摘 要：文章介紹了道路照明工程低壓配電電纜截面選擇的一般方法，結(jié)合道路照明工程的特點(diǎn)，推導(dǎo)出電纜截面選擇方法的簡(jiǎn)便計(jì)算，探討了道路照明低壓配電電纜截面的選擇需要著重注意的問題及解決辦法。

關(guān)鍵詞：道路照明；低壓電纜截面；設(shè)計(jì)

市政道路照明是城市夜景照明的一部分，其主要功能是為各種車輛的駕駛?cè)藛T以及行人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境，良好的道路照明設(shè)計(jì)方案，不僅可以提高道路交通安全和運(yùn)輸效率，還可以方便市民生活，降低犯罪率，同時(shí)又能起到美化城市環(huán)境的作用。由于道路照明具有單套路燈功率不大、供電距離長(zhǎng)的特殊性，在道路照明設(shè)計(jì)中，低壓配電電纜的選擇對(duì)照明的安全性、經(jīng)濟(jì)性影響巨大，而低壓配電電纜截面的選擇尤為重要。文章將就道路照明設(shè)計(jì)中低壓配電電纜截面的選擇作一些探討。

1 按允許溫升選擇

所謂按允許溫升選擇電纜截面，就是說當(dāng)電纜通過負(fù)載電流時(shí)，線芯溫度不應(yīng)超過電纜絕緣所允許的長(zhǎng)期工作溫度，即電纜允許的持續(xù)工作電流應(yīng)不小于線路的工作電流。按該方法選擇電纜截面時(shí)，還要考慮電纜通過不同的散熱區(qū)段及電纜的敷設(shè)方式等對(duì)電纜線芯工作溫度的影響。

2 按機(jī)械強(qiáng)度選擇

電纜截面的選擇應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）第3.2.2款的規(guī)定，絕緣導(dǎo)體穿導(dǎo)管敷設(shè)或在槽盒中敷設(shè)時(shí)，銅導(dǎo)體的最小截面是1.5mm2，鋁導(dǎo)體的最小截面是10mm2。道路照明低壓配電電纜一般是穿管埋地敷設(shè)，電纜截面由于要滿足電壓損失等要求，一般截面較大，機(jī)械強(qiáng)度基本都滿足要求。只是要注意配電系統(tǒng)中性線的截面不應(yīng)小于相線的導(dǎo)線截面，且應(yīng)滿足不平衡電流及諧波電流的要求。而保護(hù)接地線也必須要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，其材質(zhì)應(yīng)與相線的材質(zhì)相同，當(dāng)相線截面在35mm2及以下時(shí)，保護(hù)接地線的最小截面不應(yīng)小于相線的截面，當(dāng)相線截面在35mm2以上時(shí)，保護(hù)接地線的最小截面不得小于相線截面的一半。

3 按短路熱穩(wěn)定選擇

電纜截面滿足短路熱穩(wěn)定條件，即要求在短路保護(hù)設(shè)備切斷短路電流之前，電纜應(yīng)能承受短路電流對(duì)導(dǎo)體和連接件產(chǎn)生的熱作用和機(jī)械作用危害。根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）第6.2.3款規(guī)定，當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間不小于0.1s而且不大于5s時(shí)，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定應(yīng)按下式進(jìn)行校驗(yàn)：

S？叟■■

式中：S-絕緣導(dǎo)體的線芯截面，mm2；I-短路電流有效值（交流方均根值），A；t-保護(hù)電器自動(dòng)切斷電流的動(dòng)作時(shí)間，s；k-系數(shù)，按《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）公式（A.0.1）計(jì)算或保護(hù)導(dǎo)體按表A.0.2～表A.0.6確定、相導(dǎo)體按表A.0.7確定，對(duì)于1kV及以下銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜相導(dǎo)體取143。

