灯光高尔夫球场照明的设计及供电

灯光高尔夫球场照明的设计及供电

灯光高尔夫球场照明的设计及供电
福建省水利规划院机电室  林国勇
摘 要 阐述灯光高尔夫球场照明的照度要求, 光源选择、灯具选用、灯杆布置及供配电设计要点。让球场亮
起来, 让球手们在夜间可以和在白天一样充分发挥, 这是灯光高尔夫球场的设计目的。
关键词 泛光照明  垂直面照度  眩光  显色性  色温  三相四线制供电  钢丝铠装电缆
中图分类号: TM 727. 3 TM 923. 02    文献标识码:B    文章编号: 100626357 (2001) 0120044204
在夜间打高尔夫球, 必须有足够照度的照明,
这给高尔夫球场照明提出相当高的要求。灯光高
尔夫球场照明要求不同于其他运动场照明, 所要
考虑的问题与其他运动场有所不同。高尔夫球场
面积很大, 大过其他运动场许多倍, 并且又分成许
多球道, 对于标准杆为七十二杆的高尔夫球场来
讲, 球道为十八条, 球洞为十八个; 另外, 球道的方
向基本是单向的, 相邻的球道多为单方向, 而且球
道地形变化多种多样, 高低起伏, 使得灯杆的定
位、光源类型及灯具的投光方向等明显与其他运
动场有所不同, 显得设计更复杂、更具有挑战性。
本文主要从照明设计及照明供电两方面加以
阐述。
1 照明设计
高尔夫球运动是一种充分利用空间的室外体
育运动, 人在草地上步行, 球在10220 m 的空间飞
行, 所以在考虑球场灯光照明时, 不仅要考虑到球
手步行的光照度以及球体落在草坪上时的光照
度, 更主要的是, 要让球场有关场地上部空间的光
尽可能均匀, 不会使球体暗淡。也就是说采用泛光
照明方式, 用一个或多个较大面积的光源, 或者从
多个方向来的小光源, 使得照明光线柔和, 满足球
手视觉要求, 做到在灯光下与在阳光下一样能挥
杆尽兴。
在高尔夫球场中, 一个球洞主要是由三部份
组成: 发球台(TEE)、球道(FA IRWA Y) 及果岭
(GREEN )。其中, 球道部分又包含有沙坑
(BUN KER )、水池(POOL )、桥(BR IDA GE)、陡
坡( SLO PE )、丘陵(H ILL S )、长草区(LON G
GRA SS) 及球车道(CAR PA TH ) 等不同的部分。
由于各球场设计风格的不同, 这些部分在球场中
的布置方式也不尽相同。而且, 沙坑、水障碍及长
草区等在《高尔夫规则》中被定义为球场障碍, 它
们会让球手感觉到一种挑战, 因而夜间照明也必
须适当考虑它们, 以有利于发挥它们本身应有的
作用。适当的灯光布置还可以增加夜间打高尔夫
球的乐趣性和挑战性。
对于每个球洞, 发球台是首要地区, 设计此处
的照明要尽量让使用左手或右手的球手都可以很
好地看到球体及发球杆的端部, 不妨碍发球。水平
照度一般要求达到100~ 150 lx, 并且灯具以宽配
光投光灯为主, 尽可能地从两个方向进行照明, 避
免出现球体、球杆或球手的影子落在球体或击球
的方向上, 影响球手的视觉。
安装时, 常将灯杆安装在发球台的后边缘至
少115 m 的地方。对于面积较大的发球台则需多
方向配灯(图1) , 发球台的照明灯具安装高度, 应
大于或等于发球台总长度的一半, 但最少不低于
9 m。经安装实践表明, 增加安装高度会很有效地
改善发球台的照明效果, 如用14 m 的高杆照明,
效果就比用9 m 的低中杆照明好得多。
图1 发球台及灯杆
每个球洞的球道部分, 由于它们的位置充分
利用现有的地形, 与自然地貌融为一体, 并且宽度
是根据球洞设计的击球难度而有所变化, 范围在
32~ 55 m 之间, 平均宽度在41 m 左右, 典型球道
的周边随地形成曲线, 在落球区最宽。所以对球道
的灯光照明设计, 可以考虑以窄配光投光灯从两
侧作追踪照明, 保证有足够的垂直照度, 相关的垂
直面是指垂直于球道的中心线的一个立面, 它的
