论直流配电在城市步道照明设计中的应用

论直流配电在城市步道照明设计中的应用

刘秀章

 中行通工程咨询设计研究院（苏州）有限公司   215100

摘要：城市步道照明设计可采用直流配电方式或交流配电方式。以往城市照明系统中常采用交流配电方式，但其与LED灯匹配度不高，容易造成LED灯损坏等问题，导致其应用效果不佳。为改变此种局面，应当在城市步道照明设计中高度重视并且合理构建直流配电系统，支持LED灯照明。本文将从概述交、直流照明系统展开，着重分析和探讨如何将直流配电应用于城市步道照明设计之中，并提出相关建议。

关键词:城市步道；照明设计；直流配电；

引言：

回顾分析城市道路照明系统设计与应用的实际情况，伴随着LED灯的提出语与普及，在一定程度上满足了照明系统优化应用需求，增加道路照明的多样性，可营造不同照明效果。但事实上，交流系统支持的 LED灯容易出现一些问题，导致LED灯使用寿命缩短。对此，为提高城市步道照明的有效性，应当正视以往照明交流配电系统不足的问题，利用直流配电系统予以代替，解决以上问题，确保步道照明效果良好，延长照明设备的使用寿命。

一、交、直流照明系统概述

《直流照明系统技术规程》明确指出，采用直流供配电的照明系统为直流照明系统，是由AC380V/220V电源供电。为保障供电稳定、安全、高效，促使照明良好，满足实际需求，需要合理设置直流系统[1]。

交流系统与直流系统相似之处是电源供电相同，但不同的是交流配电。为保障交流系统良好运行，需要严格按照相关规范要求，合理地设置交流照明控制柜、监控系统、配电线路等组成部分。

保障电网三相负荷平衡，稳定供电，需要合理地设置交流系统的配电方式。目前，常用的、适合的配电方式为三相配电，并且选择性能较佳的配电线路，比如五芯电缆，可提高整个回路供电的安全性和稳定性。当然，为了保障直流系统稳定运行，同样需要选择适合的配电方式、配电线路，构建安全稳定的回路。目前，常用的配电方式为三相有源PFC技术；常用的配线为两芯电缆。

二、城市步道照明交流系统现状

对我国城市步道照明系统构建的实际情况予以了解，大多数步道照明均为交流系统，连接10KV交流电源，通过专用变压器设置，转变为0.4kV交流电源；路灯控制柜提供相电压为220kV，线电压为380kV，三相交流电通过电缆输送至照明灯具。

进一步了解城市步道照明交流系统运行情况，其所选光源为传统光源和LED光源两种。相对而言，传统光源应用越来越少，主要是其本身效率偏低，容易引发步道照明能耗大、频闪高等现象，导致照明效果不佳，同时也在一定程度上浪费电能。伴随着LED技术研究的不断深入，LED技术日渐成熟，可满足城市步道照明设计要求，如图1所示。但LED光源应用于交流系统中，将会缩短其AC/DC驱动电源的寿命，主要是驱动电源与LED芯片置于灯具内，空间狭小，容易受外部环境影响，比如受潮，所以需要对电源进行密封。但将电源密封，就会导致散热困难，那么LED电源长期应用中会加速老化，缩短其使用寿命[2]。正因如此，目前城市步道照明中LED电源支持的交流系统，在长期应用的过程中容易出现驱动电源损坏现象。

图1 城市步道中的LED照明效果

三、直流配电在城市步道照明设计中应用

面对当前城市步道照明设计中交流系统应用效果不佳，容易出现LED电源损坏等问题，应当应当利用直流配电系统来代替交流系统，满足实际应用需求，提高步道照明效果。

（一）直流配电的优势

如若直流配电系统代替交流配电系统，那么连接10kV交流电源，通过专用变压器设置，转变为0.4kV交流电源；路灯控制柜提供相电压为220kV，线电压为380kV，三相交流电输送至AC/DC恒压源模块，其可输出直流电源，经过直流配电元件，通过电缆输送至照明灯具，照明灯具内因设有DC/DC横流驱动光源，可直接驱动，实现照明。这充分说明了直流配电模式的应用可促使驱散电源从灯具转向地面，在地面的变压器内统一处理，既可以解决灯具内驱动电源散热困难的问题，又可以提直流转换效率，有效控制温度。另外，对于光源而言，LED电源与直流配电系统连接更适合，主要是减少转换环节，加之直流配电系统中LED灯具内驱动电源不涉及整流滤波和功率因数校正单元，可降低电源波动，延长灯具使用寿命[3]。

