城市道路照明供電電壓與控制的優(yōu)化研究

廖元兵

摘要：我國(guó)城市道路里的照明燈具在節(jié)約電力方面有很大的潛力。由于路燈在不同電壓下的光電參數(shù)和壽命長(zhǎng)短特性有很大差異，所以可以推算出城市里道路照明燈具在不同情況下的最合適的供電電壓，上半夜的最佳電壓即為額定電壓，下半夜的最佳電壓則要略小于額定電壓為200V?？梢酝ㄟ^(guò)這一原理組成V/V0變壓器-路燈的照明節(jié)電系統(tǒng)裝置，這一系統(tǒng)不用增加變壓器或電抗器等控制設(shè)備，更利于城市中的安裝和使用。

關(guān)鍵詞：照明供電系統(tǒng)；單相變壓器；節(jié)電

引言：

城市中的道路照明節(jié)電主要包括幾個(gè)方面：貫徹落實(shí)照明的標(biāo)準(zhǔn)，適度的道路照明更合理，不應(yīng)該過(guò)度明亮；選用具有高效能的燈具和光源，設(shè)計(jì)更加合理的照明；控制方式要合理的選擇。目前最理想的操控的方法是降低下半夜的燈具上的電壓大小，同時(shí)使光源的光通量一起下降，也就是影響燈具光通量的相關(guān)因素都減小到相同的程度，這樣既確保了道路照明燈具的功能，又可以做到節(jié)省電壓，符合現(xiàn)代的節(jié)約環(huán)保理念。

一、城市道路照明的設(shè)計(jì)

（一）照明系統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，綜合型城市在建設(shè)時(shí)最注重的就是美觀一體性和用電安全，在我國(guó)城市道路照明系統(tǒng)中，工作人員主要使用埋地管線的方式進(jìn)行配電干線。設(shè)計(jì)者可以采取的鋪設(shè)方式有直埋和綜合管溝等，一般最常采用的是其中的鎧裝直埋和穿管直埋兩種方式。鎧裝直埋一般情況下會(huì)應(yīng)用在路燈管線和路基的一體施工中，這樣的方式既節(jié)省了人工造價(jià)，又可以縮短工程的工期。但是容易產(chǎn)生后期維護(hù)不便的現(xiàn)象，所以在工期較短或資金不足時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮這一方式。穿管直埋是把鋼管等管道預(yù)埋在道路的結(jié)構(gòu)層下面，直接設(shè)置接線井，工期雖然很長(zhǎng)，但是有利于后期維護(hù)工作的進(jìn)行，節(jié)約了道路的建設(shè)周期。

（二）照明系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)

城市道路照明系統(tǒng)有很多常用的接地方式，使用頻率最高的就是TN-S系統(tǒng)。傳統(tǒng)的接地系統(tǒng)并不適用于城市道路照明系統(tǒng)中，因?yàn)槠錄](méi)有附設(shè)變電所，而是附設(shè)了一些專用的變壓器，并由專業(yè)的饋電線直接供電，且如果在城市道路照明系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)的接地系統(tǒng)，必須在電源一側(cè)增加設(shè)置一個(gè)或多個(gè)漏電保護(hù)裝置，而普遍的道路照明設(shè)計(jì)中的相關(guān)漏電保護(hù)裝置會(huì)裝設(shè)在機(jī)控變壓器附近，通常是變壓器的出線斷路器處，所以并不考慮使用傳統(tǒng)接地方式。

我國(guó)電力系統(tǒng)的常用中性點(diǎn)接地方式有很多，但在城市道路照明系統(tǒng)中一般會(huì)優(yōu)先采用中性點(diǎn)直接接地的方式，這一方式的優(yōu)點(diǎn)是中性點(diǎn)接地系統(tǒng)可以承受相電壓水平的對(duì)地絕緣能力，且所需的安全距離較小，使用的材料少，相關(guān)技術(shù)人員的生命安全可以得到有效保證。

