體育照明的供配電系統(tǒng)

1 供電電源

（1）負(fù)荷等級及電源要求

根據(jù)《體育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ354-2014第3.2.1條規(guī)定，體育建筑負(fù)荷分級應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 負(fù)荷分級應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 體育建筑負(fù)荷分級

注：A 包括主席臺、貴賓室及其接待室、新聞發(fā)布廳等照明負(fù)荷，應(yīng)急照明負(fù)荷，計時記分、現(xiàn)場影像采集及回放、升旗控制等系統(tǒng)及其機房用電負(fù)荷，網(wǎng)絡(luò)機房、固定通信機房、擴聲及廣播機房等用電負(fù)荷，電臺和電視轉(zhuǎn)播設(shè)備，消防和安防用電設(shè)備等；

B包括臨時醫(yī)療站、興奮劑檢查室、血樣收集室等用電設(shè)備，VIP辦公室、獎牌儲存室、運動員及裁判員用房、包廂、觀眾席等照明負(fù)荷，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)等用電負(fù)荷，生活水泵、污水泵等設(shè)備；

C 包括普通辦公用房、廣場照明等用電負(fù)荷；

D 普通庫房、景觀等用電負(fù)荷。

2 特級體育建筑中比賽廳（場）的TV應(yīng)急照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，其他場地照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷；甲級體育建筑中的場地照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷；乙級、丙級體育建筑中的場地照明負(fù)荷應(yīng)為二級負(fù)荷；

3 對于直接影響比賽的空調(diào)系統(tǒng)、泳池水處理系統(tǒng)、冰場制冰系統(tǒng)等用電負(fù)荷，特級體育建筑的應(yīng)為一級負(fù)荷，甲級體育建筑的應(yīng)為二級負(fù)荷；

4 除特殊要求外，特級和甲級體育建筑中的廣告用電負(fù)荷等級不應(yīng)高于二級。

甲級及以上等級的體育建筑應(yīng)由雙重電源供電，正常情況下，兩路電源同時供電，當(dāng)一路發(fā)生故障時，可自動切換到另一路電源上，以保證重要負(fù)荷繼續(xù)供電。特級體育場除要有雙路電源供電外，應(yīng)備有柴油發(fā)電機組設(shè)備，供一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷使用；乙級、丙級體育建筑宜由兩回線路電源供電，其他等級的體育建筑可采用單回線路電源。特級、甲級體育建筑的電源線路宜由不同路由引入。

（2）對于舉行重要國際比賽的體育場，建議將永久負(fù)荷及其供配電系統(tǒng)與臨時負(fù)荷及其供配電系統(tǒng)分開設(shè)置，永久供配電系統(tǒng)為永久負(fù)荷服務(wù)，賽事臨時性負(fù)荷由臨時供配電系統(tǒng)提供保證。這樣設(shè)計既經(jīng)濟又合理，在奧運會、世界杯足球賽等體育場中臨時供配電系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

（3）僅在比賽中才使用的大型用電設(shè)備宜設(shè)置單獨的變壓器供電。當(dāng)電源偏差不能滿足要求時，可設(shè)置有載調(diào)壓變壓器。

（4）常用的體育場高壓配電系統(tǒng)見圖1。

(a) (b)

(c) (d)

（e） （f） （g）

圖1 體育場照明裝置的供配電系統(tǒng)

圖中(a)為雙電源供電，一用一備系統(tǒng)，適用于等級較低的體育建筑；(b)為雙電源供電，兩路同時工作，互為備用系統(tǒng)，適用于中高等級的體育建筑；(c)為三電源供電，兩用一備系統(tǒng)，適用于高等級體育建筑；(d)為三電源供電，三路同時工作，互為備用系統(tǒng)，也適用于高等級的體育建筑；(e)為四路電源，同時工作，兩兩電源為一組，兩組間相互獨立；(f)為四路電源，同時工作，站間單向聯(lián)絡(luò)；(g)為四路電源，兩兩一組，站聯(lián)雙向聯(lián)絡(luò)。方案（e）、（f）、（g）適用于體育中心、等級高的特大型體育建筑。

圖2 柴油發(fā)電機組應(yīng)急/備用系統(tǒng)

