照明配電工程設(shè)計(jì)考慮因素分析
——以某公寓配電工程設(shè)計(jì)為例

韓 萍

(淮北工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 電氣室,安徽 淮北 235000)

照明配電工程設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的系統(tǒng)工程，包括照明設(shè)備選擇及布置、照度計(jì)算、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、敷設(shè)安裝方式選擇等一系列流程。

一、照明光學(xué)設(shè)計(jì)

(一)選擇光源

光源性能的主要指標(biāo)有：光效、壽命、顯色性，次要指標(biāo)有：受電壓波動(dòng)影響的光特性變化程度、可靠性和穩(wěn)定性、抗振性、功率因數(shù)高低、投資費(fèi)用大小等。

照明設(shè)計(jì)中常對(duì)光源的基本性能和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，選擇光效高(如適合低矮房間的節(jié)能熒光燈、適合高大場(chǎng)所的高壓鈉燈、新型光源LED燈)、壽命長(zhǎng)、顯色性好、色溫與照度高低和環(huán)境相宜、能調(diào)光以及性能價(jià)格比優(yōu)的光源。

(二)選擇燈具

1.選擇安全型燈具，嚴(yán)禁采用觸電防護(hù)的類(lèi)別為0類(lèi)的燈具。

2.按房間的室型指數(shù)選擇配光適宜的燈具。

3.燈具效率高，如無(wú)特殊要求應(yīng)選用直接型燈具。

4.根據(jù)使用環(huán)境，采用相應(yīng)防護(hù)措施的燈具，如潮濕、高溫、多塵、震動(dòng)、腐蝕性氣體、爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所等。

5.限制或消除眩光，無(wú)漫射罩的燈具的遮光角要符合規(guī)定。

6.對(duì)于公共建筑，考慮適當(dāng)?shù)难b飾要求，如枝形吊燈、發(fā)光頂棚、光帶、投光燈等。

(三)布置方案

考慮布置方案時(shí)，要保證一定的照明質(zhì)量，如合適的照度水平、舒適的亮度分布、適宜的燈光顏色、正確的投光方向、沒(méi)有眩光干擾等。

要根據(jù)照明環(huán)境確定照明方式，主要有一般照明、分區(qū)一般照明、局部照明和混合照明。為照亮整個(gè)場(chǎng)所，均應(yīng)采用一般照明；當(dāng)同一場(chǎng)所內(nèi)的不同區(qū)域有不同照度要求時(shí)，應(yīng)采用分區(qū)一般照明；對(duì)于作業(yè)面照度要求較高，只采用一般照明不合理的場(chǎng)所，要采用混合照明；局部照明會(huì)形成亮度分布不均勻，所以，在一個(gè)場(chǎng)所內(nèi)不應(yīng)只采用局部照明。

要兼顧各種照明種類(lèi)，如正常照明、應(yīng)急照明、障礙照明、警衛(wèi)照明等。應(yīng)急照明用于正常照明電源失效時(shí)的照明，分三種：“需確保正常工作或活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行的，設(shè)置備用照明；需確保處于潛在危險(xiǎn)之中的人員安全的，設(shè)置安全照明；需確保人員安全疏散的出口和通道，設(shè)置疏散照明。”[1]障礙照明一般設(shè)在處于飛機(jī)航線上、危及航行安全的高層建筑或構(gòu)筑物上。警衛(wèi)照明設(shè)在需要警戒的場(chǎng)所，如重要的廠區(qū)、庫(kù)區(qū)等。

(四)照度計(jì)算及節(jié)能

由照明器直接照到工作面上的光通為直射光通(一次光通)，經(jīng)房間的頂棚、墻壁、地板等多次反射后照到工作面上的光通為反射光通(二次輻射光通)。光的直射和反射分量共同構(gòu)成工作面上的照度。平均照度法就是用較簡(jiǎn)單的方法計(jì)算出這兩種分量在室內(nèi)的平均值，即利用系數(shù)法。這是照明工程中常用的計(jì)算方法，“適用于燈具均勻布置、墻壁和頂棚反射系數(shù)較高、空間無(wú)大型設(shè)備遮擋的室內(nèi)一般照明，也適用于燈具均勻布置的室外照明?！盵2]145