（三）照明系統(tǒng)中的配電設(shè)計(jì)

城市道路照明系統(tǒng)是配電三級(jí)負(fù)荷里極為重要的負(fù)荷之一，并由于照明容量過(guò)大需要安裝專業(yè)的變壓器。在供電時(shí)，應(yīng)該盡量讓三相負(fù)荷互相平衡，以便減小不平衡電流對(duì)道路照明系統(tǒng)的影響。

（四）照明系統(tǒng)中的照明設(shè)計(jì)

依照等級(jí)，城市道路可分為快速路、主干路、次干路、之路和居民區(qū)道路等。由于道路區(qū)域大小劃分不同，所以對(duì)照明節(jié)電也有不同的要求，其中對(duì)主干路的要求最為嚴(yán)格。也可以根據(jù)道路的橫斷面形式和道路設(shè)計(jì)等，選擇不同的設(shè)計(jì)方式。

二、照明降壓節(jié)電的相關(guān)技術(shù)

在現(xiàn)在的城市中，城市照明與道路照明逐步融為一體，增加了城市中道路照明的市場(chǎng)規(guī)模。在未來(lái)幾年內(nèi)，道路照明即將發(fā)展成為城市照明市場(chǎng)，二者合二為一，主要包括了城市的夜景、公共、商業(yè)和道路照明等。城市的道路照明即將變?yōu)楹袠O高生長(zhǎng)性且科技含量不斷增加的大型客觀的市場(chǎng)。在設(shè)計(jì)路燈供電線路時(shí)，工作人員為了防止在送電過(guò)程中出現(xiàn)線路損耗太大現(xiàn)象，也為了避免在大量用戶的用電高峰時(shí)出現(xiàn)電壓過(guò)低而路燈無(wú)法及時(shí)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，所以人工規(guī)定了路燈的變壓器次級(jí)輸出電壓應(yīng)該至少高于額定值的5%以上。由于電網(wǎng)出現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)的狀況，所以在午夜的用電低谷時(shí)段，電網(wǎng)的電壓會(huì)更加高。在下半夜的城市路燈電壓一般情況下都會(huì)超過(guò)額定電壓，甚至有時(shí)會(huì)超過(guò)230V，這樣一來(lái)就會(huì)加大最多22%的耗電量。在接近午夜時(shí)分，城市道路中的車輛數(shù)目及交通擁擠程度已經(jīng)達(dá)到了低谷，行人也就更加稀少，此時(shí)也剛好是電網(wǎng)的用電負(fù)荷的負(fù)荷低谷，導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓不斷持續(xù)升高。而電網(wǎng)電壓的不斷提升，一定會(huì)導(dǎo)致城市中路燈的光通量達(dá)到最大，使得路面照明度顯著提高。這不僅浪費(fèi)了大量電能，還使燈泡和其它附件的使用期限不斷縮減。道路的照明節(jié)電在很多方面都有巨大潛力，除了挑選高效的道路燈具外，還要更加嚴(yán)格地實(shí)行半夜燈模式。在保證城市道路照明的基礎(chǔ)上，城市道路照明節(jié)電技術(shù)主要采用降低燈具的供電電壓，也可以采取在深夜時(shí)不斷降低燈具上的供電電壓的方式，同時(shí)適當(dāng)把路面的亮度降低等方法，來(lái)達(dá)到節(jié)電的目的。

