普通路燈改裝LED路燈的方案探討

煙臺(tái)市老干部活動(dòng)中心　李衛(wèi)方

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普通路燈改裝LED路燈的方案探討

煙臺(tái)市老干部活動(dòng)中心李衛(wèi)方

【摘要】針對(duì)目前已大量安裝于廠區(qū)、校區(qū)、居民區(qū)等位置的小型老式照明路燈能耗高、易損、維修難、存在安全隱患的現(xiàn)狀，文中提出了采用保留原供電線路及路燈主體，通過增加LED控制器、更換LED發(fā)光器的方法來解決以上問題。經(jīng)過某活動(dòng)中心實(shí)例驗(yàn)證表明，此方案切實(shí)可行，節(jié)能效果明顯。

【關(guān)鍵詞】照明改造；LED路燈；節(jié)能降耗

1　引言

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，人類對(duì)各種資源的需求量越來越大，地球上各類可開發(fā)利用的資源正在遭受著前所未有的過度開發(fā)，由此帶來的生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，對(duì)于我國來說，人均資源短缺，環(huán)境容量有限，生態(tài)脆弱等問題尤為嚴(yán)重，如果這些問題得不到有效解決，它將極大地制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間和可持續(xù)性。在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”已成為我國的基本國策，而目前大量存在的高能耗設(shè)備如何處置就成了當(dāng)務(wù)之急，全部更新既費(fèi)錢、費(fèi)力又浪費(fèi)資源，所以對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，使其達(dá)到節(jié)能要求是唯一出路。文章通過對(duì)待改造的路燈線路進(jìn)行測(cè)試，判斷原線路是否具備使用條件；通過對(duì)路燈的內(nèi)部構(gòu)造及受力分析得出改造后的路燈是否安全；通過對(duì)原路燈的配置分析選取最佳改造方案和實(shí)施方案，最后制作出改造前后的節(jié)能降耗效果圖。

2　路燈供電線路檢查及負(fù)載變化分析

路燈系統(tǒng)經(jīng)過多年運(yùn)行后，供電線路的電力輸送質(zhì)量會(huì)有所下降，主要表現(xiàn)在線路阻值的升高和絕緣性能的下降這兩方面，所以在路燈改造之初，首先要對(duì)供電線路進(jìn)行全面檢查。

2.1檢查線路電阻數(shù)值

路燈供電一般采用三相四線制并聯(lián)供電，我們首先要斷開配電室里給路燈供電的線路，然后臨時(shí)把三根火線與一根中線短接，再把每一個(gè)路燈供電線路依次從主供電線路上斷開，只保持主線路連通，然后在最遠(yuǎn)端用萬用表分別測(cè)量三根火線與中線間的阻值。正常情況下三根火線與中線間的阻值應(yīng)基本相等，并且所測(cè)阻值數(shù)應(yīng)與通過計(jì)算所得出的阻值數(shù){導(dǎo)體電阻計(jì)算公式：R=ρ×L/S，ρ=電阻率，L=長(zhǎng)度(米)，S=線載面(㎜2)。銅電線的電阻率：ρ=0.0172；鋁電線的電阻率：ρ=0.0283}相差不大，如果所測(cè)阻值符合上述要求，則進(jìn)行下一步的絕緣檢查，否則，要對(duì)有問題的線路從遠(yuǎn)端依次向近端檢查，直至找出有問題的線路節(jié)點(diǎn)并加以處理。

2.2檢查線路絕緣阻值

路燈線路電阻阻值檢查符合要求后，斷開火線與中線的短接，保持線路中各點(diǎn)無相互連接，無接地點(diǎn)，然后用兆歐表依次測(cè)量各線間絕緣阻值。符合要求的絕緣阻值應(yīng)該不小于0.5MΩ（特別是相線之間及相線對(duì)地的絕緣阻值應(yīng)大于0.5MΩ，中線可在0.25MΩ以上即可）。如果所測(cè)絕緣阻值達(dá)不到以上要求，說明主線路絕緣層老化嚴(yán)重或者絕緣層有破損，需根據(jù)實(shí)際情況維修線路或更換新線路。

