浅谈道路照明设计

道路照明设计通常由两部分组成，一为道路照明的光照设计，二为道路照明的电气设计。在进行道路照明设计前应了解和收集有关资料：(1)确定该条道路的照明标准及其它特殊要求；(2)收集道路平面布置、道路结构断面，地下管线等资料，在充分了解这些资料的基础上，以便针对性地进行照明设计；(3)了解道路周围环境及城市建设及整体规划方案；(4)收集供电电源的资料，确定供电电源及进线位置等。
　　一、道路照明光照的设计
　　(一)光源
　　道路照明的光源应根据光源的效率、光通量、寿命、光色、控制配光的难易程度及道路条件等因素进行综合比较而确定。在我国现阶段适用于道路照明的光源有高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯及低压钠灯四种光源，它们的特性是：
　　高压荧光汞灯是利用汞放电时产生的高气压获得的可见光，其效率较高，使用寿命长，平均可达12000小时，但显色性较差，一般适用于道路、里巷、住宅小区或其它大面积的照明，或与高压钠灯组合作混光照明。
　　高压钠灯的特点是：光效高达70-100LM/W；使用寿命长，平均可达12000小时；透雾性好。是高强质气体放电灯中光效最高的光源，由于钠灯采用氧化铝管，与汞灯相比，具有光衰小的特点。尽管高压钠灯色温低、显色性不好，但用于道路照明和广场照明则是很经济的。
　　金属卤化物灯：发光效率为60-90LM/W，不如高压钠灯，但显色性比高压汞灯、高压钠灯要好，可用在要求高显色性的场所，如商业街、城市重要道路、运动场及建筑物方面照明。
　　低压钠灯：它以波长5.89mm的黄色光线为主体，与其它光源相比光效最高，达200LM/W。由于其辐射为单色光，显色性非常低，但透雾性能最好，故适用于显色性要求不高，而能见度要求高的高速路和郊区公路照明。
　　(二)灯具
　　道路照明的灯具应具有良好配光，使大部分光能比较均匀地投射到道路中央。道路照明灯具有常规灯具、链式灯具和投光灯具等。常规灯具安装在灯杆上，发光沿着投光道路走向；链式灯具用在悬挂的钢丝绳上，发光主要是横跨马路走向；投光灯具主要用在高杆灯、立交及大面积户外照明。
　　1.道路照明灯具的主要性能有五项，一是耐热性，二是机械强度性能，三是电气性能，四是防尘、防水、防腐蚀性能，五是灯具的外型、重量、
安装维护。
　　2.道路照明灯具的重要指标有光源分布、光输出比和灯高度三项，路灯的光分布要求投射距离为高度的3-4倍，光输出比即灯具效率一般应大于60%，灯具亮度主要在眩光限制范围内来确定。
　　3.道路照明灯具的光度分类CIE曾在1965年制定以下分类法：(1)截光型灯具：最大光强方向在0°～60°范围内，90°方向的光强最大允许值为10cd/10001m,80°方向的光强最大允许值为30cd/10001m，可以获得较高的路面亮度与亮度均匀度，但道路周围地区较暗。
(2)半截光型灯具：最大光强方向0°～75°范围内，80°方向的光强最大允许值为100cd/10001m，它对水平光线有一定程度的限制，同时横向光线也有一定的延伸，有眩光但不太严重。
　　在1976年，CIE又提出按以下三个特征指标进行分类。(1)射程：以灯具正下方垂直线与光束轴形成的夹角所决定；(2)扩散：光线在道路横方向上扩散的程度；(3)控制：灯具对眩光的控制程度。
　　4.道路照明灯具的选择
　　道路照明包括道路、立交、广场等场所的照明。选择灯具应考虑它的功能性和装饰性作用。(1)机动车道主要采用功能性灯具，其中，快速路、主干路须采用截光型灯具、半截光型灯具，次干路、支路采用半截光型灯具。(2)商业街、居住区道路、人行地道、非机动车道应采用装饰性和功能性相结合的灯具。(3)立交场所的高杆照明一般选用泛光灯。(4)在照度标准高、空气中含尘量高、维护困难的场所宜选用防水、防尘性能较高的灯具，反之则可以选用一般的灯具。(5)腐蚀性强的场所宜采用耐腐蚀性好的灯具，振动大的场所宜采用带有减振装置的灯具。
　　(三)道路照明设计