“利用系數(shù)是燈具光強(qiáng)分布、燈具效率、房間形狀、室內(nèi)表面反射比的函數(shù)，計(jì)算比較復(fù)雜。”[2]可查閱燈具利用系數(shù)表，并可用校正系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正。工程設(shè)計(jì)中，既可使用專(zhuān)業(yè)照明計(jì)算軟件，也可在電氣工程設(shè)計(jì)軟件如天正電氣、浩辰電氣中輸入數(shù)據(jù)計(jì)算。

在滿(mǎn)足規(guī)范要求的照度下，各類(lèi)建筑均應(yīng)采取照明節(jié)能措施，如滿(mǎn)足照明功率密度限值、選用光效高的節(jié)能燈具、選用節(jié)能型鎮(zhèn)流器、合理利用天然光、進(jìn)行照明控制管理等。

二、照明配電、保護(hù)和控制

(一)配電

1.負(fù)荷分級(jí)

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50052—2009)規(guī)定，依據(jù)建筑的用途和供電重要性將照明負(fù)荷分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)；各類(lèi)建筑物中的應(yīng)急照明等級(jí)為該建筑中最高負(fù)荷等級(jí)。

2.電源的選擇

當(dāng)電力設(shè)備無(wú)大功率沖擊性負(fù)荷時(shí)，照明和電力可共用變壓器，如住宅和一般公共建筑、電力負(fù)荷穩(wěn)定的生產(chǎn)和輔助廠房以及遠(yuǎn)離變電所的建筑物、構(gòu)筑物等。

當(dāng)電力設(shè)備有大功率沖擊性負(fù)荷時(shí)，易引起對(duì)照明不允許的電壓偏移和波動(dòng)，此時(shí)照明宜與沖擊性負(fù)荷接自不同變壓器。

當(dāng)照明安裝功率較大或有諧波含量較大時(shí)，宜采用照明專(zhuān)用變壓器。

應(yīng)急疏散照明的電源可用蓄電池(組)作為備用電源，能保證可靠性；安全照明對(duì)照明中斷時(shí)間的要求高，最好采用兩個(gè)獨(dú)立電源同時(shí)供電的方式，并可用蓄電池(組)作另一備用電源；備用照明由于設(shè)備用電量較大，且對(duì)電源轉(zhuǎn)換時(shí)間要求不高，通常宜采用接自電力網(wǎng)的獨(dú)立的第二電源或自備發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源；對(duì)于消防備用照明，其供電電源可取自該場(chǎng)所內(nèi)消防用電設(shè)施的供電裝置的電源側(cè)。

3.電壓的選擇

照明供電電壓一般為交流220 V，大功率光源宜采用380 V；移動(dòng)式燈具在干燥場(chǎng)所不大于50 V，潮濕場(chǎng)所不大于25 V；熱力管道隧道和電纜隧道內(nèi)的照明電壓宜采用36 V；應(yīng)急疏散燈具不大于DC36 V。

4.電壓質(zhì)量

(1)電壓偏移

照明器的端子電壓偏移后一般不高于其額定電壓的105%，不低于其95%。遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場(chǎng)所、應(yīng)急照明和用安全特低電壓供電的照明最低不能低于額定電壓的90%。

(2)電壓波動(dòng)與閃變

電壓波動(dòng)和閃變會(huì)造成人的視覺(jué)不適，且降低光源的壽命。為了減少這些影響，照明負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷應(yīng)盡量分開(kāi)配電。

5.接地形式

建筑內(nèi)照明的接地形式與建筑物供電系統(tǒng)一致，一般采用TN-S、TN-C-S系統(tǒng)。戶(hù)外照明宜采用TT接地系統(tǒng)。

6.供電要求

除前述電源和電壓質(zhì)量的要求外，還應(yīng)注意：三相照明線路各相負(fù)荷保持均衡；每一單相分支回路電流不宜超過(guò)16A，光源數(shù)量不超過(guò)25個(gè)；中性線截面與相線相同；應(yīng)急照明配電箱應(yīng)采取末端雙電源自動(dòng)切換以保證供電可靠等。

(二)保護(hù)

為防止照明設(shè)備及線路損壞造成人身電擊和電氣火災(zāi)，應(yīng)在照明配電中裝設(shè)短路保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)和接地故障保護(hù)。比較常見(jiàn)的是采用斷路器保護(hù)，也可使用熔斷器。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器用于漏電保護(hù)，不可單設(shè)，若與斷路器合設(shè)則組成有剩余電流動(dòng)作保護(hù)的斷路器，否則要加裝熔斷器配合使用。