2.3供電線路負(fù)載變化分析

供電線路負(fù)載變化主要是因?yàn)槁窡艄β首兓熬€路損耗變化引起的。在同等光照強(qiáng)度及光照范圍條件下，LED光源的功耗大約只有金鹵燈光源功耗的50%，路燈主線路損耗也會(huì)降低75%(在電壓不變的情況下，負(fù)載功率降低50%，則主線路中的電流也降低50%，根據(jù)公式“損耗功率W=線路電流I的平方×線路電阻”可以計(jì)算出線路損耗值)，這不僅有利于節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而且也消除了因電源線路滿負(fù)荷運(yùn)行而引發(fā)的電源線路發(fā)熱、接觸不良、空開跳閘等故障現(xiàn)象,因此路燈發(fā)光源改造成LED將非常有利于路燈系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3　路燈燈體結(jié)構(gòu)件檢查及受力變化分析

路燈燈體結(jié)構(gòu)件包括底座、燈桿、燈頭及其他附屬物。結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)包括金屬、玻璃、塑料等。結(jié)構(gòu)件的檢查主要以目測(cè)為主，主要檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)件有無腐蝕、變形、破碎等影響外觀和結(jié)構(gòu)受力的現(xiàn)象。大多數(shù)路燈在運(yùn)行幾年以后都會(huì)出處局部構(gòu)件損壞的現(xiàn)象，在路燈改造過程中要對(duì)破損件進(jìn)行維修或更換，使改造后的路燈達(dá)到使用條件。

路燈燈體結(jié)構(gòu)件受力變化分析是為了檢驗(yàn)改造后的路燈主體承力是否滿足安全要求。改造過程中燈體重心和迎風(fēng)面積可能發(fā)生變化，當(dāng)燈體重心下移或不變，迎風(fēng)面積縮少或不變時(shí)，路燈燈桿與底座連接的根部所受最大力矩保持不變或有所降低，滿足燈桿原設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和撓度要求，路燈安全有保障；當(dāng)燈體重心上移，迎風(fēng)面積增加時(shí)，路燈燈桿與底座連接的根部所受最大力矩有所增加，路燈是否安全需要進(jìn)行如下驗(yàn)證：

3.1驗(yàn)證燈桿強(qiáng)度

確定最大風(fēng)速度U(12級(jí)=36M/S)，求出風(fēng)壓P＝U2/1.6，計(jì)算出迎風(fēng)面積S燈體=(D+d)*H/2 +S附件+S燈具（其中D為燈桿底部外直徑，d為燈桿頂部外直徑；H為燈桿高度），計(jì)算出燈體重心高度Hx＝(2d+D)*H/3(d+D)，得出風(fēng)壓對(duì)路燈燈體扭矩M＝ P×S燈體×Hx（風(fēng)壓對(duì)燈體的扭矩會(huì)隨著高度不同而不同，我們?cè)诖瞬捎媒朴?jì)算法，把風(fēng)壓看作全部作用在燈桿重心處）。燈桿根部的截面抵抗矩：W＝π*(D4-d4)/32D，燈桿根部扭矩允許值：[M]＝ W*[σ] （[σ]為燈桿材料屈服強(qiáng)度），如果[M]>M，則燈桿強(qiáng)度是安全的。

3.2驗(yàn)證燈桿撓度

把圓錐桿看作直桿近似計(jì)算公式為：De＝(d+D)/2；

截面慣性矩：I＝π*[De4-(De-2t)4]/64(t為材料厚度)；

重心處荷載：Q＝M/Hx；

風(fēng)壓對(duì)路燈產(chǎn)生的撓度：Fmax＝ QHx3/3EI（E為彈性模量）；

當(dāng)燈桿撓度允許值：[Fmax]＝H/40＞Fmax時(shí)，燈桿撓度是安全的。

采用馬鈴薯20 g加入1 L超純水煮沸至馬鈴薯完全爛軟，紗布過濾后加入15 g蔗糖，用超純水將培養(yǎng)液補(bǔ)足至1 L，每個(gè)三角瓶分裝30 mL,然后121 ℃高壓滅菌15 min備用。打取PDA平板中的菌碟，每個(gè)三角瓶中接種10～12個(gè)菌碟，將接種好的三角瓶置于30 ℃恒溫?fù)u床中120 r/min搖培，1 d后取出，測(cè)量孢子懸浮液中目鏡10倍及物鏡20倍顯微鏡下一個(gè)視野的孢子數(shù)。該方法為PS液體培養(yǎng)法。