（二）直流配电的应用

按照《城市道路照明设计标准要求》，结合以往道路照明设计经验，采用双侧对称布置步道灯具的照明方式，选择3W LED线条护栏灯。那么，城市步道照明设计中直流配电应用，应注意做好以下几点，即：

1. 电源及箱变的设置

由于目前城市步道照明系统的直流配电系统的采用三相有源PFC技术，因此照明负荷为三级负荷，需要设置三相箱式变压器来进行供电，比如应用160kVA 的10kV/0.4kV交流三相箱式变压器；将10kV电源接入电网。

2. 直流电源总控制柜设置

为了保障直流配电系统可以良好运行，还需要合理设置直流电源总控制柜。为了保障直流配电系统支持下步道照明良好，应将直流电源总控制柜设置在负荷中心，靠近箱变处，由箱变低压侧照明回路引出380V电源。与此同时，相关设计人员需要了解步道护栏灯的要求，即不同位置照明负荷，以此为依据，计算直流电源总控制柜的符合功率，进而合理设置回路，并且注意保障直流转换模块的功率和直流转换效率分别大等于0.98、0.93.具体的做法是：

（1）合理设置交流进线。由于照明灯具的交流电源为0.4kV，那么需要先用的交流进线为型号适合的五芯电缆，并且敷设电缆保护管，利用带隔离功能的小型断路器来保护进线端，即过压保护、欠压保护，在排除过压故障、欠压故障后自动恢复正常，正常输电。除此之外，进线端还要设置浪涌保护器，发挥防雷保护作用。

（2）直流转换模块配置。按照《直流照明系统技术规程》要求，结合功率因素等方面，合理设计直流转换模块定额输出功率。如若设计1kV、3kV定额输出功率，那么直流转换模块数量偏多，需要适当的扩大直流电源总控制柜的尺寸，不仅会影响不到观感，还会增加配电故障概率，致使运维工作量加大；如若设计15kV、30kV奠定额输出功率，那么直流转换模块数量较少，仅需要1或2块即可，但这会造成模块冗余容量增加。《直流照明系统技术规程》要求三级照明符合供电的直流转换模块的冗余备份数不小于系统需要模块数的1/5，所以设置15kV、30kV定额输出功率并不适合，因此建议设计6kV定额输出功率[4]。

3. 直流电源总控制柜输出端配电电压选择

按照《直流照明系统技术规程》要求，结合步道照明供电特点，选用220V为直流配电电压。

4.直流照明系统配电电缆截面选择

按照《工业与民用供配电设计手册》要求，结合步道照明设计要求，合理选择直流照明系统配电电缆截面。相关工作人员可按照电压降选择电缆截面，也就是利用负荷矩计算公式计算直流线路负荷情况，选择适合的截面的配电电缆；也可按照机械强度来选择电缆截面，也就是按照《低压配电设计规范》要求，选择截面为1.5mm2的铜芯供电电缆；也可以按照允许载流量选择电缆截面，即根据《低压电器装置》要求，选用25mm2的交联聚乙烯铜芯电缆[5]。

结束语：

综上所述，对城市道路照明系统运行实际情况予以了解，交流配电系统存在的弊端逐渐暴露出来，比如容易造成LED电源损坏等、增加维护工作量等。对此，应当根据城市步道照明的实际需求，在照明设计中应科学合理地设置直流配电系统，也就是做好电源及箱变的设置、直流电源总控制柜设置、直流电源总控制柜输出端配电电压选择、直流照明系统配电电缆截面选择等，弥补交流配电系统的不足，促使步道照明效果良好。

参考文献：

[1]关鹏. 低压直流配电设备在地铁照明系统中的设计及应用[J]. 电工技术,2022(21):143-145.

[2]顾华玺. 低压直流配电技术在城市道路照明中的应用[J]. 通讯世界,2021,28(7):126-127,130.

[3]黄景峰. 直流系统在高校学生宿舍照明配电的应用[J]. 现代建筑电气,2020,11(9):55-61.

[4]张克隽. 城市地下综合管廊工程消防应急照明直流配电设计探讨[J]. 建材与装饰,2021,17(21):41-43.

[5]王德发,秦岭. 城市轨道交通全直流照明系统设计探讨[J]. 都市快轨交通,2019,32(6):63-66,79.