目前，道路照明工程中配電保護(hù)電器較多采用斷路器，而斷路器瞬時(shí)脫口器的全分?jǐn)鄷r(shí)間極短，一般在10～20ms，甚至更小，都小于0.1s，按《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054-2011）規(guī)定，當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間小于0.1s時(shí)，應(yīng)計(jì)入短路電流非周期分量對(duì)熱作用的影響。上面的公式并不適用。這種情況下要求導(dǎo)體k2S2值應(yīng)大于電器廠家提供的電器允許通過的I2t值，以保證電器在分?jǐn)喽搪冯娏髑埃瑢?dǎo)體能承受包括非周期分量在內(nèi)的短路電流的熱作用。目前，市場(chǎng)上的塑殼斷路器多是能夠快速開斷、有限流作用的斷路器，在熱穩(wěn)定校驗(yàn)中，除了涉及系統(tǒng)和電纜本身的因素外，斷路器自身的電氣性能也需進(jìn)行考慮。按其具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，往往能使熱穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，道路照明配電變壓器一般容量不大，低壓配電保護(hù)電器多選用具有快速開斷能力的限流型塑殼斷路器，且低壓配電保護(hù)電器的額定電流較小，低壓母線配出線短路電流小，而低壓配電電纜由于要滿足電壓損失等要求，截面往往選的較大，滿足短路熱穩(wěn)定的要求并不難。

需要注意的是，由于道路照明低壓配電線路較長(zhǎng)，接地故障電流較小，對(duì)于TN-S接地型式的配電系統(tǒng)，低壓短路保護(hù)電器往往難以滿足接地故障靈敏性的要求。這時(shí)需要采取提高接地故障電流值的措施，比如可以選用零序阻抗更小的D，yn11接線組別變壓器取代Y，yn0接線組別變壓器，可明顯增大單相接地故障電流；加大低壓配電電纜的相導(dǎo)體及保護(hù)接地導(dǎo)體截面；采用帶短延時(shí)過電流脫扣器的斷路器，因?yàn)閷?duì)于同一斷路器，短延時(shí)過電流脫扣器整定電流值通常只有瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流值的1/5～1/3左右，所以更容易滿足要求，這時(shí)要求單相接地短路電流值不小于短延時(shí)電流整定值的1.3倍；當(dāng)然，還可以采用帶零序電流保護(hù)或剩余電流保護(hù)的斷路器，采用剩余電流保護(hù)比零序電流保護(hù)的動(dòng)作靈敏度更高。

4 按電壓損失選擇

電流沿電源、線路流向照明燈具，由于電源和線路存在阻抗而產(chǎn)生電壓損失，使線路負(fù)荷端發(fā)生了電壓偏移，即實(shí)際電壓與額定電壓有了偏差。電壓偏差可能是負(fù)值（實(shí)際電壓比額定電壓小），也可能是正值（實(shí)際電壓比額定電壓大）。在道路照明設(shè)計(jì)中，大部分情況下電壓偏移是負(fù)值。道路照明燈具只有在額定電壓下使用才具有最好的使用效果及壽命，否則將使燈具運(yùn)行效果變壞。

（1）總的允許電壓損失，計(jì)算公式如下：

△U=

式中：U-燈具的額定電壓（V）；U0-變壓器的空載電壓（V）；ΔUS-燈具允許的負(fù)電壓偏移的相對(duì)值（%），根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2006）第6.1.3款規(guī)定，正常運(yùn)行情況下，照明燈具端電壓應(yīng)維持在額定電壓的90%～105%，即ΔUS=10%；ΔU-總的允許電壓損失（%）。

（2）變壓器內(nèi)電壓損失計(jì)算公式如下：

△uT=？茁（ua×cos？漬+ur×sin？漬）

ua=■

ur=■

式中：？茁-變壓器負(fù)荷率，根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2006）第6.1.4款規(guī)定，配電變壓器的負(fù)荷率不宜大于70%；ua、ur-變壓器短路電壓的有功分量及無功分量，（%）；uT-變壓器的短路電壓，（%）；cos？漬-負(fù)荷的功率因數(shù)，根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2006）第7.2.4款規(guī)定，氣體放電燈線路的功率因數(shù)不應(yīng)小于0.85；△PT-變壓器的短路損耗，（kW）；SrT-變壓器的額定容量，（kVA）；△uT-變壓器內(nèi)的電壓損失，（%）。

（3）線路上的允許電壓損失，可按下式計(jì)算：

△uL=△u-？琢△uT

式中：△uL-線路上的允許電壓損失，（%）；？琢-變壓器空載電壓U0與線路額定電壓U之比。

（4）線路實(shí)際電壓損失計(jì)算

道路照明燈具基本沿全線均勻分布，即每一負(fù)荷點(diǎn)具有相同的功率及功率因數(shù)等特性、負(fù)荷的分布距離也大致相等，而且低壓配電電纜截面相等。若照明配電系統(tǒng)采用三相四線制，并且按L1、L2、L3……的方式換相接燈具，可基本達(dá)到三相平衡，線路電壓損失可按電流矩計(jì)算。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)內(nèi)容可知，接三相平衡負(fù)荷用電流矩表示時(shí)，線路電壓損失公式如下：