(三)控制

1.形式

照明控制通常有以下幾種形式：蹺板(或拉線)開(kāi)關(guān)控制、定時(shí)(或聲光控)開(kāi)關(guān)控制、斷路器控制及智能控制。

2.要求

不同建筑和場(chǎng)所的照明要求不同?？傮w來(lái)說(shuō)，主要是節(jié)能和使用方便的要求，如：

(1)居住建筑的樓梯間、走道照明，采用節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)；(2)公共建筑、工業(yè)建筑宜采用集中或分區(qū)、分組控制；(3)高級(jí)公寓或大面積的房間采用智能照明控制系統(tǒng)；(4)應(yīng)急照明應(yīng)與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)(強(qiáng)制點(diǎn)亮)，保安照明與安全防護(hù)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等。

3.智能照明控制的趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能照明控制方式因其節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行維護(hù)量小而成為照明控制的發(fā)展趨勢(shì)。尤其對(duì)于城市照明和室內(nèi)大空間及公共區(qū)域照明，智能控制方式是照明控制的主流。LED照明的低壓、直流的特點(diǎn)，使得照明采用以太網(wǎng)供電成為可能，不僅提高照明的安全性，還為智能控制提供了極大的便利。未來(lái)，智能照明會(huì)取代普通照明。

三、照明配電計(jì)算

(一)負(fù)荷計(jì)算

照明負(fù)荷一般按需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。照明支線的需要系數(shù)取1，照明干線的需要系數(shù)見(jiàn)表1。對(duì)于氣體放電燈，還應(yīng)計(jì)入鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器等附件的功率。

表1 照明需要系數(shù)及功率因數(shù)表[3]

(二)導(dǎo)線截面選擇

1.按機(jī)械強(qiáng)度選擇

根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度要求，不同用途及敷設(shè)方式的電線有最小允許截面。如穿管、線槽敷設(shè)的銅芯線截面不得小于0.5 mm2，室內(nèi)燈頭銅芯線不小于1.0mm2等。

2.按允許溫升選擇

根據(jù)回路的額定電流，選擇能達(dá)到相應(yīng)持續(xù)載流量的電線、電纜的截面。要注意的是，敷設(shè)方式及環(huán)境溫度不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，載流量要乘以相應(yīng)的校正系數(shù)，如溫度校正系數(shù)、多根并列校正系數(shù)、不同土壤熱阻校正系數(shù)等。并要求其允許溫升不超過(guò)規(guī)定值。

選擇電線、電纜載流量時(shí)，當(dāng)其供電的上、下級(jí)斷路器額定值不一致時(shí)，應(yīng)按照大于上級(jí)斷路器的額定值選擇。

3.按短路熱穩(wěn)定選擇

導(dǎo)體熱穩(wěn)定允許的最小截面積與短路電流有效值、持續(xù)時(shí)間有關(guān)，對(duì)于短路電流持續(xù)時(shí)間不超過(guò)5s的電線電纜線路，其截面積S應(yīng)滿(mǎn)足下式的規(guī)定：

S≥Ik√t/K

式中Ik——短路電流有效值(均方根值)，A

t——短路電流持續(xù)的時(shí)間，s

K——熱穩(wěn)定系數(shù)

照明回路一般以單相回路進(jìn)行配電，其中性線截面積不小于相線截面積。

PE線一般按如下要求選用：相線截面積小于16mm2時(shí)，PE線截面積等于相線截面積；相線截面積為16～35 mm2時(shí)，PE線截面積取16 mm2；相線截面積大于35mm2時(shí)，PE線截面積不小于相線截面積的一半。

4.按電壓損失校驗(yàn)

為簡(jiǎn)化計(jì)算，根據(jù)線路的敷設(shè)方式、導(dǎo)線材料、截面積、線路功率因數(shù)等條件，算出三相線路每1A.km(電流矩)的電壓損失百分?jǐn)?shù)，制成相應(yīng)表格。可由表格查出數(shù)值，再根據(jù)下述簡(jiǎn)化公式，即可算出電壓損失。

