發布日期：2022-05-20 點擊率：45
1、概述
據統計，我國照明用電占全國總發電量的12％左右，這是一個不小的比例。來自中國照明學會的報道表明，2001年我國總發電量為14 332．5 億kW．h，年照明耗電達l 433．25～l 719．9億kW．h，相當于三峽水力發電工程年發電能力（840億kW．h）的2倍左右，2004年總發電量為2l 870億kW-h，照明耗電約占當年發電量的10％，約為2 187億kW-h，相當于三峽水力發電工程年發電能力的近3倍。
城市公共照明在我國照明耗電中約占30％的比例，每年開支高達數百億元。在市政開支比較緊張的今天，國內絕大部分城市和地區仍然采用一些國家在 20世紀70年代就拋棄了的路燈隔盞關燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻——不僅導致路面照度分布不均勻，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網電壓的升高對路燈壽命的減損，這不是真正意義上的綠色照明與節能。
2、綠色照明的基本要求
1）光源的發光效率高主要包括：高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節能熒光燈等氣體放電燈以及LED新光源。
2）不能對電網造成諧波污染排除了晶閘管移相降壓節能的可行性，排除了諧波含量超出5％的電子鎮流器或節能產品使用的可行性。
3）節能化對于HID燈，一是提高功率因數、降低鎮流器損耗；二是對光源進行大范圍調光，不僅能夠大范圍大比例節能，而且有利于合理地使用光源、保護視力、保護照明產品和燈具。
4）沒有光污染。
5）燈具分布與燈具功率的優化設計。
3、HID燈照明節能原理
目前廣泛使用的高壓鈉燈發光的最高效率與供給燈具的電壓有著密切的關系。該電壓與很多因素有關，且隨著環境溫度的不同而不同，最低可達 175～185v。因此，HID燈的節能原理就是通過降低燈具的工作電壓，在不影響視覺照度的前提下，讓燈具盡可能地靠近最高發光效率點工作。
4、HID燈對節能產品的要求
HID燈的綠色照明理論指出，在一般的城市路燈夜間背景亮度條件下，采用降低電壓的方法可以有效地降低眩光的強度，可以有效地提高照明質量，改善城市交通條件，而且能夠大量地節約能源和幾倍地延長燈具使用壽命。
美國照明科技協會的試驗報告顯示：燈具電壓超壓10％時，燈具壽命降低一半，電壓越高，燈具壽命越短，燈具電壓為額定電壓的90％時，燈具壽命提高一倍，此時與過壓10％相比壽命延長4倍。而且照度值與額定狀態相比僅衰減7％，人眼很難察覺到。
最高光效的理論表明高壓鈉燈發光的最高效率發生在燈具電壓為175～200 V（最佳電壓）。因此HID燈節能產品必須能提供和保持燈具的最佳電壓，這就是HID燈對節能產品的要求。它包括兩層含義：一是輸出電壓要能達到相對較低的燈具最佳電壓（確保HID燈不熄滅）；二是在最佳電壓值附近能夠穩壓工作，不隨電網電壓或負載的變化而變化。
5、HID燈節能產品的主要技術要素
我們知道，HID燈節能原理的實質性內容是降壓與穩壓，對于道路照明中使用的高壓鈉燈在供電電壓低于200 V時就難以觸發點亮，接近老化的 HID燈，可能需要達到220 V或更高的電壓才能觸發點亮，HID燈對電流和電壓的切斷十分敏感，幾毫秒的間斷就可能引起燈管電弧的不穩和熄滅（某些燈熄滅后要冷卻幾分鐘后才能再次點亮）。因此，HID燈節能產品的主要技術要素如下：
1）具有較寬范圍的降壓與穩壓功能。
2）在降壓或穩壓過程中，保持電流連續、無沖擊、無過壓，確保HID燈不熄滅、不重啟、不損傷HID燈。此為HID燈節能產品的關鍵技術，采用有觸點裝置（如繼電器、接觸器）進行電壓檔位切換的難以實現此關鍵技術。
3）能適應不同類型的HID燈或混合的HID燈負載。
4）能適應小同的環境、不同的道路類型、不同的時間或不同人員對照明的參數的不同要求。
6、當前HID燈節能產品存在的主要問題及分析
目前，HID燈照明節能產品中的可控硅相控降壓節能產品，因對電網造成諧波污染逐步趨于淘汰，電磁變壓器或電感器降壓節能產品是當前的主導產品。當前多數電磁類照明節能產品的主要問題大致如下。