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宽度是该点球道的总宽度, 高度是从球道中心线
高度到其上方15 m 左右, 这个垂直面位于球道
两灯杆的中点。实践表明, 这些垂直面若选择在落
球区, 对击球效果较佳。
参照日本照度标准(Z9110, 1997 年版) 和英
国科艺照明公司(THORN L IGHT IN G) 的技术
要求, 球道部份的水平照度要求达到80~ 100 lx,
垂直照度则要求达到100~ 150 lx, 并且在任何一
个垂直面上, 垂直照度与最小照度之比应不大于
7: 1 (图2)。当球以100 km öh 或更高的速度运行
时, 球道的垂直照度要足以使球手能够看到小球
飞行的全程, 直至看到它的落球点, 也就是说, 球
道设置的照明光照度要保证球手从发球台击出的
小球可以被追踪到, 为此, 要求第一个垂直面距离
发球台的灯杆应不小于30 m , 而灯杆的间距则须
结合所选用灯具的配光特性, 以及灯杆所处的地
形进行综合考虑。灯具安装高度的最小值为距离
灯杆底座11 m , 并且尽可能多安装在落球区或球
道拐弯处, 从而减少灯具及灯杆的数量, 节省投
资; 如果灯杆位于特殊地形的地方, 则安装高度要
相应考虑增减。所以, 为了减少地形的影响, 灯杆
一般沿球车道或在较高地带安装。
图2 球道照明
在球道中的另一部分, 即现场障碍区, 如沙坑水
池、小桥等, 也应考虑一定的照明光照度, 可在30~
75 lx 之间, 以保证球手在将球击到这些区域时, 也
可以顺利将球再次击出。同时, 适当设计这些局部灯
光照明, 也可以给夜间的球场增添几分魅力。
球手击球经过球道, 将小球击上果岭, 推球入洞
就完成了本洞的击打。果岭, 作为球洞的终点, 地势
一般高于球道, 对它的水平照度要求很高, 一般要求
在200~ 250 lx, 且最大水平照度与最小水平照度之
比不大于3: 1, 由于球手可以在果岭上由各个方向
向球洞推球, 所以, 设计果岭区照明至少得有2 个方
向以上的照射, 尽量减少阴影(图3)。灯杆安装在果
岭区前面的40 度阴影区内, 且灯具间距小于或等于
灯杆高度的三倍, 光照效果较好。
图3 果岭与球道照明
在设置照明灯杆时要注意: 灯光照射不能影
响球手击球, 不要对本球道或其他球道的球手产
生有害的眩光, 这一点是非常重要的。眩光的形式
有直接眩光、反射眩光、极高的亮度对比形成的眩
光以及因视觉不舒适而产生的眩光等。对于灯光
高尔夫球场来讲, 灯光的投光方向设置基本上是
顺着击球方向, 在无相邻球道时, 眩光的影响较
少, 而对互相毗邻的球道而言, 由于两球道的击球
方向相反, 灯光投光方向相反, 毗邻球道的灯光就
会对在本球道上击球的球手产生强烈的眩光, 这
种眩光以直接眩光的形式出现, 在夜空暗背景下
是十分强烈的, 会给球手造成十分不适的感觉。因
此, 在设置相邻球道的灯光时, 必须减少眩光的影
响。
眩光常数公式G= L s
a×W böL f
c×P d
式中 L s—眩光源亮度(cdöm 2) ;
W ——眩光源的表现立体角(Sr) ;
L f——背景亮度(cdöm 2) ;
P d——P (H) 位置函数
a、b、c、d——常数。不同国家有不同数值。通
过实验, 获得: a = 1, b = 0163, c = 0128, P d = P
(H) ;
所以, G= L s×W 0163öL f
0128×P (H) ;
这样, 在同样的眩光源亮度和背景亮度下, 采
用同样的光源, 即眩光源的表现立体角W 相同
时, 眩光常数G 与位置函数P (H) 成反比, 而P (H)
又随着H角度的增加而增加, 表现为眩光作用下
降。这就是说, 当球手与眩光源距离D 一定时, 适
当增加眩光源的高度, 即增加了H角度值, 相应地
减少了眩光的危害。实践表明, 当光源安装高度在
11 m 以上时, 可以有效地控制球场的眩光。
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图4 眩光有关数据示意图
