照明灯具的种类及其特点-专家论著-中国建筑电气网

摘　要
文章介绍了照明灯具的种类、特点及其对保护与控制电路的要求。
众所周知，电气照明灯具有灯光稳定、易于控制、便于调节、使用安全经济等优点，已成为现代人工照明中应用最为广泛的照明产品。照明用电量约占工业总用电量的１５％，在建筑中，照明用电则占到总用电量的４０％。照明质量的好坏（照明的稳定性和运行连续性）取决于供电质量。因此，照明系统的电源是很重要的。
为帮助设计人员更好地选择相应的电路保护元件，设计出高质量，高可靠性的照明供电系统，在此简单介绍一下不同种类照明灯具的技术特点，以便设计人员根据不同灯具的特点选择相应的控制和保护元件。
１　照明灯具的分类及其特点
电光源按照其发光原理可分为热辐射光源和气体放电光源两大类。
白炽灯：白炽灯是历史最悠久的灯，应用极为广泛。它的发光原理基于真空或中性气体中的灯丝通过电流加热到白炽状态引起的热辐射发光现象。它的优点是结构简单、价格低廉、使用方便、显色性好；缺点是发热大、发光效率较低、使用寿命较短。应特别注意，如果电源电压增加５％，灯的寿命将缩短５０％。
１．１ 普通白炽灯
灯泡中有钨丝并充有惰性气体。
１．２ 卤钨灯
在白炽灯灯泡中充入含有卤族元素（碘化物）的惰性气体，利用卤钨循环原理来提高灯的发光效率和使用寿命。但其耐震性较差，应注意防震。
１．３ 荧光灯
这个荧光灯家族包括普通日光灯和紧凑型荧光灯。它的原理是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励灯管内壁涂覆的荧光粉，使之发出大量的可见光。
１．４ 普通荧光灯
优点是发光效率要比白炽灯高得多，在使用寿命方面也优于白炽灯；缺点是荧光灯的显色性较差（光谱是断续的）特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，应采取措施消除频闪效应。
另外，荧光灯需要启辉器和镇流器，使用比较复杂。
１．５ 紧凑型荧光灯
发光原理与普通荧光灯相同，启辉器和镇流器功能是由内置于灯中的电子线路提供的灯的体积大大减小。
紧凑型荧光灯可逐步替代白炽灯：其节电率高，１５Ｗ的紧凑型荧光灯亮度与７５Ｗ的白炽灯相当寿命长，平均寿命８０００小时，最长达２００００小时，白炽灯只有１０００小时～２０００小时。
标准的紧凑型荧光灯启动时间较长，如果启动次数频繁，会大大缩短其使用寿命。如果启动次数增加３倍，其寿命将会缩短５０％。感应型或无电极型荧光灯则能瞬时启动，并且开关次数不会影响其使用寿命（可长达１０００００小时）。
１．６ 放电灯
通过两电极放电使密封在灯泡内的气体发光，所有此类灯需加装镇流器限制电弧。
发射光谱与气体的成分和气压有关（气压越高，光谱成分越好）。
这个家族包括低压钠灯、高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯等。
１．７ 发光二极管（ＬＥＤ）
发光二极管（ＬＥＤ）的发光原理是利用电流流过半导体时发出的光线。ＬＥＤ应用领域广泛，最新的白或蓝高光效二极管主要用于信号指示（如：交通灯、出口指示或应急照明）。
一个发光二极管（ＬＥＤ）平均消耗的电流只有２０ｍＡ，根据颜色的不同，电压降在１．７Ｖ～４．６Ｖ之间。这些特性适用于低压电源供电，特别是电池供电的场合。如电源为市电需使用整流器将电源变换为发光二极管所需电源。
发光二极管功耗低，可在极低的温度下工作，所以使用寿命特别长。需要高亮度照明的地方需很多发光二极管串联使用。
当然，还有很多特殊应用场合使用的灯具，在此就不一一介绍了。
２ 各种灯的技术特性和使用范围比较