1）不能滿足HID燈對節能產品的要求對于單燈控制采用串電感降壓進行節能，控制電路簡單是其優點，但由于電感降壓太少或降壓太多，難以集中控制道路的照度。如果增加電感的抽頭數量并采取穩壓控制電路，必然增加電路的復雜程度和成本，并降低產品的可靠件；對于集中控制的，多數采用自耦變壓器調整電壓，難以根據輸入電壓的變化在帶HID燈負載時動態進行檔位切換，在供電質量較差時切換檔位容易燒壞無觸點開關或者導致HID燦熄滅，也有因此而燒壞路燈的，因而一些產品只能是固定檔位輸出，或通過手動換檔，有的雖然使用了智能芯片，但也只是在開機時檢測電壓自動切換檔位，而在通電帶HID燈負載期間不能進行檔位切換或不能進行高可靠的檔位切換。
2）節能率較低 些產品的最大節能率只有10％～20％，其根本原因是產品關鍵技術沒有過關，不能帶HID燈動態切換，電壓變化范圍小，難以達到燈具的最佳電壓，節能率小可能高。節能率是衡量節能產品的項主要技術指標，既不能太高，又不能太低，設計時應考慮到一個適當的數值上。
3）HID 燈容易熄滅如果在電壓檔位變化時導致HID燈電流不連續，容易導致HID燈熄滅并重啟，甚至有可能產生瞬時過電壓，如果檔位切換后的輸出電壓較低，便會導致HID燈熄滅，并且不能在低電壓下重新點亮。
4）HID 燈容易損壞、從理論及大量的試驗和報道可以看到，使用節能產品后HID燈的使用壽命應該明顯增加。但如果在電壓檔位變化時導致HID燈熄滅并重啟，將加速HID燈老化、縮短使用壽命。
5）產品自身不可靠 主要原因是產品關鍵技術沒有過關，從理論上講，在感性負載下，只要無觸點器件質量過關，只要關鍵技術過關，無觸點產品的壽命肯定比有觸點產品的壽命長很多。如果采用有觸點產品或關鍵技術未過關的無觸點產品，對復雜多變的電網干擾信號不能進行準確地檢測與判斷，就會導致產品的可靠性較差。
7、智能照明節能控制系統剖析
江蘇省泰州市前進機電制造有限公司生產的RZM5系列智能照明節能控制系統是比較理想的智能照明節能控制系統，符合綠色照明的要求，是中國節能協會推薦的產品。該產品已獲得國家專利，下面對該系統介紹如下。
7．1系統結構
智能照明節能控制系統由采用天文算法的經緯度開關燈控制器、單相或三相自耦變壓器無觸點穩壓調壓單元、含經緯度參數的微電腦路燈控制器軟件、照明節能控制柜調壓系統參數設置與監控軟件組成。單相或三相調壓單元能與開關燈控制器進行通信，系統對外的通信接口來自開關燈控制器的通信接口，計算機通過該接口既能與開關燈控制器通信，也能與各相的調壓單元通信，以便能夠對系統的全部工作參數和保護參數進行修改和監控。在計算機端，通過含經緯度參數的微電腦路燈控制器軟件可以監控與修改開關燈控制器的參數，也可以讀取各相調壓單元的工作狀態；通過照叫節能控制柜調壓系統參數設置與監控軟件可以監控或修改各相調壓單元的工作參數或保護參數
經緯度開關燈控制器直接根據天文算法計算天亮天黑的時間控制開關路燈，此外，還具有光控、通過有線網絡、GPRS或CDMA無線網絡遠程控制路燈開關的功能；能夠實現多個回路的獨立控制：能夠通過計算機方便地查看或更改相關的參數；能夠通過網絡宴現遠程控制或集中監控。
單相或三相自耦變壓器無觸點穩壓調壓單元解決了當前電磁技術中多燈集中控制不能帶高強度氣體放電燈高可靠動態切換的技術難題，能夠確保HID燈在電壓檔位切換時不熄滅，并提高最大節能率，充分延長燈具的使用壽命。同時根據照明節能的各種特殊情況，充分發揮智能產品的作用，各種工作參數均可以通過電腦串口或網絡遠程方便地查看或重新設定，以適應任何地方不同的環境或不同人員的具體需求。
7．2技術原理
7．2．1經緯度開關燈控制器的電路原理框圖
7．2．2采用天文算法的經緯度開關燈控制器的控制方式
控制器內設置實時時鐘集成電路，運行的日期及時間與當前實際的時間一致；利用高性能單片機作為控制器．用戶可將控制器配置為按天亮天黑時間自動調整的方式。或配置為每天以固定時間開關燈的方式。此外，還可以進行光控、人工控制、網絡控制開關燈，這些開燈信號以或的關系確定最終的開燈信號，此信號通過驅動電路控制繼電器或無觸點開關接通或斷開路燈的供電同路，從而完成路燈的多功能開關燈智能控制。當路燈開啟后，如果需要臨時關閉．可以在控制器上通過開關或遠程發送指令強制關閉開啟的路燈。裝置內部設置多個回路的開關燈控制，每個回路可設置兩次開關燈時間，因此可以組合成整夜燈控制、半夜燈控制、每天兩次獨立控制的照明方案。每個回路的功能相同，因此可以控制多個回路的路燈。
開關燈控制器采用的天文算法基于開普勒的行星運動三定律和牛頓的萬有引力定律，而不是普通的近似算法，近似算法的計算誤差較大，有時相差達10 min以上。經過實測，該產品的計算誤差在100年之內不超過3 s。