（5）常用的應(yīng)急/備用電源系統(tǒng)

體育場應(yīng)急/備用電源通常采用柴油發(fā)電機組，通常為低壓供電，大型體育中心也有統(tǒng)一采用10kV應(yīng)急/備用供配電系統(tǒng)。

低壓應(yīng)急系統(tǒng)中，可根據(jù)需要分別設(shè)置低壓應(yīng)急母線段和備用母線段。應(yīng)急/備用母線段分別由市電和應(yīng)急/備用電源通過雙電源轉(zhuǎn)換裝置向其供電，平時由市電向應(yīng)急/備用母線供電，當(dāng)市電均停電時，啟動柴油發(fā)電機組，由發(fā)電機組繼續(xù)向應(yīng)急/備用母線提供電源。由于應(yīng)急母線段和備用母線段所帶負(fù)荷性質(zhì)有差別，在特級和甲級體育場中往往分別設(shè)置應(yīng)急/備用兩段母線，一段用于賽事、轉(zhuǎn)播等重要負(fù)荷，一段用于消防類等負(fù)荷。設(shè)置獨立的應(yīng)急母線段便于重要負(fù)荷的管理、安全可靠運行，便于在有重要賽事時接入臨時柴油發(fā)電機組。

2 配變電所數(shù)量和位置

大型體育場的變配電所一般不少于2個，體育館、游泳館變電所的數(shù)量一般不多于2個。由于供配電點的距離比較長(100m以上)，故變配電所集中設(shè)置會造成電能損失過大，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)不合理。《體育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ 354-2014第3.5.2條規(guī)定，比賽場地照明燈具端子處的電壓偏差允許值：特級和甲級體育建筑宜為±2%，乙級及以下等級的體育建筑應(yīng)為±5%。

(a) 一個配變電所 (b) 兩個配變電所
(c) 三個配變電所 (d) 四個及以上配變電所

圖3 體育場配變電所的位置及數(shù)量

因此，體育場配變電所位置及數(shù)量參見圖3，其位置也考慮了布燈方式的不同、用電負(fù)荷分布來考慮。如四角布燈型式，配變電所通常布置在塔底，每塔用一專用變壓器供電；光帶式布燈型式，則變配電所位置盡量在平面上接近光帶的中心位置。

如果體育場內(nèi)電力用電容量較大時，變配電所的位置應(yīng)對照明和電力設(shè)備綜合考慮。

表2 配變電所數(shù)量及位置的確定

* 方案編號見圖3。

3 燈光控制

體育場一般設(shè)置一個燈光控制室，其位置最好設(shè)在主席臺斜對面的一層，操作者能看到主席臺又能看到計時記分牌，總之能觀察到大半個體育場的燈光和場地情況。燈光控制室也有設(shè)在主席臺一側(cè)的上部，還有和計時記分牌控制室合一的?？刂剖覂?nèi)設(shè)燈光控制臺，控制臺上設(shè)有全場燈光布置模擬盤和燈光(手動／自動)單控和總控按鈕。北京奧運會以來，體育場越來越多的采用智能照明控制系統(tǒng)。

《體育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ 354-2014規(guī)定，特級和甲級體育建筑應(yīng)采用智能照明控制系統(tǒng)，乙級體育建筑宜采用智能照明控制系統(tǒng)。體育建筑的場地照明控制應(yīng)按場館等級、運動項目的類型、電視轉(zhuǎn)播情況、使用情況等因素確定照明控制模式，并應(yīng)符合表3的規(guī)定，其他等級的體育建筑可不受此限制。

表3 場地照明控制模式

注：√-應(yīng)采用；○-視具體情況決定；×-不采用。

4 氣體放電燈線路

（1）啟動電流的限制

傳統(tǒng)光源的啟動借助于一個電子觸發(fā)器，這是大多數(shù)金屬鹵化物燈所采取的措施。從鎮(zhèn)流器或觸發(fā)器到燈具光源間的電纜長度，取決于所用燈具、電纜以及觸發(fā)器的類型，通常是限制在5-100m范圍內(nèi)。常見的金屬鹵化物燈啟動電流約為工作電流的1.2~1.8倍。而且它們的第一次啟動時間較長，一般約在4-10min。開啟時必須限制同時投入大量負(fù)荷，以防止啟動電流過大而引起斷電。一般是采用程序控制、延時繼電器或手動順序啟動的投入方法予以限制。