２．１ 主要技术特性
３　不同灯具的电源介绍
３．１ 标准白炽灯和卤钨灯
（１）直接启动，卤钨灯比标准白炽灯光聚度高；
（２）在启动瞬间，由于冷灯丝的电阻小，启动冲击电流峰值较大；
（３）功率因数为１；
（４）额定电流计算公式：Ｉｎ＝Ｐｎ／Ｕ
３．２ 荧光灯
（１）串联一个镇流器（电感）限制电弧的强度
（２）需使用启辉器，其作用为预热灯丝，产生瞬间高电压启动灯管；
（３）启辉器动作时（大约１秒），灯从电源吸收的电流约为额定电流的两倍；
（４）功率因数较低：铁芯镇流器无功率因数补偿电容时Ｃｏｓφ＝０．６；铁芯镇流器带功率因数补偿电容时Ｃｏｓφ＝０．８６；电子镇流器Ｃｏｓφ＝０．９６；
（５）额定电流计算公式：Ｉｎ＝（Ｐｂａｌｌａｓｔ＋Ｐｎ）／ＵＸＣｏｓφ
注：Ｐｂａｌｌａｓｔ为镇流器损耗功率
（６）电子镇流器的优点是：通过高频化提高灯效率，可以瞬间点灯，无频闪，无噪音，自身功耗小，体积小，重量轻，可以实现调光等。
３．３ 放电灯
（１）启动时间长，约为４分钟～１５分钟；
（２）启动电流大，约为额定电流的１倍～２倍；
（３）其它特点与荧光灯相似，具体数据可参照灯具厂商的说明书。
４　供电回路设计注意事项
４．１ 灯具的实际吸收电流
设计时应首先考虑灯具的实际吸收电流，否则由于大电流通过会引起过载保护装置的频繁跳闸。
进行电流计算时要考虑所有功耗元件，尤其是荧光灯类负载，不要忘记考虑镇流器的功率。
对荧光灯类负载，若无特别注明，铁芯镇流器的功率应按灯具的２５％考虑；电子镇流器的功率应按灯具的５％～１０％考虑。
对白炽灯类负载，应注意电源电压为灯具额定电压的１０％，电流也相应增大。
过电流保护的整定值应综合考虑回路的功率与功率因数。
４．２ 启动时的过电流
照明回路的控制和保护元件有继电器、可控硅开关、远控开关、接触器和断路器等。启动电流峰值与电源变压器的功率、电缆的长度、灯具的数量有关，瞬间的启动电流峰值会造成电磁式保护元件的触点熔焊，或使半导体固态开关损坏。
限制控制和保护元件所控制灯的个数，向制造商查询详细的技术要求。
表４所示为１６Ａ的控制和保护元件所能控制的荧光灯的个数。
４．３ 中性线过载
由于带电子镇流器的荧光灯和电子类设备的大量使用，３次和３次整数倍的谐波会导致中性线过载。
ＩＥＣ６０３６４章５２３－５－３中规定：如果电路中的谐波分量超过１０％，中性导体的截面积不应小于相线的截面积。另外，有必要提供带中性线保护的４极断路器（不能用于ＴＮ－Ｃ系统中），并且相线和中性线应同时分断。
４．４ 对地泄漏电流
由于电子镇流器对地分布电容引起的漏电流会引起保护装置的跳闸。因此，可使用抗此类泄漏电流干扰的剩余电流保护装置（可向施耐德电气公司查询）。
４．５ 过电压
照明回路启动时会有瞬时的过电流，过电流过后会引起电网电压的波动。电网电压的波动会影响敏感性负载（微机、温度控制器等）的正确运行。应将敏感性负载的电源与照明回路分开。
４．６ 高频干扰
高频发射、传导和辐射会干扰敏感性系统的运行。设计安装时应注意灯与镇流器应近距离安装。
当然，在实际应用过程中还有其它应注意的事项，在此不再赘述。
５　结束语
随着绿色照明概念的提出，新型的节能灯具不断出现。智能化工厂和住宅要求有既安全、舒适又方便的照明控制与管理。施耐德电气公司推出了一系列产品来满足用户的需求如抗干扰的Ｃ６５系列漏电保护断路器、远程控制元件、时间管理元件等。相信随着科技的发展，未来的照明控制与管理将实现网络化、智能化以及节能环保。
参考文献
１ Ｊ．Ｓｃｈｏｎｅｋ Ｍ．Ｖｅｒｎａｙ．《Ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｓ》