淺談照明穩(wěn)壓節(jié)電的科學合理性

目前整個照明節(jié)電行業(yè)處于良莠不齊、產品宣傳是霧里看花，而且針對這種現(xiàn)狀，上海潘登新電源有限公司以科學的態(tài)度，針對照明燈具的特性，分析照明節(jié)電的合理性，用通俗易懂的道理，幫助大家認識照明節(jié)電的科學性，并引領照明節(jié)電行業(yè)走向健康規(guī)范的發(fā)展道路。 　　一、照明燈具的特性 　　照明燈具大多采用氣體放電燈，是由氣體、金屬蒸汽或幾種氣體與金屬蒸汽的混合放電而發(fā)光的燈。氣體放電燈可分為：低氣壓放電燈和高強度氣體放電燈。低氣壓放電燈包括熒光燈（低壓汞燈）、低壓鈉燈；高強度氣體放電燈包括熒光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、陶瓷金屬鹵化物燈。我們所要針對的照明節(jié)電，是以高強度氣體放電燈為主的節(jié)電市場，其中高壓鈉燈廣泛應用于道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應用于體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明，使用時發(fā)出金白色光，具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點。 　　1、電源電壓變化對高壓鈉燈的光、電參數(shù)影響 　　電源電壓的波動必將引起燈泡參數(shù)的變化，如果電源電壓上升將引起燈泡工作電流增大，促使電弧管冷端溫度提高，汞、鈉蒸氣壓增高，工作電壓、燈泡功率隨著增高，造成燈泡壽命大大下降；反之，電源電壓降低，燈光不能正常工作，發(fā)光效率下降，還可能造成燈泡不能啟動或自行熄滅。所以，要求在燈泡使用時，電源電壓的波動不宜過大，一般要求在230V－200V范圍之內變化。 　　2、高壓鈉燈的工作原理 　　當燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產生電弧，由于電弧的高溫作用使管內的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發(fā)射的電在向陽極運動過程中，撞擊放電物質有原子，使其獲得能量產生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基戊無限循環(huán)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產生了光。高壓鈉燈中放電物質蒸氣壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數(shù)頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現(xiàn)其它可見光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優(yōu)于低壓鈉燈。 　　3、高壓鈉燈啟動特性 　　高壓鈉燈啟動后，在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候，燈泡工作電壓很低，電流很大；隨著放電過程的繼續(xù)進行，電弧溫度漸漸上升，汞、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定，當放電管冷端溫度達到穩(wěn)定，放電便趨向穩(wěn)定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常工作狀態(tài)。在正常工作條件下，整個啟動過程約需10分鐘左右。 　　二、照明節(jié)電的可行性 　　1、現(xiàn)有電網供電電壓 　　電力供電系統(tǒng)中，為了避免送電過程中的線路損耗及用電高峰時造成的末端電壓過低，往往都是以較高的電壓傳輸，特別是午夜后用電低谷時，電網電壓更高。路燈設計也是更多地考慮了線路末端燈具的電壓與亮度。而上述高電壓只會帶來燈具的加速損壞及更高的電費支出。同時，電網電壓在用電高峰時（晚上6點～11點），波動較為頻繁，也給燈具的使用壽命帶來較大的影響。 　　2、燈具工作電壓要求 　　氣體放電燈只是在啟動時，需要較高的工作電壓，而點燃后適當降低并穩(wěn)定供電電壓（經長期試驗確定，210V～200V電壓為燈具使用的最佳供電狀態(tài)），既可以保持其正常照度。又能有效地節(jié)電，還能延長燈具的使用壽命。 　　3、人的視覺敏銳度 　　人的眼睛對照度的敏銳度不是線性關系，而是對數(shù)關系。根據視覺與光強的對數(shù)理論，光強降低10％，視覺降低1％。 　　4、氣體放電燈的老化過程 　　所有氣體放電燈在使用前期，其亮度都比設計值（壽命終止時的亮度）高出40％～20％，當燈達到壽命終點時，其亮度正好達到目標設計值。根據這一特點，用照明穩(wěn)壓節(jié)電裝置補償燈的這一老化過程，在保證正常亮度的情況下，可有效地實現(xiàn)節(jié)電效果。 　　