公路隧道应急照明设计

公路隧道应急照明设计探讨
摘要:当隧道照明正常时，隧道内路面有足够的照度，隧道中快速行驶的汽车，大部分司机通常情况下也不用打开车灯或只需打开车前小灯；在行进中当正常照明突然失去时，司机就会产生暂时性的视觉失明，而此时汽车灯光无法及时开启，如应急照明不能及时切入，则可能在顷刻之间造成事故。

本文就公路隧道应急照明设计进行了阐述探讨。

关键词:隧道照明照明设计应急照明
隧道照明由于突然停电或其他原因而熄灭，在灭灯最初数秒钟内是最危险的。

此时，如果某一汽车突然急减速，而后面其他车辆仍以原速度继续行驶，在这种亮度突然降低的情况下汽车速度突然变化会带来危险。

但在几秒钟后汽车前灯点燃，驾驶员慢慢适应环境，危险才能消除。

因此，事故照明在停电后数秒钟点燃是不能满足要求的，宜有两个以上独立电源供电，应急照明应有另外的独立供电系统。

备用电源能在主电源停电后自动投入，并持续3min以上。

应急照明的照度一般应为正常照明的1/5以上，对于长时间停电，则希望设置诱导照明，此时应在隧道内壁等间隔布灯，以指引隧道内壁位置及进出方向。

在长隧道及特长隧道中，应设置避灾引导灯，保证光源不熄灭,确保隧道内车辆的安全行驶。

一、公路隧道应急照明设计
1)利用基本照明灯作为应急照明。

从布灯方式上分为利用基本照明灯作为应急的方案和单独设置应急灯的方案。

这2种方案都可
以满足要求,由于大部分隧道采用高压钠灯照明,而高压钠灯(包括其他气体放电灯统称为hid)断电后再启动时间较长(5~8 min),很难作为应急照明灯。

目前国内外采用高压钠灯作为隧道中照明光源的常规做法是单独设置应急灯,但这样会造成重复投资,且在布局上影响美观。

为了节约成本与节能等,隧道可采用利用基本照明灯作为应急照明的方案。

平时应急照明作为基本照明的一部分,当基本照明出现故障后应急照明灯继续工作,以保证隧道内行车安全。

2)疏散及诱导照明。

当隧道内发生火灾时,产生的大量烟雾将笼罩在隧道顶部,并随着气流方向向前推进。

由于隧道基本照明灯具安装在距路面5.3m处,大量烟雾将会使隧道内亮度急剧下降,因此对人员、车辆的疏散极为不利,可能使疏散的人员及车辆发生二次灾害。

基于上述原因,隧道内设置了疏散及诱导照明。

疏散灯为长明灯,不受控制,诱导灯正常情况下常亮,当发生事故时,通过隧道监控中心下发指令,将诱导灯调为闪烁状态以提醒驾驶员谨慎驾驶。

疏散及诱导照明应急电源由eps提供。

3)从应急电源选用上有集中设置应急电源和分散应急电源方案。

分散应急电源一般应用于规模较小的建筑中,而在大型建筑中由于应急灯具数量较多,考虑到维护和投资方面的因素,一般采用集中应急电源装置。

集中应急电源装置一般有应急电源eps、不间断电源ups和发电机3种。

本文的第四点的1和2对此3种设备进行了比较。

自启动发电机启动时间较长,不满足隧道照明中断时间不超过0 .3 s的规定,因此设计中发电机作为应急电源的方
案不予考虑。

而由于隧道的特殊环境要求,并从节能、寿命等方面考虑,隧道应急电源选用eps装置。

二、应急电源eps的组成和工作原理
基于公路隧道常用的高压钠灯和荧光灯(均属于高强气体放电灯hid),本文主要介绍针对高强气体放电灯而设计的切换时间小于2.5ms的
应急电源eps。

1组成
应急电源eps采用单体逆变技术,集逆变器、充电器、蓄电池组及静态开关控制器于1体,并带有监控装置(液晶面板)。

2工作原理
应急电源eps是在普通应急电源基础上增加1个具有高速转换特性的静态开关,用于主备电源转换。

该电源工作为后备方式。

应急电源eps的主要原理:在交流市电正常情况下,市电经静态开关直接为负载供电,eps输出ac380 v/220 v市电电网电源,机内的逆变器处于空载备用状态;当市电电网故障时,静态开关会快速将负载切换到逆变器上,继续由蓄电池经逆变后为负载供电;当市电恢复正常后,静态开关自动将负载切回到市电上。

在上述的切换过程中,采用先进的dsp(数字信号处理器)控制技术与高速可控硅组成的静态开关,其核心是一片高速运行的dsp芯片,由软件控制它在市电的一个周波内完成数百次的采样检测并作出相应的数学分析,以便快速侦测出市电出现的断电、瞬时跌落、波形失真以及电
压过低等异常现象,然后指令高速可控硅切换到备用电源供电上,
从主电出现异常到完成切换动作,负载两端的电源中断时间小于
3ms。

当电源内部转换电压缝隙足够小时,由于电源的蓄能装置和灯
具镇流器及补偿电容的续流作用,光源上的电流保持了连续性,所
以对hid灯具而言,实际上是一种真正的无缝转换供电。

由于在主备电源转换前后作用于光源两端的能量没有发生改变,从而使得光源不会产生熄弧现象。

这样即可确保高压钠灯、金卤灯、汞灯等气体放电灯不会熄灭。

原理框图如图1,输出分路可根据需要调整；典型切换时的电压波形如图2；光源两端的电压/电流波形如图3。

图1 原理框图
图2 切换时的电压波形图
注：图中深色线为市电输入u相对n的波形，浅色线为eps电源的输出u相对n的波形,试验设备，三相6kw eps,负载为阻性。