考慮風(fēng)速的不均勻系數(shù)，空氣動(dòng)力系數(shù)，以及風(fēng)向與燈桿、燈具的夾角等因素，實(shí)際危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力及燈頂?shù)膿隙染纫陨嫌?jì)算的結(jié)果低，故經(jīng)過以上驗(yàn)證后滿足要求的燈桿設(shè)計(jì)是安全可靠的。

4　LED光源與傳統(tǒng)光源的參數(shù)對(duì)比及功率選擇

目前已安裝使用多年的小型路燈所采用的光源多種多樣，性能各異，下表是LED光源與各種傳統(tǒng)光源的技術(shù)參數(shù)比較：

主要電光源的技術(shù)性能指標(biāo)

通過對(duì)各種光源技術(shù)參數(shù)的綜合比較以及實(shí)際使用效果的對(duì)照發(fā)現(xiàn)，LED光源的發(fā)光效率較高，顯色性能良好，使用壽命最長(zhǎng)，70W的LED可以取代250W的高壓鈉燈，或300W的水銀燈，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能70%以上。所以在選擇改造所用的LED光源功率時(shí)，可以以現(xiàn)有光源功率的三分之一作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

5　路燈改造方案的設(shè)計(jì)及實(shí)施

本文主要討論小型路燈的改造方案。小型路燈具有燈體高度較矮（一般燈高在3～5米），結(jié)構(gòu)形式多樣化（既有簡(jiǎn)單的一體化照明路燈，也有外觀復(fù)雜多變的景觀路燈）等特點(diǎn)，所以改造方案要按照原路燈系統(tǒng)的具體配置來設(shè)計(jì)。既要考慮原路燈的燈體結(jié)構(gòu)和改造后的美觀度，也要考慮改造成本的控制和現(xiàn)有資源的最大化利用。因此，路燈改造方案的設(shè)計(jì)原則是：①不改或少改路燈外觀；②充分利用原路燈線路和安裝結(jié)構(gòu)件（最大限度實(shí)現(xiàn)資源再利用）；③充分利用LED產(chǎn)品的多樣性（有紅、黃、藍(lán)、綠、白等多種發(fā)光顏色，有各型燈條，不同功率燈珠，各型燈泡等多種產(chǎn)品形式。）來滿足改造需要，必要時(shí)需要根據(jù)路燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用LED燈條或燈珠自制發(fā)光體；④考慮節(jié)能環(huán)保因素，實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制（忙時(shí)全亮，閑時(shí)半亮）。

方案實(shí)施過程中，為充分利用資源，我們可采用分步改造法。首先對(duì)原路燈進(jìn)行拆解測(cè)試，把仍有利用價(jià)值的光源及配件集中起來用來修復(fù)部分路燈，使其工作到自然損壞后再進(jìn)行改造；無法修復(fù)的路燈則首先進(jìn)行改造，并做好改造記錄。由于改造后路燈總功率下降50%以上，所以我們可以充分利用原線路中的三根相線進(jìn)行分路控制，通過時(shí)控器可以很容易實(shí)現(xiàn)路燈雙光源甚至三光源的任意開關(guān)控制，這不僅有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，還可以大大延長(zhǎng)LED路燈的使用壽命。

路燈改造完成后，可以通過前期耗電量記錄數(shù)據(jù)形成節(jié)能對(duì)照表：

6　總結(jié)

按照本方案，某活動(dòng)中心已完成60路路燈改造，把原路燈120W的金鹵燈頂燈換成30W的LED聚光燈，原40W的桿燈日光燈管2根換成由白色5050LED燈條做成的筒形燈（功率為20w），并對(duì)頂燈和桿燈實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制，由經(jīng)緯儀路燈控制器控制頂燈開關(guān)，桿燈則由時(shí)間控制器控制為夜間6點(diǎn)～12點(diǎn)亮燈，12點(diǎn)后關(guān)閉，經(jīng)統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能75%以上。以上成功案例證明本LED路燈改造方案具有可行性，在對(duì)老舊路燈改造成LED路燈的過程中具備一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)》.中國電力出版社,2006.12.1

李衛(wèi)方（1973—），男，山東萊陽，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于煙臺(tái)市老干部活動(dòng)中心。

作者簡(jiǎn)介：