(三)功率因數(shù)補(bǔ)償計(jì)算

常采用移相電容器作分散或集中補(bǔ)償照明裝置的無(wú)功消耗。當(dāng)采用分散補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝在燈具內(nèi)，一般由燈具制造廠家成套配置，采用集中補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝在照明配電箱旁或變電所低壓母線上。將cosφ0提高到cosφ1所需的電容器無(wú)功功率Qc(Kvar)按下式計(jì)算：

Qc=P(tgφ0—tgφ1)

式中P——三相計(jì)算有功功率(包括鎮(zhèn)流器等的損耗)(kW)

tgφ0——與cosφ0對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)

tgφ1——與cosφ1對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)

四、照明線路敷設(shè)與安裝

(一) 敷設(shè)

隨著時(shí)代的發(fā)展以及防火、美觀的要求，室內(nèi)照明絕緣導(dǎo)線已不再直接明裝敷設(shè)，代之以穿管(塑料管或金屬管)明敷或暗敷，還可采用金屬線槽明敷。室內(nèi)大容量的照明干線也不再采用鋼索布線，可采用封閉式母線敷設(shè)或電纜沿電纜橋架敷設(shè)。

照明線路敷設(shè)時(shí)，應(yīng)避免環(huán)境中溫度、水汽、灰塵、腐蝕、污染的影響，并防止敷設(shè)和使用過(guò)程中因振動(dòng)、自重、變形等各種機(jī)械應(yīng)力帶來(lái)的損害。

導(dǎo)線在引出、轉(zhuǎn)彎、過(guò)伸縮縫等處均留有適當(dāng)裕量；暗裝敷設(shè)的管路，管壁外應(yīng)有不少于30mm的保護(hù)層；管內(nèi)導(dǎo)線不得有接頭，接頭處要有接線盒，并做好標(biāo)記和防火措施。

所有管、槽、母線、橋架等均采用難燃材料產(chǎn)品；穿越防火分區(qū)樓板或隔墻時(shí)，其空隙應(yīng)按建筑構(gòu)件原有防火等級(jí)采用不燃材料填實(shí)。

(二) 安裝

照明電氣設(shè)備安裝應(yīng)牢固，符合規(guī)范中的抗震要求。

1.燈具安裝

燈具安裝應(yīng)牢固，接燈線不應(yīng)有中間接頭和分支；燈具的金屬外殼必須可靠接地，燈具周?chē)鷳?yīng)做好防火隔熱措施；變電所內(nèi)高、低壓柜及母線的正上方，不得安裝燈具。

2.開(kāi)關(guān)安裝

開(kāi)關(guān)的安裝位置應(yīng)便于操作、維修；成排安裝的開(kāi)關(guān)高度應(yīng)一致；開(kāi)關(guān)應(yīng)連接相線和燈具。

3.配電箱安裝

配電箱各回路應(yīng)有標(biāo)牌，以標(biāo)明用電回路名稱(chēng)；根據(jù)使用環(huán)境和配電箱大小，配電箱可暗裝、半嵌或明裝，底邊距地面高度根據(jù)工程要求；配電箱引出線處均應(yīng)穿管，不得直接明敷。

五、案例

以某公寓為例：建筑面積14253平方米；一、二層為公共用房(含餐食加工間、餐廳、浴室等)，三至十一層為標(biāo)準(zhǔn)間。

照明設(shè)計(jì)根據(jù)不同場(chǎng)所和房間的要求，合理布置燈具并考慮節(jié)能，光學(xué)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，配電設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

表2 某公寓照明光學(xué)設(shè)計(jì)及選型

表3 某公寓照明配電設(shè)計(jì)

因負(fù)荷計(jì)算、導(dǎo)線截面選擇和配電箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)還牽涉到一般插座和空調(diào)插座等用電負(fù)荷，在此不再贅述。設(shè)計(jì)中光學(xué)及電氣計(jì)算均符合要求，敷設(shè)與安裝均符合上述要求。

六、結(jié)語(yǔ)

照明配電工程設(shè)計(jì)不僅要做好照明光學(xué)設(shè)計(jì)，還要綜合考慮照明配電、安全保護(hù)和照明控制等方面的設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌兼顧后期照明線路的敷設(shè)與安裝。只有舒適、安全、節(jié)能兼顧，才能使得建筑物照明配電設(shè)計(jì)更加符合時(shí)代的發(fā)展，更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需要。