图3光源两端的电压/电流波形图
注：图3中线①为主备电转换起始点;线②为光源两端的电压波形;线③为光源两端的电流波形。

三、应急电源eps的特点
1)系统内配有先进的采用dsp控制技术与高速可控硅组成的静态开关,以保证市电与逆变切换时不发生钠灯熄灭现象;
2)三相正弦波逆变器采用进口产品,工作稳定可靠;
3)控制部分采用了先进的数字化微处理技术,具有强大的检测与监控功能;
4)系统中的电池检测与监控电路,可及时发现处于长期备用状态下蓄电池出现的各种异常并报警,以便维护,备一时之需；
5)系统中的控制器具有黑匣子功能,可记录数百次事件(停电、故障以及各种报警)及发生的时间(年月日、时分秒)。

数据存储在内eeprom存储器中,可保存10年不丢失;
6)系统具有大屏幕汉字显示的人机界面,显示确、操作简单,用户可通过键盘设定各种报警及保护门限,此外还具有远程在线实时监控功能;
7)设有“自动/应急”开关,处在“自动”时，当市电发生故障,设备自动切换到应急输出状态。

开关拨到“应急”时,即使市电未出现故障,设备也换到应急输出状态；
8)设有强制应急开关,当设备中的电池放完毕进入过放电保护而停止逆变输出时,打开此关,可强制启动逆变器工作。

此开关只在十分紧急情况下才可使用。

四、应急电源eps的优点
1 eps与ups相比的优点
eps与ups相比的优点见表1。

表1 eps与ups相比的优点
eps ups
逆变原理均采用igbt逆变技术和脉宽调制pwm技术
节能效率在电网供电正常时处于睡眠状态,耗电不足0 1%;无电网供电时,其效率90%以上。

不工作不耗电,节点效率很高在电网供电正常时也工作,其效率仅80%~90%,约有10%~20%的电能被消耗,节电10%~20%
噪音在电网供电正常时处于睡眠状态,静止点无噪音;在电网供电时,其噪音<55 db 其噪音在55~65 db
抗电路特性任一支路短路不影响其他支路输出任一支路短路其他支路无输出
负载适应性带载能力强,适应于电感性、电容性及综合性负载的设备,尤其适应电动机等感性负载和各种混合用电负载,适应较强,如电梯、水泵、风机、办公自动化设备、应急照明等只适应电容性和电阻性负载(计算机负载),不适应感性负载,若强行带感性负载,须加大设计余量。

主要应用于计算机、程控交换机、数据处理系统、医疗诊断仪及精密电子仪等
拓扑结构由逆变器、整流/充电器、蓄电池、隔离变压器、控制器、双电源自动切换、电池检测仪、强制启动装置等主要部件组成由逆变器、整流/充电器、蓄电池、控制器组成
元器件选用要求属于消防类设备,其工作条件要求较苛刻,国
标gb 17945-2000中规定eps需要通过高温+55、低温-25试验和恒定湿热、振动、冲击等试验。

装置内所有元器件和材料应具有阻燃或不燃特性ups通常置于计算机房等空调场所,对元器件耐高温、湿热、振动、冲击等无特殊要求。

ups机内导线无阻燃或不燃要求电池检测逐节电池电压检测无电池检测
安全性能 eps由于对消防设备特殊的人身安全要求,eps需配有隔离变压器,以保证人身安全ups可以不配置隔离变压器,存在触电隐患
消防验收属于消防类设备,必须通过消防验收ups制造标准
不是gb 17945-2000的消防标准,因而没有国家消防合格评定中心的认证。

不能通过消防验收
寿命只有在电网不供电时才进行逆变工工作,主机使用寿命
相对较长,一般15~20年只要开机就连续不断的工作,寿命较短,一般5~10年
2 eps与传统备用发电机组相比的优点
eps与传统备用发电机组相比的优点见表2。

表2 eps传统备用发电机组相比的优点
eps 发电机组
启动时间 0.1s 5～30s
环保无排气排烟、无噪音、无振动、无公害有二氧化硫排放,排烟,噪音大,有振动,油库要防火
供电状况供电电压稳定、能力强、频率稳定、波形好、无干扰、
效率高电压不稳、频率不稳、效率低
过载及保护过载能力强,保护功能完善过载能力弱,保护功能一般
维护维护简单,可无人值守,自动操作,可计算机监护需要专人看管,需要定期维护
成本一次性投资大,但是其无后续运行费用一次性投资稍低,但辅助设施造价高,且后续费用多
通过上述对eps、ups、发电机组的比较可看出在隧道照明系统中的应急电源采用eps是最适合的。

五、结束语
随着社会的不断进步和发展,环境要求的不断提高,消防意识、安全意识也越来越被人们所重视。

隧道中的应急电源取代ups电源用于公路隧道中,解决了ups故障率高、效率低的问题,节约了能源,降低了使用成本。

随着eps产品的技术进步、技术性能和可靠性的进一步完善,以及人们安全防范意识的提高,相信eps产品的应用会更加广泛。

参考文献：
[1] jtg/ td71-2004.公路隧道交通工程设计规范[s]. 中华人民共和国交通部, 2004.
[2]肖敏, 曹江新.应急电源的特性及使用[j]. 新疆石油科技, 2008,18,(1): 50.
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。