对照明的安全性、经济性影响巨大，而低压配电电缆截面的选择尤为重要。文章将就道路照明设计中低压配电电缆截面的选择作一些探讨。
1 按允许温升选择
所谓按允许温升选择电缆截面，就是说当电缆通过负载电流时，线芯温度不应超过电缆绝缘所允许的长期工作温度，即电缆允许的持续工作电流应不小于线路的工作电流。按该方法选择电缆截面时，还要考虑电缆通过不同的散热区段及电缆的敷设方式等对电缆线芯工作温度的影响。
2 按机械强度选择
电缆截面的选择应满足机械强度的要求。根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）第3.2.2款的规定，绝缘导体穿导管敷设或在槽盒中敷设时，铜导体的最小截面是1.5mm2，铝导体的最小截面是10mm2。道路照明低压配电电缆一般是穿管埋地敷设，电缆截面由于要满足电压损失等要求，一般截面较大，机械强度基本都满足要求。只是要注意配电系统中性线的截面不应小于相线的导线截面，且应满足不平衡电流及谐波电流的要求。而保护接地线也必须要有足够的机械强度，其材质应与相线的材质相同，当相线截面在35mm2及以下时，保护接地线的最小截面不应小于相线的截面，当相线截面在35mm2以上时，保护接地线的最小截面不得小于相线截面的一半。
3 按短路热稳定选择
电缆截面满足短路热稳定条件，即要求在短路保护设备切断短路电流之前，电缆应能承受短路电流对导体和连接件产生的热作用和机械作用危害。根据《低压配电设计规范》（GB50054-2011）第6.2.3款规定，当短路持续时间不小于0.1s而且不大于5s时，绝缘导体的热稳定应按下式进行校验：
S？叟■■
式中：S-绝缘导体的线芯截面，mm2；I-短路电流有效值（交流方均根值），A；t-保护电器自动切断电流的动作时间，s；k-系数，按《低压配电设计规范》（GB50054-2011）公式（A.0.1）计算或保护导体按表A.0.2～表A.0.6确定、相导体按表A.0.7确定，对于1kV及以下铜芯交联聚乙烯绝缘电缆相导体取143。
目前，道路照明工程中配电保护电器较多采用断路器，而断路器瞬时脱口器的全分断时间极短，一般在10～20ms，甚至更小，都小于0.1s，按《低压配电设计规范》（GB50054-2011）规定，当短路持续时间小于0.1s时，应计入短路电流非周期分量对热作用的影响。上面的公式并不适用。这种情况下要求导体k2S2值应大于电器厂家提供的电器允许通过的I2t值，以保证电器在分断短路电流前，导体能承受包括非周期分量在内的短路电流的热作用。目前，市场上的塑壳断路器多是能够快速开断、有限流作用的断路器，在热稳定校验中，除了涉及系统和电缆本身的因素外，断路器自身的电气性能也需进行考虑。按其具体参数进行计算，往往能使热稳定计算结果更加准确和经济。
根据经验，道路照明配电变压器一般容量不大，低压配电保护电器多选用具有快速开断能力的限流型塑壳断路器，且低压配电保护电器的额定电流较小，低压母线配出线短路电流小，而低压配电电缆由于要满足电压损失等要求，截面往往选的较大，满足短路热稳定的要求并不难。
需要注意的是，由于道路照明低压配电线路较长，接地故障电流较小，对于TN-S接地型式的配电系统，低压短路保护电器往往难以满足接地故障灵敏性的要求。这时需要采取提高接地故障电流值的措施，比如可以选用零序阻抗更小的D，yn11接线组别变压器取代Y，yn0接线组别变压器，可明显增大单相接地故障电流；加大低压配电电缆的相导体及保护接地导体截面；采用带短延时过电流脱扣器的断路器，因为对于同一断路器，短延时过电流脱扣器整定电流值通常只有瞬时过电流脱扣器整定电流值的1/5～1/3左右，所以更容易满足要求，这时要求单相接地短路电流值不小于短延时电流整定值的1.3倍；当然，还可以采用带零序电流保护或剩余电流保护的断路器，采用剩余电流保护比零序电流保护的动作灵敏度更高。
4 按电压损失选择
电流沿电源、线路流向照明灯具，由于电源和线路存在阻抗而产生电压损失，使线路负荷端发生了电压偏移，即实际电压与额定电压有了偏差。电压偏差可能是负值（实际电压比额定电压小），也可能是正值（实际电压比额定电压大）。在道路照明设计中，大部分情况下电压偏移是负值。道路照明灯具只有在额定电压下使用才具有最好的使用效果及寿命，否则将使灯具运行效果变坏。
（1）总的允许电压损失，计算公式如下：
△U=
式中：U-灯具的额定电压（V）；U0-变压器的空载电压（V）；ΔUS-灯具允许的负电压偏移的相对值（%），根据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第6.1.3款规定，正常运行情况下，照明灯具端电压应维持在额定电压的90%～105%，即ΔUS=10%；ΔU-总的允许电压损失（%）。
