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摘要：本文作者结合实际工作经验，就城市道路照明电气设计中遇到的几个常见问题的进行了探讨，提出了自己的见解，供大家参考。
关键词：单相短路 ；短路容量； 断路器； 箱式变电站； 远程监控系统； 光源
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
改革开放以来,我国的城市照明发展很快,对完善城市功能,改善城市环境,提高人民生活水平发挥了积极作用。作为城市道路照明设计现行设计标准,《城市道路照明设计标准》对照明标准、光源和灯具的选择、照明设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求,标准提出“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”五项设计原则。
1 电缆选择
电压降引起的照明质量下降与单相短路电流不满足电气保护灵敏度要求对电缆截面选择孰轻孰重。
1.1 在道路照明配电中,由于配电线路较长,配电线路零序阻抗较大,同时引起电压偏移和单相接地(零)短路电流相对较小两个问题。电压偏移将对照明质量产生直接影响,根据有关设计规范规定,灯具的端电压允许电压偏移值不超过额定电压的105％,对于道路照明,低压照明线路的末端电压不应低于额定电压的90%或不应低于始端电压的95%。而对于单相接地(零)短路电流相对较小的问题,现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值一般较难满足开关可靠动作的灵敏性要求。单相电流短路危害电流危害,主要在于短路电流小,使得电气保护元件不能技术切断短路电流,从而造成电缆发热燃烧,甚至产生局部电弧放电引起火灾,严重危害电气系统正常运行。所以合理选择电缆配电长度和电缆截面,对于路灯照明供电设计至关重要。
由于单相接地电流较小,现有的热磁式断路器瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流,一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护,容易使电缆长时间过电流,轻则烧毁电缆,重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电,即使配电中尽量使三相平衡,零序电流仍较大,也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284－73”的规定,非选择型配电用断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍),只具有瞬时过电流脱扣器的断路器,其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是,至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式断路器产品,包括像ABB,Schneider,Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法:(1)加大电缆截面,降低配电线路的零序电阻和电抗,一般道路照明设计中,线路电压降都能满足规范要求,在不影响投资和施工难度的情况下,这不失为一个好办法。(2)使用电子式脱扣器,其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。(3)减小配电距离,以满足电气保护可靠性,具体做法可参照根据单相短路电流确定配电最小距离的相关资料。
1.2 电压降计算。在长距离配电设计中,电压降引起的照明质量下降与单相短路电流电气保护灵敏度要求相比,对电缆截面选择决定性的影响也较大。如果考虑高压钠灯加装电容器进行无功功率就地补偿,单相短路电流电气保护灵敏度要求的问题尤其突出。所以,二者统筹合理,才能做到设计经济合理。
2 配电设备选择
2.1 短路电流与计算电流相结合,同时应考虑相关设计规范,正确选择配电断路器。
现在一般道路大多采用断路器保护,本文也只考虑断路器保护。对于道路照明配电断路器的选择,主要应结合短路电流与计算电流进行选择。
通常,道路照明供电电源由电力公网引高压电源到照明专用变压器,变压器的容量不大,一般在80kVA～250kVA之间,即使高压电力系统短路容量按照无限大考虑,变压器低压侧短路电流也不大。假设以下两个条件:1.10kV侧线缆阻抗忽略不计,短路容量无穷大,这样短路电流大小仅取决于前级变压器容量的大小。2.04kV侧的变压器保护主断路器和低压母线上的阻抗也不加考虑,使低压母线三相短路电流也僅取决于10/0.4kV变压器容量的大小。
2.2 美式箱变与欧式箱变的选择及注意的问题。
道路照明配电中心多采用箱式变电站,它们具有成套性强、体积小、占地少,能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗,缩短送电周期,选址灵活、对环境适应性强,且能美化城市环境、安装方便、运行可靠及投资少、见效快等一系列优点,所以组合式变压器有着广阔的使用范围,是城市建设的必需设备。现今箱式变电站主要分两类:组合装置型(又称欧式箱变)和一体型(又称美式箱变)。
欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中,变压器室温很高,引起散热困难,影响出力;另一方面欧式箱变在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜,所以欧式箱变体积较大。美式箱变与欧式箱变结构上不一样。从布置上看,其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置,而是品字型布置。从结构上看,美式箱变分为前、后两部分:前面为高、低压操作间隔,操作间隔内包括高低压接线端子,负荷开关操作柄,无载调压分节开关,插入式熔断器,油位计等;后部为注油箱及散热片,将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕,采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱,油箱及散热器暴露在空气中,没有散热困难。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化,美式箱变的占地面积和体积大大减小,由于其体积很小再加上只是一侧开门,其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4,体积仅为同容量欧式箱变的1/5～1/3。国产化美式箱变在低压侧加装低压配电柜,增加低压保护及计量方式功能,更能满足国内用户的需要。所以使用这种箱变的场合也越来越多。
由于箱式变长期处于太阳的直晒下,影响塑壳断路器的散热,使得断路器不能正常开断负载及短路电流,易引发高压侧故障。所以室外使用箱式变时布置位置也需要设计注意。
3 灯具光源选择
目前道路照明中较多采用的是高压钠灯,它光效高(100lm/W),黄光透雾性好,视觉敏锐度也较高。由于道路照明的亮度一般为1～2cd/m2。对眼睛来说是处于中间视觉状态。此时视网膜杆体细胞和锥体细胞同时起作用。若采用白色的金卤灯(短波光线多)照明有助于边缘视觉(杆体细胞为主)发挥作用,对周围环境的视觉信息灵敏度高。近年来,随着制灯工业的进步,金卤灯光效日益提高(>100lm/W),寿命已达到上万小时,且它的显色性好,故在道路照明中应用已日益增多。特别是居住区内的道路采用小功率金卤灯照明已相当普遍。市中心,商业区等对颜色识别要求高的道路也宜采用金卤灯。
光源的选择不能简单化,单一化,要贯彻以人文本的设计思想,结合具体工程情况,合理正确选择光源。
4 照明控制的设计标准
标准中涉及照明的控制只有三条内容,能满足照明控制基本要求,但已不能适应现今技术发展要求。城市照明的管理水平,应该随技术与经济的发展同步发展,逐步完善管理,可以节约降耗,节省运营成本。建立道路路灯照明的远程监控系统,应该是城市公共市政管理的必然要求。道路路灯照明的远程监控系统是结合了现代化的通讯手段、计算机技术、自动控制技术、网络、多媒体技术的控制系统,可实现对道路路灯照明系统的远程监测和控制,系统建设规模可根据当地经济情况灵活扩充,进而实现对周边的景观照明、建筑泛光照明等照明系统的远程监控,从而实时掌握照明系统运行状况,快速发现照明系统故障,提高照明系统运行质量。通过GPRS/GSM、无线电台、ADSL、CDPD、光纤以太网等多种通讯方式,实现各配电中心的联网,满足中心调度监控功能。
参考文献:
[1] CJJ45-91.城市道路照明设计标准[S].中国建筑科学研究院,2009.
[2] 天津大学.电力系统继电保护原理[M].电力工业出版社出版,2008.
[3] 苏文成.工厂供电[M].机械工业出版社出版,2007.
关键词：单相短路 ；短路容量； 断路器； 箱式变电站； 远程监控系统； 光源
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
改革开放以来,我国的城市照明发展很快,对完善城市功能,改善城市环境,提高人民生活水平发挥了积极作用。作为城市道路照明设计现行设计标准,《城市道路照明设计标准》对照明标准、光源和灯具的选择、照明设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求,标准提出“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”五项设计原则。
1 电缆选择
电压降引起的照明质量下降与单相短路电流不满足电气保护灵敏度要求对电缆截面选择孰轻孰重。
1.1 在道路照明配电中,由于配电线路较长,配电线路零序阻抗较大,同时引起电压偏移和单相接地(零)短路电流相对较小两个问题。电压偏移将对照明质量产生直接影响,根据有关设计规范规定,灯具的端电压允许电压偏移值不超过额定电压的105％,对于道路照明,低压照明线路的末端电压不应低于额定电压的90%或不应低于始端电压的95%。而对于单相接地(零)短路电流相对较小的问题,现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值一般较难满足开关可靠动作的灵敏性要求。单相电流短路危害电流危害,主要在于短路电流小,使得电气保护元件不能技术切断短路电流,从而造成电缆发热燃烧,甚至产生局部电弧放电引起火灾,严重危害电气系统正常运行。所以合理选择电缆配电长度和电缆截面,对于路灯照明供电设计至关重要。
由于单相接地电流较小,现有的热磁式断路器瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流,一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护,容易使电缆长时间过电流,轻则烧毁电缆,重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电,即使配电中尽量使三相平衡,零序电流仍较大,也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284－73”的规定,非选择型配电用断路器的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍),只具有瞬时过电流脱扣器的断路器,其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是,至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式断路器产品,包括像ABB,Schneider,Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法:(1)加大电缆截面,降低配电线路的零序电阻和电抗,一般道路照明设计中,线路电压降都能满足规范要求,在不影响投资和施工难度的情况下,这不失为一个好办法。(2)使用电子式脱扣器,其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。(3)减小配电距离,以满足电气保护可靠性,具体做法可参照根据单相短路电流确定配电最小距离的相关资料。