三、優(yōu)化城市道路照明的供電電壓

根據(jù)目前的發(fā)展來(lái)看，城市道路照明的點(diǎn)光源為高壓鈉燈和金屬鹵化物燈具等高強(qiáng)度氣體不斷釋放點(diǎn)光源。北京、成都、廣州和深圳等一線城市都使用的是由西班牙生產(chǎn)的NE裝置，且出現(xiàn)了很好的節(jié)能效果。NE裝置是專門用來(lái)調(diào)節(jié)高強(qiáng)度氣體放電燈的智能節(jié)電裝置，它的主核心是一個(gè)多抽頭類型的變壓器，設(shè)置了電子控制器和穩(wěn)壓的電源并把它們調(diào)控成一套的配備裝置。它可以依據(jù)操控指令，自動(dòng)將電壓壓制到可運(yùn)行的電壓。根據(jù)西班牙巴塞羅那的照明實(shí)驗(yàn)室提供相關(guān)的數(shù)據(jù)可推測(cè)，在不斷降壓的方式下，操控NE智能照明裝置可以節(jié)省近一半的電量，而有效功率并無(wú)大幅度下降。在使用高壓鈉燈或由其它氣體放電燈具組成的城市道路照明系統(tǒng)中，考慮到末端電壓持續(xù)下降的前提，在午夜時(shí)段進(jìn)行節(jié)電運(yùn)行應(yīng)該把供電電壓壓低在10%內(nèi)，這樣的操作是最佳的選擇之一。下半夜的最佳供電電壓是200V，在選擇200V電壓時(shí)，可以降低燈電流，極大程度上提高了節(jié)點(diǎn)的效率；同時(shí)也使照明燈具的使用壽命有所延長(zhǎng)，降低了人力、物力的維修成本。在這一電壓的供電下，高壓鈉燈的照度和通光量都有所下降，但是照明的質(zhì)量和均勻程度并沒(méi)有受到影響，也沒(méi)有出現(xiàn)諧波等不良影響。

四、優(yōu)化城市道路照明的控制

我國(guó)城市內(nèi)目前采用的照明節(jié)電器械基本是電磁式的，主要元件有自耦變壓器、電抗器和補(bǔ)償變壓器等。工作人員可以用系統(tǒng)的軟件來(lái)操控調(diào)壓調(diào)光的分時(shí)段進(jìn)行，以便快速達(dá)到節(jié)電省電的目的。在我國(guó)上海的潘登公司開發(fā)研制了名為GGDZ的照明穩(wěn)壓節(jié)電柜，其由補(bǔ)償和調(diào)節(jié)變壓器、主電路等六個(gè)技術(shù)單元互相組合構(gòu)成了新型的照明節(jié)電產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要以智能機(jī)械穩(wěn)壓為主要核心。這一類型的城市道路照明節(jié)電器都必須增加大型笨重的自耦變壓器或補(bǔ)償器等，這些商品都太過(guò)昂貴，且控制的技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，所以沒(méi)有得到大范圍推廣使用。最近人們推出一種全新的供電電壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換的V/VO-V/V變壓器的城市路燈照明節(jié)電系統(tǒng)。這種城市照明系統(tǒng)不用增加自耦變壓器、電抗器或者補(bǔ)償變壓器等設(shè)備，只要把城市路燈的專業(yè)變壓器做一些V/VO接線，然后在下半夜時(shí)段，通過(guò)光-電子控制器自動(dòng)使變壓器二次側(cè)的中性線及時(shí)斷開，變?yōu)閂/V接線即可，使城市燈具的電壓從相電壓可以自動(dòng)變化為線電壓的一半。因?yàn)樵谙掳胍箷r(shí)期，變壓器二次側(cè)的線電壓至少為400V，這樣就更加有利于實(shí)現(xiàn)城市照明燈具供電電壓從額定電壓下降直至最佳電壓。

結(jié)束語(yǔ)：

設(shè)計(jì)者可以結(jié)合有關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)城市的道路照明系統(tǒng)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，居民更加注重自己的生活質(zhì)量，而道路照明與城市居民的生活息息相關(guān)，規(guī)劃合理完善的城市道路照明系統(tǒng)，不僅可以提升居民生活水平，更為城市的新型發(fā)展提供了有力的保障。在日后的發(fā)展中，城市道路照明系統(tǒng)還會(huì)得到更深入的研究，以便為社會(huì)進(jìn)步提供更大的支持。

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