（2）变压器内电压损失计算公式如下：
△uT=？茁（ua×cos？渍+ur×sin？渍）
ua=■
ur=■
式中：？茁-变压器负荷率，根据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第6.1.4款规定，配电变压器的负荷率不宜大于70%；ua、ur-变压器短路电压的有功分量及无功分量，（%）；uT-变压器的短路电压，（%）；cos？渍-负荷的功率因数，根据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第7.2.4款规定，气体放电灯线路的功率因数不应小于0.85；△PT-变压器的短路损耗，（kW）；SrT-变压器的额定容量，（kVA）；△uT-变压器内的电压损失，（%）。
（3）线路上的允许电压损失，可按下式计算：
△uL=△u-？琢△uT
式中：△uL-线路上的允许电压损失，（%）；？琢-变压器空载电压U0与线路额定电压U之比。
（4）线路实际电压损失计算
道路照明灯具基本沿全线均匀分布，即每一负荷点具有相同的功率及功率因数等特性、负荷的分布距离也大致相等，而且低压配电电缆截面相等。若照明配电系统采用三相四线制，并且按L1、L2、L3……的方式换相接灯具，可基本达到三相平衡，线路电压损失可按电流矩计算。根据《工业与民用配电设计手册》相关内容可知，接三相平衡负荷用电流矩表示时，线路电压损失公式如下：
△u%=■■[（R′■cos？渍+X′■sin？渍）IiLi]=■（ua%IiLi）
式中：△u%-线路电压损失百分数，%；△ua%-三相线路每1A·km的电压损失百分数，%/（A·km）；U■-标称线电压，kV；R0、X0-三相线路单位长度的电阻和感抗，Ω/km；cos？渍-负荷的功率因数；I-负荷计算电流，A；L-线路长度，km。
对于道路照明这种沿全线均匀分布的相同负荷，总的线路电压损失为各段电压损失之和。道路照明负荷分布示意如图1所示公式推导如下：
由于L2=L3=……=Ln=L（L为路灯档距），对于同一相来说，所接灯具间距为3L。L1为电源点变压器至第一座路灯的距离。而
I1=n×Ie
I2=（n-1）×Ie
…
In=1×Ie
所以
式中：Ii-每段线路计算电流，A；Li-每段线路长度，L1为电源点变压器至第一座路灯的线路长度，L为路灯的档距，km；Ie-每套路灯包括镇流器在内的额定电流，A；n-路灯总数量的三分之一。
道路照明灯具若是采用单相供电，也可以按照电流矩的方法进行电压损失计算。根据《工业与民用配电设计手册》相关内容可知，接相电压的单相负荷线路终端负荷用电流矩表示时，线路电压损失公式如下：
式中：Unph-标称相电压，kV；X″0-单相线路单位长度的感抗，其值可取X′0值；其它符号含义同前。
单相电源供电的道路照明负荷分布示意如图2所示，同理，公式推导如下。
图2 道路照明负荷分布示意图（单相供电）
式中：n-路灯的数量；其它符号含义同前。
5 设计时可忽略的一些因素
首先，实际布置路灯时，路灯的间距不可能完全相同。但这种差异在整条线路出现的较少。因此，产生的电压损失变化也不多。所以，我们在计算负荷矩时，可以作为均布来考虑。其次，电压损失对灯光的工作电流会有一些影响。始端路灯大于末端电流，但在设计中，我们要把电压损失控制在规定范围内，从分析以及实际检测中，误差不大。另外，谐波、电抗性压降虽有影响，变化差异较小。不同类别的光源尽量不要放在一条供电回路上，如条件不具备时，在电源侧加装保护装置。实际工程中很难做到三相完全平衡，但设计中尽量做到三相平衡。
6 结束语
实践证明，由于城市道路照明的配电线路一般都比较长，在确定低压配电电缆截面时，线路的压降和末端短路电流往往成为决定性的因素，满足这两个条件的电缆，往往温升和机械强度也满足规范的要求。有时候，光靠增大电缆截面并不容易满足规范要求，或者并不经济，这时候最好采取一些其它更合适的措施，比如减小供电距离等。总之，低压配电电缆截面的确定在道路照明工程设计中具有举足轻重的地位，实际设计时应综合考虑各种因素，做到安全、可靠、经济、合理。
参考文献
[1]戴瑜兴.现代建筑照明设计手册[M].长沙：湖南科学技术出版社，1993.
[2]CJJ45-2006.城市道路照明设计标准[S].
[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005.
[4]CJJ89-2012，城市道路照明工程施工及验收规程[S].
作者简介：白敬中（1976-），男，湖北武汉人，本科，高级工程师，市政电气。