以上主要阐述球场灯杆的布置以及如何减少
有害的眩光。而对照明光源及灯具的选择, 则应考
虑以下几点。
(1) 优先选用高效率的光源。这样在达到同
样的照度时, 可以减少所需光源的个数, 从而减少
了电气线路材料费及安装费等, 即减少了初投资。
(2) 选用高显色性和高色温的光源。据现场
实践, 显色指数R a> 90, 色温达5500K 以上的金
属卤化物灯, 会很好地再现球场的风貌, 如草坪、
球体等物的原色。
(3) 选用具有良好控制特性的光源。
(4) 选用与光源配套的灯具。即结构与种类
配套, 规格与光源功率配套。
(5) 选用与环境配套的灯具。由于灯光球场
的灯具是安装在室外露天场地的, 选用灯具时, 必
须充分考虑灯具对进入异物和水的防护程度及防
止触电程度。一般选用保护等级IP55 和电击保护
等级Ê 级。另外, 还须结合当地大气环境考虑灯具
的防腐性能。
(6) 选用能合理利用配光曲线的灯具。从而
提高光效, 减少电能损耗, 同时要求灯具应有很好
的光线分布, 减少眩光的危害。
(7) 选用经济性较高的灯具和运行费用低的
光源。主要从灯具利用系数、灯具和光源的寿命,
以及灯具的维护系数等方面考虑。
(8) 灯杆的选择。现常见的有固定式、放倒式、
气动升降式和液压升降式等几种。如何选用, 须结
合球场环境和投资经营者的经济实力来考虑, 以不
影响球场的环境, 保证球场的自然美为前提。
2 照明供电
优良的球场照明设计必须有良好的照明供电
系统来保证。球场的照明供电系统主要从以下几
个方面来考虑。
(1) 球场灯光照明的电源可以从城市电网引
入, 也可以由自备发电组供电, 视球场的具体情况
而定; 建议尽量使用城市电网络供电, 会大大减少
日后的运行费用。如果无法使用城市电网或供电
线路设备投资巨大时, 可以采用自备发电机组供
电, 而发电机组应尽可能靠近负荷中心。一般来
说, 球场灯光是以球道灯光为单位的, 每条球道的
照明负荷中心可以初定在球道的中间地段, 球场
的照明总负荷则在几条球道围绕之中为最佳。
( 2) 供电方式应该首选三相四线制供电, 从
而减少电能损耗, 并且可以减少气体放电灯(如金
属卤化物灯等) 的光通量的脉动, 进一步提高了球
场的照明质量。
( 3) 结合高尔夫球场的环境和供电的优越
性, 配电线路首选三相四芯电缆, 且优先考虑使用
钢丝铠装式电缆。这是因为高尔夫球场很大部分
是人工推土造型出来的, 电缆多采用直埋地下的
敷设方式, 电缆可能在后期施工中会发生位移, 所
以采用钢丝铠装式电缆, 增加了供电的安全可靠
性; 还有的电缆施工方案采用电缆沟、隧道敷设或
穿预埋管敷设, 这种方式虽然初次投资额会大一
些, 但在日后维修保养方面就比较方便。不论电缆
敷设采取何种形式, 在施工过程中一定要很好地
与球场其他施工单位(如球场喷灌专业、球场造型
及球场绿化等) 配合, 以保证供电系统安装工作的
顺利完成, 进一步保证了供电系统的安全可靠。
( 4) 由于高尔夫球场面积很大, 电源点到负
荷之间的线路都较长, 因而在选用电缆时, 应优先
考虑线路电压损失和电缆长期允许载流量这两个
重要运行参数。对线路过长、电压损失较大的, 可
以考虑使用升压变压器进行升压。在选用时, 还要
充分考虑环境温度的变化、电缆的并列系数以及
土壤的热阻率等的影响, 根据敷设的实际环境进
行校正, 若选出的电缆非标准截面时, 应按上限选
择。
(5) 灯光球场的照明线路考虑短路保护的方
式, 一般应使用熔断器保护或自动空气断路器。
( 6) 为防止触电事故, 保证人身安全, 照明
器、开关、插座、升压变压器、配电盘的金属外壳、
支架、钢管电缆的金属外皮及金属塔等必须良好
接地。一般来说, 每金属杆塔的接地电阻不宜超过
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小水电发电机零序谐波电流对电能计量的影响