7．2．3穩壓調壓單元的電路原理框圖
穩壓調壓單兒的電路原理框圖見圈2
7．2．4穩壓調壓單元的技術原理
單片機對真有效值線性采樣電路模塊檢測到的照明負載的當時電壓和電流與設定的電壓l乜流值進行比較，確定當前電壓或電流是正常還是異常，若屬于正常，則計算出當前電壓應處的檔位，并在零點處給出相應檔位的觸發信號，經電氣隔離與放大，驅動無觸點開關切換到規定的檔位。同時，單片機還對內部的溫度進行測量與計算，并與設定的溫度保護值進行比較，若電壓、電流、溫度等參數異常，則單片機發出相應的故障指示信號、報警，自動切斷輸出或將輸出旁路，存加電的情況下，各種工作參數可以通過通信接口遠程查看或重新設定。
7.3產品特點
RZM5節能產品系列以新型高速微處理器為核心，不斷對電壓、電流等參數進行取樣，并通過無觸點開關高可靠地動態調整輸山電壓，產品集成了自動開關燈控制、人工旁路控制、自動旁路控制、快速測試控制、電壓校調控制、狀態指示控制、自動延時節能定時器等，具有如下特點：
1）高效節能RZM5系列產品節能率高達20％～50％。
2）自動開關燈根據不同地點的經緯度，依據地球自轉與公轉的變化規律，利用天文算法自動精確計算當地的天亮天黑時間，自動修正每天的開燈與關燈時間，避免了靠人工修正和開關燈控制的麻煩。
3）集成的GPS測量軟件，通過GPS接口，可以讀出當地的經緯度，時間等參數。
4）可以向電腦輸出任何連續若干天的丌關燈時間，讓管理人員對開關燈時間做到心中有數。
5）采用雙重智能節能控制技術，既可以通過方便的節能檔位設定來控制節能水平，又可以保證在市電電壓大幅度波動情況下相對穩定照度。
6）小含相控調節電路，因而不產生高次諧波，并有助于抑制電網巾的高次諧波，屬丁典型的環保型節能產品。
7）有效延長燈具使用壽命2倍以上，大大地降低維護費用，減少維修工作量。
8）強電控制采州無觸點切換，通過獨特的算法保證切換準確、快速、可靠、無任何電壓或電流沖擊，使產品的壽命和可靠性人人地提高，解決，有觸點切換以及某些產品在切換時引起的大電流沖擊和瞬時過電壓或燈熄滅的現象，使產品的壽命和可靠性大大地提高。
9）具有自動保護和旁路自動識別功能。
10）每相獨立調節，允許100％不平衡負載。
11）隨時監控每相工作狀態，及時采取保護動作或自動旁路，大大提高了產品的可靠性和安全性。
12）可根據各地點對照度的實際需要靈活方便地設置各種工作參數。
13）能在不斷電的情況下帶負荷調整各種電壓、電流和時間等工作參數。
14）可以方便地進行遠程控制、集中控制，町以遠程配置設備的工作參數。
15）可通過面板上手動旁路開關控制系統旁路工作。
16）各相具有聲光告警指示，便于快速維修。
17）適用所有的氣體放電燈：高壓汞燈、金屬鹵化燈、高壓鈉燈、日光燈等。
18）控制系統能與路燈變壓器配合使用，只需在路燈變壓器上增加幾個抽頭。
8、智能照明節能控制系統的應用案例
泰州市前進機電制造有限公司針對HID燈生產的RZM5系列集中控制式智能照明節能控制系統含有天文算法的多功能開關燈控制器，采用自耦變壓器及無觸點開關技術進行降壓與穩壓．具有較寬范圍的降壓與穩壓功能，在檔位切換或穩壓過程中，能夠從一個穩態立即過渡到另一穩態，無瞬間過壓或電壓振蕩現象，電流連續且無沖擊，能夠確保HID燈不熄滅、不重啟，能自動適應不同類型的HID燈或混合的HID燈負載，并且各種參數均可由用戶自已修改或查看（通過串口或有線網絡、無線網絡），完全滿足HID燈對節能產品的要求。其產品已在多個城市中使用，最早在江蘇泰州市道路照明以及居民小區照明中使用的已經有1年多，歷經風霜雨雪，未出現任何問題，從每天的電表讀數可以看出，在不改變原來的半夜燈和整夜燈（全夜燈）工作方式的前提下，與未使用節能控制柜相比，平均節電率達38.5%，若全部采用整夜燈工作方式，節電率將會更高。
9、結束語
照明節電，意義重大。建設部、國家發展和改革委員會在《關于加強城市照明管理、促進節約用電工作的意見》中明確指出，要大力推廣節能技術，提高電能利用效率。要以節約能源、保護環境、促進健康為宗旨，積極推廣綠色照明，抓好城市綠色照明示范工程，提高城市照明質量、努力改善城市人居環境。我衷心希望大家通過各種渠道交流節能技術與經驗、介紹好的節能產品，相互取長補短，合作生產，加快城市綠色照明工作，共同為建設節約型社會貢獻力量。
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