分析智能照明调控装置的节能技术及应用

日期:2020-08-13 22:33:47 作者:guest 浏览: 查看评论 加入收藏

  引言

  建设部、国家发改委[2004]204号文《关于加强城市照明管理,促进节约用电工作的意见》中第二条第3款提出“新建和改建照明项目必须采用科学的照明设计方法,推广采用高效照明电器产品和节能控制技术。”依据此精神,目前国内市场上出现了很多种类的照明节能装置。其中应用最为广泛的是以补偿变压器式交流稳压装置为核心的智能照明调控系统。它的主要原理是根据气体放电灯在允许降压范围内照度下降并不显著的特点,对灯具适度的降压使用从而节能的目的。下面笔者就对这种照明调控装置的原理以及对其在路灯设计中的应用实例进行简单分析。

  1.补偿变压器式交流稳压装置的原理

  图1补偿式无触点照明调控原理图

  图2补偿式电源的等效电路

  图1为补偿变压器式交流稳压节能装置的原理图,图2是其等效电路图。它的主要原理是在主回路中串联一套变压器线圈,用它所产生的电势与主电源叠加从而改变输出电压值。补偿变压器的初级绕组由电子功率部件与多抽头变压器的各抽头连接,电子功率部件担负二个任务:1.按微电脑的指令通、断与头的连接。2.按微电脑的指令细分电压———即调节导通程度,改变叠加电压的幅值,以增加电压级数和每级的精度。如每级抽头为5V,在5V范围内,我们可以再把它分为1V/挡5级。由于调节电压是靠改变电子部件的导通程度来实现的,电压的相位等参数并没有改变,所以调节后不会改变输出电压的波形。

  图2中输入电源端联结在抽头的中间位置,当电子功率部件接通上面抽头,补偿变压器输出一个与电源反向的电势U+,抵消掉电源U+电压值,总输出相对电源来说为降压,反之为升压。电源允许波动范围设定为:184-244V,则输入相电压范围系数:

  KSL=(UL-UB)/UB=184-220/220=-16%;

  KSH=(UH-UB)/UB=244-220/220=11%

  式中:KSL—低端稳压范围系数;KSH—高端稳压范围系数;UH—允许最高相电压;UL—允许最低相电压;UB—标称电压

  由上式得到稳压器适应的稳压范围系数为-16%—11%。稳压器在输出电压220V时,输入电压可降压36V,升压24V,调节范围共60V。同理在节能电压输出时(190V)输入相电压范围系数:

  KSL=(UL-UB)/UB=184-190/190=-3%;

  KSH=(UH-UB)/UB=244-190/190=29%

  稳压器适应的稳压范围系数为-3%—29%。稳压器在输出电压190V时,输入电压可降压5V,升压55V,调节范围共60V。输出精度:

  SU=(UH-UL)/UB(N+1)=(244-184)/220(9+1)=±2.7%。式中:N—变压器抽头数,这里N=9。

  当采样输入电压超过设定值时,微电脑立即指令电子功率部件进行无触点过零切换到合适的抽头处,以保证输出电压稳定在标称电压的±2%—3%(5V)之内。

  2.补偿变压器式交流稳压装置在照明上的应用

  有了上述的交流调压装置,就具备了使照明灯具工作在最佳状态和满足人们对照明节能要求的基础。

  图3按时段运行曲线示意图

  图3是根据不同时段灯具工作在最佳状态和满足人们对照明大幅度节能的要求而编制的运行曲线。按顺序依次为:软启动→稳压→降压节能→稳压。各时段的说明如下:

  t0-t1:从200V开始软启动。这个电压持续2分30秒,可以消除40%的灯具启动浪涌。

  t1-t2:以慢斜坡方式升到220V。这个过程历时5分钟。

  t2-t3:额定电压运行。

  t3-t4:发出节能指令,以慢斜坡方式降到节能电压。这个过程历时10分钟。依据灯具不同节能电压有所不同,汞蒸气灯MV在200V左右;高压钠灯HPSV在190V左右(保证末端灯具MV电压190V,HPSV电压180V)。

  t4-t5:节能电压运行。时间可根据各地情况,如上海地区一般设定在23点至5点。

  t5-t6:解除节能命令。以慢斜坡方式升到220V,这个过程历时10分钟。

  t6-t7:额定电压运行。黎明前光线更暗,车流又多起来。恢复到较明亮的光线。灯具的开和关控制可以根据日照曲线且选用天文钟、光控开关、PLC、遥控装置等很成熟的常用方法来实现。

  3.智能照明调控系统

  照明稳压节能装置与低压配电一起组成完整的智能照明调控系统。共计由三部分组成:1.开关灯及节能时间控制部分2.主回路保护和控制部分3.紧急和维修旁路部分。图4是目前智能照明调控系统的典型原理图,PLC,光控,或手动使KM1、KM3吸合,接通照明回路,调控装置开始按图3的t1-t3曲线段工作。到PLC或其它接点给调控装置中的“节能端子”一个短接信号,调控装置按图3的t3-t5曲线段工作直到该短接信号撤离,此时再按图3的t5-t7曲线段工作直到PLC、光控或手动使KM1、KM3关断失电为止。一个循环结束。维修时KM1、KM3打开,KM2接通调控装置旁路,电源直接送到输出端。

  图4照明调控系统原理图

  4.智能照明调控装置的节能实例分析

  我们设1公里有100盏路灯,每盏灯400W,平均综合投资(包括箱变、灯杆、电缆等)按1.5万元计,则每公里综合投资150万元。原来用于控制开关的配电箱为1.5万元,现改用智能照明调控装置(该装置已包含原来配电箱的所有功能)为7.5万元,成本增加了6万元,在总投资额中约占4%的比例。100盏400W灯的总负荷为40kw,设平时电压高于额定电压10%(常规电压都偏高,但在允许范围内)功率便升高21%;每天开灯12小时;电费为0.6元/度,而道路照明维修费一般是总电费的30%,则计算结果如下:

  一年电费:40kw×12小时×365天×1.21×0.6=127195元

  维修费:127195×30%=38158元

  综合费用:127195+38158=165353元

  安装智能照明调控装置后因后半夜的道路交通流量很少可采取降压运行,节能时电压下降16%,功率下降30%,则计算结果如下:

  一年电费:(40kw×4小时×365天×0.6)+(40kw×8小时×0.7×365天×0.6)=84096元

  维修费:84096×30%=25228元

  综合费用:84056+25228=109284元

  节约费用:165353元-109284元=56068元

  节约比率:56068÷165353=34%

  由此可见1-2年便可回收投资。而这种节能装置的使用寿命一般在15年左右,因此业主可从中获益13年以上。

  结束语

  通过上文的原理分析和实例计算,可以看出这种智能照明调控装置的节能效果还是非常明显的,特别适用于长距离的路灯照明。此外它还能自动的调节电压,有效的防止了电压波动对灯具寿命的影响。其缺点是对气体放电灯节能效果最好,对其它照明灯具效果并不显著。

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