5、照度、功耗、壽命與電壓的關系 　　由圖可以看出，當施加在燈兩端的工作電壓由額定值下降至90％時，照度變化并不明顯，只是減少了燈在過電壓情況下產生的眩光，而燈具的功耗卻顯著減小，壽命也會延長很多。 　　6、照明節(jié)電的科學合理性安排 　　綜合上述情況，我們以道路照明節(jié)電控制為例，照明節(jié)電設備根據高壓鈉燈的啟動特性，照明節(jié)電設備應選擇全壓啟動方式為最佳，當高壓鈉燈充分點亮10分鐘后，放電管冷端溫度達到穩(wěn)定，放電便趨向穩(wěn)定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常工作狀態(tài)后，照明節(jié)電設備再以慢斜坡的降壓方式（不會產生任何沖擊電流）調整輸出電壓，對于照明的功能性和安全性，根據道路實際狀況設制比較合理的節(jié)電電壓，上半夜節(jié)電電壓為210V，下半夜節(jié)電電壓為200V。照明節(jié)電設備同時應具有自動編程控制功能，便于用戶可以根據當?shù)氐缆氛彰餍枰?，通過時控電路對照明負載的運行時間和供電電壓進行編程，以最大限度地降低燈具的電耗和溫度。 　　從宏觀上可以節(jié)約能源（煤炭、發(fā)電成本）和保護環(huán)境（廢棄燈具、發(fā)電產生的環(huán)境污染）；微觀上從節(jié)約電費就能直接產生效益，和設備的維護成本（人工成本和燈具成本），以及登高操作的安全系數(shù)。 　　三、照明節(jié)電產品發(fā)展歷程 　　1、照明節(jié)電的原理 　　照明節(jié)電的原理，是按照歐姆定律原理I=U/R，當R不變，I和U是成正比的，降壓的目的就是減小電流，達到節(jié)電的目的。降壓的方式都是通過變壓器來實現(xiàn)的（除采用可控硅移相技術，污染電網，已被供電部門明令禁止使用），諸如節(jié)能線圈、電磁調壓、進口特殊材料，實際上都是變壓器。 　　2、照明節(jié)電設備發(fā)展歷程 　?、倏煽毓柘辔唤菍夹g（產生諧波污染電網，已被國家電力部門明令禁止）； 　　②自耦變壓器多級抽頭降壓技術(由于沒有穩(wěn)壓功能，不能保證安全的照明功能)； 　?、蹮o觸點有級降壓穩(wěn)壓技術（分為交流接觸器和可控硅作為開關應用，有級調壓方式造成浪涌沖擊電流，縮短照明燈具的使用壽命） 　　④有觸點無級調壓穩(wěn)壓技術（需要有成熟的穩(wěn)壓器制造技術） 　?、轃o觸點無級調壓穩(wěn)壓技術（用IGBT、IGBT和變壓器技術在研發(fā)階段的，目前市場上沒有成熟產品,已經面世的此類產品，現(xiàn)場使用情況不佳，故障不斷。） 　　四、上海潘登照明穩(wěn)壓節(jié)電柜的發(fā)展過程 　　1、上海潘登新電源有限公司的行業(yè)背景 　　上海潘登新電源有限公司系上海市高新技術企業(yè)，成立于1994年，長期從事電力穩(wěn)壓器、變壓器、照明穩(wěn)壓節(jié)電柜和電源濾波器的生產，雷電浪涌防護與電源測試儀器的銷售。與世界500強企業(yè)DanaherPowerSolutions公司、具有百年歷史的德國GMC公司的合作，把美國浪涌防護系統(tǒng)和德國高精度電源測試先進技術引入中國，全心全意為用戶解決電源使用中存在的——電壓波動、浪涌、諧波干擾等諸多電源質量問題，讓用戶擁有一個安全優(yōu)質的電源，同時提供技術先進、節(jié)約電能、保護設備的高科技產品。 　　根據“中國綠色照明工程”的要求，公司綜合目前路燈的供電方式和氣體放電燈的工作特點，以在廣大用戶中享有盛譽的本公司專利產品--潘登系列無觸點免維護電力穩(wěn)壓器為基礎，先后開發(fā)生產了三代GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電柜：第一代無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電柜－交流接觸器作為開關；第二代無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電柜－可控硅作為開關；第三代無級照明穩(wěn)壓節(jié)電柜；目前上海潘登在研發(fā)試驗階段的第四代照明節(jié)電產品，采用德國PWM脈寬調制技術的新產品－無觸點無級照明穩(wěn)壓節(jié)電柜，上海潘登已經具有成熟的專利產品－大功率無觸點補償式電力穩(wěn)壓器制造經驗，成熟產品將指日可待。 　　2、上海潘登新電源有限公司以專業(yè)的變壓器和電氣制造經驗，先后研發(fā)的三代照明穩(wěn)壓節(jié)電產品技術特點： 　?、诺谝淮鸁o觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電柜－以交流接觸器作為開關； 　?、频诙鸁o觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電柜－以可控硅作為開關； 　?