LED燈的啟動電流取決于驅(qū)動電路，由于尚沒有相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，不同產(chǎn)品的啟動電流差別較大。一般來說，體育場用的LED燈的啟動電流不低于工作電流的4倍，啟動沖擊相對較大。但啟動時間較短，瞬間可以點亮。由于LED照明是新鮮事物，許多工作尚在研究中。

采用智能照明控制系統(tǒng)很好的解決了順序啟動問題，減少了啟動電流的沖擊。

（2）功率因數(shù)的提高

金屬鹵化物燈線路的功率因數(shù)較低，一般僅為0.5左右；LED燈的功率因數(shù)及PF差異較大，許多產(chǎn)品這兩項指標(biāo)較低。根據(jù)在體育場布燈特點，經(jīng)常采取單燈提高功率因數(shù)的方法，即把每一個燈具內(nèi)用的電容與燈具啟動設(shè)備組合在一起，使功率因數(shù)不低于0.9，以滿足《體育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ 354-2014第19.3.7條的規(guī)定。

（3）再點燃過程中的照明措施

LED燈的優(yōu)勢之一是可以瞬間點亮，不存在再點燃不亮的問題。

而金鹵燈則不同，正常電源故障恢復(fù)后，金屬鹵化物燈的再點燃時間會長達(dá)10-15min以上。在幾萬人的體育場內(nèi)，這段時間場地上要保持一定的照度，在要求不高的體育場中，可以采用部分燈用電子觸發(fā)器直接再點燃，部分燈逐漸再點燃的辦法解決；有的體育場解決再點燃問題，可以采用若干鹵鎢燈作為場地應(yīng)急照明。在這兩種情況下，均不能進行正常比賽。對于大型體育場進行的國內(nèi)或國際比賽，應(yīng)根據(jù)應(yīng)急電視轉(zhuǎn)播模式下照明的要求設(shè)置觸發(fā)燈具的數(shù)量，以保證最低照度讓比賽順利進行。

除了熱觸發(fā)裝置外，高強度氣體放電燈HID專用的不間斷電源裝置也是保證電源轉(zhuǎn)換過程中金鹵燈不熄滅。

（4）中性線截面選擇

無論金屬鹵化物燈還是LED燈，都存在諧波電流的影響，LED燈的諧波影響更大，因此場地照明回路中性線截面應(yīng)不小于相線截面。

（5）配線及安裝

所有安裝在燈桿上或安裝在光帶燈橋上的電氣設(shè)備(燈具、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器、熔斷器及其附件)，以及電線電纜均應(yīng)能經(jīng)受大氣帶來的污染、風(fēng)、雨、雪、曝曬等考驗，沿海地區(qū)還應(yīng)能防鹽霧侵蝕。

燈桿或光帶的風(fēng)荷載面積，應(yīng)取其全部投光燈的正面面積和燈橋面積的總和，不應(yīng)是單個燈具面積相加計算。

由于觸發(fā)器的電壓比較高，因此選用電纜標(biāo)稱電壓不應(yīng)小于1000V。敷設(shè)在體育建筑室外陽光直射環(huán)境中的電力電纜，應(yīng)選用防水、防紫外線型銅芯電力電纜。

鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器至光源的距離，必須限制在廠家規(guī)定的連接電纜的限值以內(nèi)。

投光燈的安裝應(yīng)保證其長期運行，其俯角和方位應(yīng)保證正確無誤。

實例：圖4為2008年北京奧運會主體育場——國家體育場“鳥巢”的場地照明布置，該體育場用于奧運會時的田徑、足球比賽和開幕式和閉幕式。共采用采用了594套MVF403燈具，2000W/380V短弧金鹵燈。“鳥巢”場地照明視覺效果非常好，不僅滿足了場地照明的功能性要求，而且給體育場場內(nèi)空間增加了靈性或變化。

圖4 北京奧運會主體育場場地照明布置