智能照明调控节能装置

浅谈智能照明调控系统广东省高速公路有限公司佛开高速公路扩建工程管理处蔡勇刚一、前言随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、总线技术、信号检测技术和微电子技术的迅速发展和相互渗透，照明控制技术有了很大的发展，照明进入了智能化控制的时代。实现照明控制系统智能化的主要目的有两个：一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。目前全国已建和在建公路隧道估计达1000km,并以飞快的速度发展。就目前国内而言,公路隧道的飞速发展与照明技术研究极不适应,耗能大，灯具更换困难，营运费用的日常开支大,安全系数低,因此既安全又经济节能的照明技术和节能方案是我们应该研究的重点目标和发展方向。目前我国的照明用电约占社会总用电量的12％,在照明市场推广节能技术对于缓解电力供应紧张局面、建设节约型社会更具有现实意义。为了减少车辆在进隧道的时候光线由很亮突然变化为很暗而对驾驶员眼睛照成的“黑洞效应”和车辆在出隧道的时候光线由很暗变化为很亮而出现的“白洞效应”,高速公路中、长或以上隧道均设置照明灯具,用于补偿隧道内的光照亮度,减少隧道内、外的光照强度差提高通车的安全性。但随之而来的问题是：数量巨大的照明灯具的使用耗费了巨大的电能,造成隧道运营成本过高。如何在保障安全通车的前提下降低隧道照明的能耗,已是高速公路隧道运营管理及建设单位迫切需要解决的问题。设计一套高效节能的隧道照明控制系统,既是降低隧道的运营成本的需要,也是缓解电力供应的紧张局面的需要,对于建设环保型社会具有现实意义。二、广东省高速公路照明现状分析《JTGB01-2003公路工程技术标准》规定：高速公路、一级公路的隧道长度大于100米时应设置照明设施；公路收费广场、服务区应设置照明设施；位于城市出入口路段的互通式立体交叉、特大桥等宜设置照明设施。目前广东省已经通车的高速公路中,所有长度大于100米的高速公路隧道均按照《JTJ026.1-1999公路隧道通风照明设计规范》的规定配置了隧道照明灯具,光源一般采用100W~400W高压钠灯；收费广场、服务区也根据相应的交通量配置了照明设施,根据所照广场的大小分别配置高杆照明灯具和低杆道路灯,大部分互通立交均设置了高杆照明设施,跨越的特大桥也配置了道路照明设施,高杆照明光源一般为400W〜1000W高压钠灯和高压汞灯混光；低杆道路灯光源一般采用250W〜400W高压钠灯。照明系统的主要问题,在于维护和耗电两方面：有关维护方面,由于夜间电压过高,大大缩短了照明系统的使用寿命,因而产生过高的维护费用。显而易见地,我们必须采取措施稳定照明电压,从而节约维修费用。过压,所有研究均显示：过压10%将导致灯具的使用寿命下降50%。大部分地方大约从晚上8：00开始,当工业运作停止,过压10%将极易等同于过渡耗电21%。能量,要使耗电和照明亮度趋于合理,就须要使照明亮度一致。维护成本,所有的照明研究均表明：放电式灯具对过压非常敏感,其使用寿命将有可能缩短50%。因此首选的办法是采用稳定的供电,并尽可能地节省电能。目前高速公路营运公司一般为了节省营运费用,采取以下几种措施：1．设置照明的互通晚上基本上不开灯；2．设置照明的互通晚上24点之前全开,24点之后关闭1/3,2点之后仅开1/3；3．设置照明的隧道白天仅开1/2照明，晚上基本段也仅开1/2照明。分时段分级控制方式是把隧道照明灯具分接在不同的照明配电回路上，分为一、二、三、四、五级等，根据不同时段的隧道外的光照强度分级开启或关闭灯具，如晴天开启一级照明——开启全部的灯具；阴天开启二级照明——关闭部分灯具；旁晚开启三级照明——再关闭部分灯具；晚上开启四级照明——再关闭部分灯具；深夜开启五级照明——只开启很少量的灯具。分时段分级控制方式是目前国内的高速公路隧道照明方案中应用最普遍的方式，目前国内高速公路隧道已应用了几种节能照明方案，如分时段分级照明控制方案、无极照明控制方案和降压控制方案等。这几种方案均达到一定的节能效果。三、智能照明调控装置在许多地区的一天中，供电电压都会出现大幅度的波动，从而造成照明系统的耗电量及影响灯具的使用寿命，智能照明节能控制装置保证在任何时候都输出固定的稳定的电压，因而可以保证照明系统工作于额定电压下，而不至于因灯具过压而降低了使用寿命，或因欠压而降低了输出的亮度。调整各照明点的照明亮度使之与用户的实际需要更加匹配，并达到节约用电的目的。智能照明节能控制装置通过在可调节的时间段内调节并稳定照明系统的供电电压至较低的水平，从而降低照明的耗电量。实现理想照明与节约用电的完美结合。照明调控装置是通过降压节能控制方式来降低灯具的工作电压，达到节能的目的。主要是针对高压钠灯。气体放电灯具需要一定的启动电压（220V）和启动时间（5—10分钟），当气体放电灯正常发光后，在灯具电压允许的范围内，适当降低灯具两端的工作电压，灯具的功率会大幅度的下降，但照度不会随着电压的下降而成比例的下降，即照度变化不大的特点，适度的降压，既保证了照明的质量，又大幅度节约了电能消耗。人的生理特性：天暗以后，瞳孔放大，而过高的电压容易产生眩光，人体感觉极不舒适。实验数据表明，电压每下降10％，光照度下降3.5％。基于气体放电灯的降压原理，国内外电子厂家纷纷研制出了各种照明调控装置，如可控硅斩波型照明节能装置、自耦降压式调控装置和智能照明调控装置等。各种装置的技术原理不一样，各有优、缺点。其中智能照明控制装置由于采用了微电脑控制系统，在结合前两类节能产品的优点的基础上，克服了其中存的缺陷，得到了相对多的应用。智能照明控制装置工作原理如错误！未找到引用源。所示：智能照明控制系统装置原理图工作时序如下：t0〜t1:以200V启动：2分30秒；tl〜t2:以慢斜坡方式升至220V：5分钟；t2〜t3:灯具工作在220V额定电压下（电子稳压器）；t3〜t4：发出“节能开”指令，缓慢降至节能电压：10分钟;t4〜t5:灯具工作在节能电压下（185V〜195V）；t5〜t6：发出“节能关”指令，电压升至额定电压水平：10分钟；t6〜t7:设备在220V稳压状态下工作至关机智能照明节能控制装置智能照明调控器的前身，是已有25年生产历史的著名的“RE2”稳压器。经过改进并运用最先进的技术后，智能照明节能控制装置确保其极高的可靠性和输出能力。智能照明节能控制装置具有两个完全不同的电路：一个电路用于额定电压水平，而另一个电路则用于较低的水平，称之为节电水平。只有输入的电压仍处于复位值范围以内（逻辑非常严密），它就能够保证向照明系统提供正确的额定电压或节电电压。通过受控的（可以预先设定节电时间）、缓慢的（每分钟或更长的时间调整5V电压）、稳定的方式进入到节电模式，从而进入较低的照明亮度，满足各种各样的要求。智能照明节能控制装置每一相均配备旁路单元，允许装置出现故障时将照明系统旁路到主电源。这既起到自身保护作用，同时又防止照明系统熄灭。（此时该相的节电功能亦已失效。）每一相均受到各自的磁热开关保护。磁热开关有防止主开关跳闸而切断所有照明的作用。智能照明调控装置系统保证在任何时候都输出固定的稳定的电压，电压偏差范围仅为1.5%。因而可以保证照明系统工作于额定电压下，而不致于因灯具过压而降低了使用寿命，或因欠压而降低了输出的亮度。智能照明调控装置节能：克服了因电压过高引起的耗电量过大，用户亦可预设时段和照明亮度的功能。节能效果达20%~40%。照明的亮度可以依照系统的要求，或者使用的时段调节到不同的水平。每相的独立调节：完善的隧道灯具智能照明调控装置系统仅工作于受波动干扰的那一相。通过受控的、缓慢的、稳定的方式进入到节电模式。四、智能化照明控制系统具有以下特点：系统集成性。是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。智能化。具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。网络化。传统的照明控制系统大都是独立的、本地的、局部的系统，不需要利用专门的网络进行连接，而智能照明控制系统可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。使用方便。由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观并可以利用编程的方法灵活改变照明效果。高智能化控制系统:可以采用根据世界各地的经纬度预知每天日升日落时间，控制线路的开闭时间。节电功能优越:：根据现场的需要，可以在适当时候实行节电控制，其节电率可达30%以上。软启动功能：在启动时，根据气体放电灯的特点，在启动时，有一定的预热时间，可以延长气体放电灯的使用寿命，减少维护费用，节省人力资源。无触点调压；自动稳压功能；三相独立调节功能：每一相都是三相独立调节，操作性强，并且可以承受三相百分之百不平衡负载。自动静态旁路功能：固态旁路无噪音零切换，满足现场的需要。12.输出无谐波畸变13.快速调节：设备能够根据电网电压的波动，及时地快速调节，调节的时间vlOms；四、实际应用智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，智能照明控制系统既可减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达20%-40%。智能照明控制系统它可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。供电电压和照明亮度的关系随着对灯具供电电压的降低，照明亮度也跟着下降，数值如下表示：（依照巴塞罗那市政厅照明工程实验室的测试数据）灯具类型电源电压%有功功率%无功功率%亮度高压钠灯24227.82+21.58+28.86231+11.43+3.14+13.13209-11.28-2.26-14.57198-23.4-6.28-31.17187-32.48-12.44-43.29176-42-24.87-56.85某市政路灯节电项目：经现场考察和检测，该市政路段路灯照明系统全部使用的是高压钠灯，用电系统总功率为317.1kw，每月用电量为95130度，按平均电费单价0.61元/度计算，则每年用电费为