浙江新昌县供电局  廖绍成
中图分类号: TM 930. 115 TM 933. 4    文献标识码:B    文章编号: 100626357 (2001) 0120047202
(7) 照明线路的控制, 可以采用定时控制、分球
道控制。通过集中遥控线路控制电源开关的分合来达
到分球道控制的目的, 以满足维护和管理的要求。
( 8) 如果灯杆选型是伸缩型, 即需要电源进
行升降的, 则在电压方面更应该充分考虑。必须保
证在升降杆用电动机的端子处的电压不低于额定
电压的90%。
收稿日期: 2000 年7 月12 日
林国勇 福建省水利规划院机电室
福州市东大路水文水利综合大楼229 号 7600167
浙江省新昌县是水利部颁发的小水电之乡,
大小水电站有一百多个, 分布在各个乡镇。这些小
电站常采用发电机—变压器组接线方式, 升压后
与公用电网相连, 发电机与变压器中性点也大多
连在一起, 均接地。这样构成了发电机的三相四线
制星形系统。
为了计量发电机发出的电能及送给电网的电
能, 有的在变压器低压侧安装三相四线三元件电
能表——低压计量; 也有把三相三线二元件电能
表安装在变压器高压侧——高压计量。下面分析
在小水电计量中, 上述两种装表方法对电能计量
的影响。
1 三相电路中的高次谐波
三相发电机的电势不是理想的正弦波, 且三
相电路中又有非线性元件, 因此三相电路中的电
势、电压、电流不是标准的正弦量, 即基波之外还
含有高次谐波, 而且主要是奇次谐波。这种现象在
用硅整流励磁或者系统电压较高, 升压变压器铁
心磁通密度较高的情况下更甚。因为发电机发出
的三相交流电势变化规律完全一样, 但达到零值
的时间滞后三分之一周期, 即:
eA = E 1m sinXt+ E 3m sin3Xt+ E 5m sin5Xt ⋯⋯
eB = E 1m sinX( t- T ö3) + E 3m sin3X( t – Tö3)
+ E 5m sin5X( t- T ö3 ) + ⋯⋯
= E 1m sin (Xt- 2Pö3) + E 3m sin3Xt+ E 5m sin
(5Xt+ 2Pö3)
eC = E 1m sinX( t+ T ö3) + E 3m sin3X( t+ T ö3)
+ E 5m sin5X( t+ T ö3) + ⋯⋯
= E 1m sin (Xt+ 2Pö3 ) + E 3m sin3Xt+ E 5m sin
(5Xt- 2Pö3 ) + ⋯⋯
由此可见, 这组三相电势中各次谐波的相位
关系如下:
(1) 基波:
eA 1= E 1m sinXt;
eB1= E 1m sin (Xt- 2Pö3) ;
eC1= E 1m sin (Xt+ 2Pö3) ;
这是一组正序对称分量, 与标准的三相电势
相序相同。进一步推导可知, 对称三相非正弦电势
中一次、七次、十三次等谐皮都是正序分量。
(2) 三次谐波:
eA 3= E 3m sin3Xt;
eB3= E 3m sin3Xt;
eC3= E 3m sin3Xt;
这是一组零序对称分量。对称三相非正弦电
势中, 三次、九次、十五次等三的倍数的谐波都是
零序分量。
(3) 五次谐波:
eA 5= E 5m sin5Xt;
eB5= E 5m sin (5Xt+ 2Pö3) ;
eC5= E 5m sin (5Xt- 2Pö3) ;
这是一组负序对称分量, 对称三相非正弦电
势中五次、十一次、十七次等谐波都是负序分量。
对称三相非正弦电势(或电压、电流) 的正序、
负序、零序的相量见附图。
附图 正序、零序、负序相量图
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http://www./uploadfile/20120416/20120416224727390.pdf



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