想的操控的方法是降低下半夜的灯具上的电压大小，同时使光源的光通量一起下降，也就是影响灯具光通量的相关因素都减小到相同的程度，这样既确保了道路照明灯具的功能，又可以做到节省电压，符合现代的节约环保理念。

一、城市道路照明的设计

（一）照明系统的管道设计

一般来说，综合型城市在建设时最注重的就是美观一体性和用电安全，在我国城市道路照明系统中，工作人员主要使用埋地管线的方式进行配电干线。设计者可以采取的铺设方式有直埋和综合管沟等，一般最常采用的是其中的铠装直埋和穿管直埋两种方式。铠装直埋一般情况下会应用在路灯管线和路基的一体施工中，这样的方式既节省了人工造价，又可以缩短工程的工期。但是容易产生后期维护不便的现象，所以在工期较短或资金不足时会优先考虑这一方式。穿管直埋是把钢管等管道预埋在道路的结构层下面，直接设置接线井，工期虽然很长，但是有利于后期维护工作的进行，节约了道路的建设周期。

（二）照明系统的接地设计

城市道路照明系统有很多常用的接地方式，使用频率最高的就是TN-S系统。传统的接地系统并不适用于城市道路照明系统中，因为其没有附设变电所，而是附设了一些专用的变压器，并由专业的馈电线直接供电，且如果在城市道路照明系统中使用传统的接地系统，必须在电源一侧增加设置一個或多个漏电保护装置，而普遍的道路照明设计中的相关漏电保护装置会装设在机控变压器附近，通常是变压器的出线断路器处，所以并不考虑使用传统接地方式。

我国电力系统的常用中性点接地方式有很多，但在城市道路照明系统中一般会优先采用中性点直接接地的方式，这一方式的优点是中性点接地系统可以承受相电压水平的对地绝缘能力，且所需的安全距离较小，使用的材料少，相关技术人员的生命安全可以得到有效保证。

（三）照明系统中的配电设计

城市道路照明系统是配电三级负荷里极为重要的负荷之一，并由于照明容量过大需要安装专业的变压器。在供电时，应该尽量让三相负荷互相平衡，以便减小不平衡电流对道路照明系统的影响。

（四）照明系统中的照明设计

依照等级，城市道路可分为快速路、主干路、次干路、之路和居民区道路等。由于道路区域大小划分不同，所以对照明节电也有不同的要求，其中对主干路的要求最为严格。也可以根据道路的横断面形式和道路设计等，选择不同的设计方式。

二、照明降压节电的相关技术

在现在的城市中，城市照明与道路照明逐步融为一体，增加了城市中道路照明的市场规模。在未来几年内，道路照明即将发展成为城市照明市场，二者合二为一，主要包括了城市的夜景、公共、商业和道路照明等。城市的道路照明即将变为含有极高生长性且科技含量不断增加的大型客观的市场。在设计路灯供电线路时，工作人员为了防止在送电过程中出现线路损耗太大现象，也为了避免在大量用户的用电高峰时出现电压过低而路灯无法及时点亮的现象，所以人工规定了路灯的变压器次级输出电压应该至少高于额定值的5%以上。由于电网出现持续波动的状况，所以在午夜的用电低谷时段，电网的电压会更加高。在下半夜的城市路灯电压一般情况下都会超过额定电压，甚至有时会超过230V，这样一来就会加大最多22%的耗电量。在接近午夜时分，城市道路中的车辆数目及交通拥挤程度已经达到了低谷，行人也就更加稀少，此时也刚好是电网的用电负荷的负荷低谷，导致电网的电压不断持续升高。而电网电压的不断提升，一定会导致城市中路灯的光通量达到最大，使得路面照明度显著提高。这不仅浪费了大量电能，还使灯泡和其它附件的使用期限不断缩减。道路的照明节电在很多方面都有巨大潜力，除了挑选高效的道路灯具外，还要更加严格地实行半夜灯模式。在保证城市道路照明的基础上，城市道路照明节电技术主要采用降低灯具的供电电压，也可以采取在深夜时不断降低灯具上的供电电压的方式，同时适当把路面的亮度降低等方法，来达到节电的目的。

三、优化城市道路照明的供电电压

根据目前的发展来看，城市道路照明的点光源为高压钠灯和金属卤化物灯具等高强度气体不断释放点光源。北京、成都、广州和深圳等一线城市都使用的是由西班牙生产的NE装置，且出现了很好的节能效果。NE装置是专门用来调节高强度气体放电灯的智能节电装置，它的主核心是一个多抽头类型的变压器，设置了电子控制器和稳压的电源并把它们调控成一套的配备装置。它可以依据操控指令，自动将电压压制到可运行的电压。根据西班牙巴塞罗那的照明实验室提供相关的数据可推测，在不断降压的方式下，操控NE智能照明装置可以节省近一半的电量，而有效功率并无大幅度下降。在使用高压钠灯或由其它气体放电灯具组成的城市道路照明系统中，考虑到末端电压持续下降的前提，在午夜时段进行节电运行应该把供电电压压低在10%内，这样的操作是最佳的选择之一。下半夜的最佳供电电压是200V，在选择200V电压时，可以降低灯电流，极大程度上提高了节点的效率；同时也使照明灯具的使用寿命有所延长，降低了人力、物力的维修成本。在这一电压的供电下，高压钠灯的照度和通光量都有所下降，但是照明的质量和均匀程度并没有受到影响，也没有出现谐波等不良影响。

四、优化城市道路照明的控制

我国城市内目前采用的照明节电器械基本是电磁式的，主要元件有自耦变压器、电抗器和补偿变压器等。工作人员可以用系统的软件来操控调压调光的分时段进行，以便快速达到节电省电的目的。在我国上海的潘登公司开发研制了名为GGDZ的照明稳压节电柜，其由补偿和调节变压器、主电路等六个技术单元互相组合构成了新型的照明节电产品，该产品主要以智能机械稳压为主要核心。这一类型的城市道路照明节电器都必须增加大型笨重的自耦变压器或补偿器等，这些商品都太过昂贵，且控制的技术过于复杂，所以没有得到大范围推广使用。最近人们推出一种全新的供电电压自动转换的V/VO-V/V变压器的城市路灯照明节电系统。这种城市照明系统不用增加自耦变压器、电抗器或者补偿变压器等设备，只要把城市路灯的专业变压器做一些V/VO接线，然后在下半夜时段，通过光-电子控制器自动使变压器二次侧的中性线及时断开，变为V/V接线即可，使城市灯具的电压从相电压可以自动变化为线电压的一半。因为在下半夜时期，变压器二次侧的线电压至少为400V，这样就更加有利于实现城市照明灯具供电电压从额定电压下降直至最佳电压。

结束语：

设计者可以结合有关设计经验，对城市的道路照明系统进行全新设计。随着我国社会的不断发展与进步，居民更加注重自己的生活质量，而道路照明与城市居民的生活息息相关，规划合理完善的城市道路照明系统，不仅可以提升居民生活水平，更为城市的新型发展提供了有力的保障。在日后的发展中，城市道路照明系统还会得到更深入的研究，以便为社会进步提供更大的支持。

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