、堑谌鸁o級照明穩(wěn)壓節(jié)電柜－以成熟的補償式穩(wěn)壓器技術為基礎 　　3、上海潘登三代產品的相同點： 　　1)具有調壓穩(wěn)壓功能，具有穩(wěn)壓功能的照明穩(wěn)壓節(jié)電柜在使用過程中所輸出的電壓始終是設定值，不會隨著電網電壓的波動而產生波動，在電網電壓升高時保證可以達到最大的節(jié)電率；在電網電壓降低時保證不會出現(xiàn)末端熄燈的現(xiàn)象； 　　2)采用補償式調壓方式，特點是由于調壓元器件不在負載電流的主通路，只是接在調壓回路中，通過的電流不大，只有負載電流的幾分之一，甚至十幾分之一，二十幾分之一，所以元器件的余量系數(shù)可從容選擇，工作時發(fā)熱也不厲害，元器件能長期可靠工作；同時設備的容量也可以做得很大（目前已能生產的最大容量為2000KVA）。 　　3)不會產生諧波污染 　　4、上海潘登三代產品的不同點： 　　1)第一代照明穩(wěn)壓節(jié)電柜是有級調壓穩(wěn)壓的方式，以交流接觸器作為開關，響應時間100ms，穩(wěn)壓精度±2％，缺點是在切換過程中燈具有閃斷現(xiàn)象，接觸器表面鍍銀層容易氧化（南方地區(qū)尤其不適合），容量不能做大，大容量存在安全隱患，此類型照明穩(wěn)壓節(jié)電柜目前市場上很多，潘登已經淘汰此產品； 　　2)第二代照明穩(wěn)壓節(jié)電柜也是采用有級調壓穩(wěn)壓的方式，以潘登專利無觸點穩(wěn)壓器為基礎，可控硅作為開關控制，響應時間40ms，在切換過程中燈具無閃爍現(xiàn)象，穩(wěn)壓精度±2％，免維護10萬小時以上（致命原因是影響燈具的使用壽命，因為每次開關的啟動，至少產生24次浪涌，浪涌電壓最低500V，最高1200V不等），型號為GGDZ-B系列，不推薦使用；（但是目前市場上因為某些生產單位的誤導，以無觸點是先進的技術誘導用戶，造成燈具使用壽命大大縮短，當用戶單位明白其中道理后，造成很大的資源浪費） 　　3)第三代照明穩(wěn)壓節(jié)電柜是在照明協(xié)會專家們的支持下，根據燈具的性能要求，研發(fā)出最適應照明燈具的照明穩(wěn)壓節(jié)電柜，采用無級調壓穩(wěn)壓的方式，穩(wěn)壓精度±1－2％，響應速度30V/分鐘，無任何沖擊電流，徹底解決了斬波技術對電網的諧波污染和有級降壓方式對燈具造成沖擊的影響（燈具的閃爍、降低了燈具的壽命、增加維護成本，節(jié)電不節(jié)錢的情況等），潘登主推產品，型號為GGDZ-T系列。 　　五、GGDZ-T系列照明穩(wěn)壓節(jié)電柜的結構和工作原理 　　1、結構 　　GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電柜由補償變壓器、調壓變壓器、采樣電路、主控制電路、時控電路、保護電路等組成。根據照明負載特點和電網電壓的實際情況，實行分相采樣，分相調壓穩(wěn)壓。 　　2、工作原理 　　其工作過程為：照明負載開始工作時，采樣電路獲取當時輸出電壓，經檢測控制電路與基準電壓進行比較判斷，然后輸出控制信號，控制調壓電路進行無極調壓，使補償電路產生大小不同的補償電壓，達到調壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的。同時，檢測控制電路還對保護電路進行控制，萬一節(jié)電柜輸出電壓過、欠壓或補償調壓系統(tǒng)工作不正常時，節(jié)電柜還能自動切換到“旁路”狀態(tài)，轉到市電供電，不會造成照明負載的供電中斷，上海潘登照明穩(wěn)壓節(jié)電柜和市場上無穩(wěn)壓功能照明節(jié)電器的旁路功能，有本質上的區(qū)別。 　　六、對節(jié)電率的正確認識 　　除專業(yè)人士外，一般用戶都是以節(jié)電率數(shù)據來做比較，其實節(jié)電率的大小是由現(xiàn)場變壓器輸出電壓的實際電壓水平，決定節(jié)電率的高與低。 　　節(jié)電前燈具平均工作電壓、節(jié)電后燈具平均工作電壓和燈具類型決定的，可以進行現(xiàn)場實測和計算公式推斷兩種方式，其中現(xiàn)場實測數(shù)據較為準確，計算方式只能做一個大致的參考。如下公式可以估算 　　節(jié)電率=（節(jié)電前燈具平均工作電壓－節(jié)電后燈具平均工作電壓）÷節(jié)電前燈具平均工作電壓×2（★估算系數(shù)）×100％ 　　公式中的估算系數(shù)按照燈具類型系數(shù)也是不同的，如高壓鈉燈、日光燈等估算系數(shù)為2，金屬鹵化燈、節(jié)能燈等估算系數(shù)為1。也就是說，同樣的電壓狀態(tài)，高壓鈉燈等燈具的節(jié)電率比金屬鹵化燈等燈具高1倍。 　　例案：在安裝上海潘登照明穩(wěn)壓節(jié)電柜實際現(xiàn)場應用中，當輸入電壓在230V的狀態(tài)下，通過潘登節(jié)電設備后輸出電壓為200V，按照公式計算（230V－200V）÷230×2×100%＝26.08％，實際測試數(shù)據為24.2%. 　　從以上案例顯示，計算節(jié)電率與實測節(jié)電率之間有差距，沒有考慮線損等問題?？v觀以上分析，給大家做個簡單入門的參考，如需進一步的了解和建議，歡迎大家來電或發(fā)郵件，進行研究和討論。