　　首先应在保证照明质量的前提下，结合道路的形式和城市的美化及规划来开展设计工作。道路照明的质量指标主要有路面平均亮度、均匀度、眩光和诱导性等四项。路面平均亮度是影响能否看见障碍物的最重要因素。因道路照明是以看清障碍物的轮廓为原则的，故要按公式Lr=1-2Cd/m2设计以此确定路面平均亮度。路面亮度的均匀度，是指路面亮度分布均匀程度，均匀度为最小亮度与平均亮度之比。眩光，是指照明设施产生的极高的亮度或强烈的对比时，造成视觉降低和人眼睛的不舒适感。在道路照明设计中，眩光的控制指数一般为G≥7，即以不能引起降低能见度和不损伤舒适感为原则。
诱导性，是沿着道路恰当地布置照明器，在灯具的配置上除充分考虑路面亮度分布外，还要通过透视图来检查其诱导性是否正确。
　　道路照明的方式很多。灯杆型照明方式较适合我国城市道路照明光源和照明器的实际情况。它的特点是，在需要照明的路段可用多种方式设置路灯，可依道路的线型变化配置照明器，而且具有较好的诱导性，还起到装饰及点缀环境、美化城市的作用。特别是灯杆照明增加了灯具的对地高度，既减少眩光，增加整个照明设施的舒适感，又增大增宽亮度分布，得到同样的亮度均匀度，减少必要的照明器数量。灯具对地的高度一般取10-15m较为适合。加长灯臂增高路面平均亮度，其主要决定于路型和灯型。机动车道与非机动车道有绿化隔离带时，灯杆布置在机动车道两侧绿化隔离带内(两侧布置方式)，非机动车道路的灯臂不宜太长，以2米较为合适。
　　二、道路照明的电气设计
　　(一)导线截面的选择及电压损失
　　以电缆为例：电缆截面和电压损失与供电距离、负荷容量、电缆敷设方法等有关，一般有电流法和负荷力距法两种计算方法。当系统的功率因数较高且负荷分布均匀时，可采用负荷力矩法对电压损失进行简化计算，电压损失为 u%=∑P•E/S•C。式中：P——各负荷的有功功率(KW); E——各负荷至电源的线长(m); S——导线截面；C——线路系数，根据电压和导线材料确定，一般三相铜芯电缆可取77。
　　(二)道路照明专用变压器容量的选择：
　　1.在次要道路单侧布灯方式时，虽然三相变压器的诸多技术性能胜于单相变压器，但是照明负荷不易达到三相平衡，易造成电压中性点偏移，所以宜优先选用单相变压器，变压器容量按实际用电负荷不超过额定容量的70%计算。SI=U•I=P/COSF，P=单灯功率×盏数；采用单灯无功补偿时，COSF=0.85，单灯实际功率＝单灯功率×1.1; 没有电容补偿时，COS F=0.44，单灯实际功率＝单灯功率×1.2，变压器容量为S=SI/70%=P/70%COSF。
　　2.在城市主要干道采取双侧布灯方式时，路灯负荷比较容易达到三相平衡，故可选择三相变压器，S=1.732UI=P/COSF(U为线电压)，即：三相变压器的容量＝1.732×0.38(KV)×灯泡额定电流(A)×灯盏数(每相)。由计算可知，采取无功补偿可以减小变压器容量。
　　(三)保护与接地系统
　　1.由于道路照明使用的电源电压为220Ｖ,低压线路大部分为二线制和三相四线制，电源对灯杆、控制箱等设施的金属外壳电压为220V，因此必须采取有效的人身安全防护措施，确保路灯设施时刻处于安全运行状态。建议采取三线制或者三相主线截面积的保护性接地线。将保护接地线与每根路灯钢杆进行可靠连接，与每根灯杆连接应用螺丝压接式焊接，并且在保护接地的中间、末端均做重复接地，使接地电阻≤10欧姆
　　2.在每套灯具内的镇流器进电侧前端应加设与电源功率匹配的熔断器或断路器，确保镇流器等发生故障时能及时切断电源，避免漏电事故的发生，确保人身安全。熔丝截面积大小应根据光源功率大小确定，150W高压钠灯可选择5Ａ熔丝，250W或400W高压钠灯可选择7.5A熔丝。
　　(四)道路照明的控制
　　道路照明的控制分定时控制和光电控制两类。定时控制所采用的器件为微电脑控制仪或微机智能监控系统。光电控制所采用的器件为光控开关。由于路灯是社会服务行业的窗口，无论采用何种控制，均需要确保控制设备性能安全可靠，操作简便。低压电器设备，原则上应选择大型知名厂家产品。控制方式应考虑节能措施，如选择使用全夜光灯方式、半夜灯单侧隔一亮一方式等照明方案。道路开灯、关灯的照明水平宜为5-10LX。
　　总之，优秀的道路照明的设计应该是路灯亮度、均匀度、眩光限制满足规范，具有良好的诱导性，且投资低，耗电少，运行安全可靠，便于维护管理，并尽可能采用先进技术，不断提高道路照明的技术水平。