△u%=■■[（R′■cos？漬+X′■sin？漬）IiLi]=■（ua%IiLi）

式中：△u%-線路電壓損失百分?jǐn)?shù)，%；△ua%-三相線路每1A·km的電壓損失百分?jǐn)?shù)，%/（A·km）；U■-標(biāo)稱線電壓，kV；R0、X0-三相線路單位長(zhǎng)度的電阻和感抗，Ω/km；cos？漬-負(fù)荷的功率因數(shù)；I-負(fù)荷計(jì)算電流，A；L-線路長(zhǎng)度，km。

對(duì)于道路照明這種沿全線均勻分布的相同負(fù)荷，總的線路電壓損失為各段電壓損失之和。道路照明負(fù)荷分布示意如圖1所示公式推導(dǎo)如下：

由于L2=L3=……=Ln=L（L為路燈檔距），對(duì)于同一相來說，所接燈具間距為3L。L1為電源點(diǎn)變壓器至第一座路燈的距離。而

I1=n×Ie

I2=（n-1）×Ie

…

In=1×Ie

所以

式中：Ii-每段線路計(jì)算電流，A；Li-每段線路長(zhǎng)度，L1為電源點(diǎn)變壓器至第一座路燈的線路長(zhǎng)度，L為路燈的檔距，km；Ie-每套路燈包括鎮(zhèn)流器在內(nèi)的額定電流，A；n-路燈總數(shù)量的三分之一。

道路照明燈具若是采用單相供電，也可以按照電流矩的方法進(jìn)行電壓損失計(jì)算。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)內(nèi)容可知，接相電壓的單相負(fù)荷線路終端負(fù)荷用電流矩表示時(shí)，線路電壓損失公式如下：

式中：Unph-標(biāo)稱相電壓，kV；X″0-單相線路單位長(zhǎng)度的感抗，其值可取X′0值；其它符號(hào)含義同前。

單相電源供電的道路照明負(fù)荷分布示意如圖2所示，同理，公式推導(dǎo)如下。

圖2 道路照明負(fù)荷分布示意圖（單相供電）

式中：n-路燈的數(shù)量；其它符號(hào)含義同前。

5 設(shè)計(jì)時(shí)可忽略的一些因素

首先，實(shí)際布置路燈時(shí)，路燈的間距不可能完全相同。但這種差異在整條線路出現(xiàn)的較少。因此，產(chǎn)生的電壓損失變化也不多。所以，我們?cè)谟?jì)算負(fù)荷矩時(shí)，可以作為均布來考慮。其次，電壓損失對(duì)燈光的工作電流會(huì)有一些影響。始端路燈大于末端電流，但在設(shè)計(jì)中，我們要把電壓損失控制在規(guī)定范圍內(nèi)，從分析以及實(shí)際檢測(cè)中，誤差不大。另外，諧波、電抗性壓降雖有影響，變化差異較小。不同類別的光源盡量不要放在一條供電回路上，如條件不具備時(shí)，在電源側(cè)加裝保護(hù)裝置。實(shí)際工程中很難做到三相完全平衡，但設(shè)計(jì)中盡量做到三相平衡。

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明，由于城市道路照明的配電線路一般都比較長(zhǎng)，在確定低壓配電電纜截面時(shí)，線路的壓降和末端短路電流往往成為決定性的因素，滿足這兩個(gè)條件的電纜，往往溫升和機(jī)械強(qiáng)度也滿足規(guī)范的要求。有時(shí)候，光靠增大電纜截面并不容易滿足規(guī)范要求，或者并不經(jīng)濟(jì)，這時(shí)候最好采取一些其它更合適的措施，比如減小供電距離等?？傊?，低壓配電電纜截面的確定在道路照明工程設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的地位，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素，做到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理。

參考文獻(xiàn)

[1]戴瑜興.現(xiàn)代建筑照明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[2]CJJ45-2006.城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[4]CJJ89-2012，城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程[S].

作者簡(jiǎn)介：白敬中（1976-），男，湖北武漢人，本科，高級(jí)工程師，市政電氣。