1.2 电压降计算。在长距离配电设计中,电压降引起的照明质量下降与单相短路电流电气保护灵敏度要求相比,对电缆截面选择决定性的影响也较大。如果考虑高压钠灯加装电容器进行无功功率就地补偿,单相短路电流电气保护灵敏度要求的问题尤其突出。所以,二者统筹合理,才能做到设计经济合理。
2 配电设备选择
2.1 短路电流与计算电流相结合,同时应考虑相关设计规范,正确选择配电断路器。
现在一般道路大多采用断路器保护,本文也只考虑断路器保护。对于道路照明配电断路器的选择,主要应结合短路电流与计算电流进行选择。
通常,道路照明供电电源由电力公网引高压电源到照明专用变压器,变压器的容量不大,一般在80kVA～250kVA之间,即使高压电力系统短路容量按照无限大考虑,变压器低压侧短路电流也不大。假设以下两个条件:1.10kV侧线缆阻抗忽略不计,短路容量无穷大,这样短路电流大小仅取决于前级变压器容量的大小。2.04kV侧的变压器保护主断路器和低压母线上的阻抗也不加考虑,使低压母线三相短路电流也僅取决于10/0.4kV变压器容量的大小。
2.2 美式箱变与欧式箱变的选择及注意的问题。
道路照明配电中心多采用箱式变电站,它们具有成套性强、体积小、占地少,能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗,缩短送电周期,选址灵活、对环境适应性强,且能美化城市环境、安装方便、运行可靠及投资少、见效快等一系列优点,所以组合式变压器有着广阔的使用范围,是城市建设的必需设备。现今箱式变电站主要分两类:组合装置型(又称欧式箱变)和一体型(又称美式箱变)。
欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中,变压器室温很高,引起散热困难,影响出力;另一方面欧式箱变在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜,所以欧式箱变体积较大。美式箱变与欧式箱变结构上不一样。从布置上看,其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置,而是品字型布置。从结构上看,美式箱变分为前、后两部分:前面为高、低压操作间隔,操作间隔内包括高低压接线端子,负荷开关操作柄,无载调压分节开关,插入式熔断器,油位计等;后部为注油箱及散热片,将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕,采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱,油箱及散热器暴露在空气中,没有散热困难。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化,美式箱变的占地面积和体积大大减小,由于其体积很小再加上只是一侧开门,其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4,体积仅为同容量欧式箱变的1/5～1/3。国产化美式箱变在低压侧加装低压配电柜,增加低压保护及计量方式功能,更能满足国内用户的需要。所以使用这种箱变的场合也越来越多。
由于箱式变长期处于太阳的直晒下,影响塑壳断路器的散热,使得断路器不能正常开断负载及短路电流,易引发高压侧故障。所以室外使用箱式变时布置位置也需要设计注意。
3 灯具光源选择
目前道路照明中较多采用的是高压钠灯,它光效高(100lm/W),黄光透雾性好,视觉敏锐度也较高。由于道路照明的亮度一般为1～2cd/m2。对眼睛来说是处于中间视觉状态。此时视网膜杆体细胞和锥体细胞同时起作用。若采用白色的金卤灯(短波光线多)照明有助于边缘视觉(杆体细胞为主)发挥作用,对周围环境的视觉信息灵敏度高。近年来,随着制灯工业的进步,金卤灯光效日益提高(>100lm/W),寿命已达到上万小时,且它的显色性好,故在道路照明中应用已日益增多。特别是居住区内的道路采用小功率金卤灯照明已相当普遍。市中心,商业区等对颜色识别要求高的道路也宜采用金卤灯。
光源的选择不能简单化,单一化,要贯彻以人文本的设计思想,结合具体工程情况,合理正确选择光源。
4 照明控制的设计标准
标准中涉及照明的控制只有三条内容,能满足照明控制基本要求,但已不能适应现今技术发展要求。城市照明的管理水平,应该随技术与经济的发展同步发展,逐步完善管理,可以节约降耗,节省运营成本。建立道路路灯照明的远程监控系统,应该是城市公共市政管理的必然要求。道路路灯照明的远程监控系统是结合了现代化的通讯手段、计算机技术、自动控制技术、网络、多媒体技术的控制系统,可实现对道路路灯照明系统的远程监测和控制,系统建设规模可根据当地经济情况灵活扩充,进而实现对周边的景观照明、建筑泛光照明等照明系统的远程监控,从而实时掌握照明系统运行状况,快速发现照明系统故障,提高照明系统运行质量。通过GPRS/GSM、无线电台、ADSL、CDPD、光纤以太网等多种通讯方式,实现各配电中心的联网,满足中心调度监控功能。
参考文献:
[1] CJJ45-91.城市道路照明设计标准[S].中国建筑科学研究院,2009.
[2] 天津大学.电力系统继电保护原理[M].电力工业出版社出版,2008.
[3] 苏文成.工厂供电[M].机械工业出版社出版,2007.