室外照明控制分析-专家论著-中国电气网

  　摘 要 文章主要介绍了室外照明控制与节能的关系，室外照明控制的方法与应用以及室外照明主要控制系统。

1 室外照明控制、调光与节能

　　室外照明与人们夜晚的活动及生活质量密切相关。良好的室外照明控制和调光，可以创造美好安全的夜间灯光环境，丰富城乡夜间文化生活，减少交通事故，节约用电，预防突发事件，有着非常显著的经济效益和社会效益。

　　我国曾经推广道路照明半夜灯控制；夜景照明平日、一般节日、重大节日控制；体育照明训练、比赛及运动项目控制，都取得了很好的节能效果。目前，室外照明正朝着调光、集中、无线、远程、数字、智能化的方向发展，即在基本不影响照明场所需求和照明质量的前提下，更加科学合理地监控和管理室外照明。文章以道路、场地照明为例，重点介绍几种室外照明的控制和调光。

2 室外照明控制

2.1 控制对象
（1）控制１０ｋＶ高压照明电源；
（2）控制低压照明电源；
（3）控制灯泡照明电源。

2.2 控制方式
室外照明控制方式如表1所示。

3 室外照明调光

（1）全部照明灯亮灭；
（2）半夜灯（部分照明灯亮灭）等；
（3）稳压调光；
（4）降压调光；

①电抗器调光；
②自耦变压器调光；
③可控硅斩波调光；
④镇流器变功率调光；
（5）限流调光；
（6）智能调光。

4 并联控制

　　在始端箱变设置路灯控制器ＫＺＱ和接触器Ｊ１，在下游箱变并接接触器Ｊ２，Ｊ３．．．．．．。控制始端箱变路灯控制器ＫＺＱ，就可控制下游各箱变的低压照明线路。
并联控制的特点：

（1）可控制较长低压照明线路，其长度受控制线的电压损失限制。照明控制不受下游箱变电源影响；
（2）控制电路负荷小，工作较可靠；
（3）照明系统启闭一致性好；
（4）控制线路能够呈环状线路，增加可靠性；
（5）要增加控制线路的投资；
（6）不能对各段照明线路供电情况进行监视。
道路照明并联控制线路如图1所示。

5 串联控制

　　在始端箱变设置路灯控制器ＫＺＱ，在下游箱变内引入上一级照明线路的一相线和中性线，作为控制下游线路的接触器Ｊｎ门线，形成低压照明线路串联控制。
串联控制的特点：

（1）可控制很长低压照明线路，其长度不受控制线的电压损失限制；
（2）省去一对专用控制线，节约投资；
（3）某箱变故障停电时，下游照明线路无控制电源，下游照明线路灭灯。
（4）不方便进行放射式线路的供电控制，供电范围较小；
（5）能对照明系统末端进行监视。
道路照明串联控制线路如图2所示。

6 半夜灯控制

6.1 半夜灯控制原理
采用光控、定时等方式，在后半夜关掉部分路灯（或其它灯），一般可以节电２０％以上。
图３是某道路照明线路半夜灯隔灯亮灯控制电路图，其亮灯时间见图4。光电控制器接点ｊ１使供电线路在夜晚送电（１８∶00~次日６∶00），白昼断电（６∶00~１８∶00）。定时控制器接点Ｊ２在后半夜（０∶00~５∶00）释放，照明线路隔灯亮灯。Ｊ２接点在凌晨吸合（５∶00），路灯全部点亮（５∶00~６∶00）。

6.2 半夜灯布置原则
（1）半夜灯的亮、灭时间应符合各地具体情况，尽量减小对当地交通和人们生活的影响；
（2）优先保持快车道或车行道的原有照度和均匀度，必要时牺牲慢车道或人行道的照度和均匀度；
（3）合理设计半夜灯，尽量维持照度均匀度。

6.3 半夜灯的常用模式
（1）隔灯灭灯：用于单侧布灯的道路；
（2）交错灭灯：用于对称布灯的道路；
（3）半侧车行道灭灯：用于对称布灯或交错布灯的道路；
（4）人行道灭灯：用于人行道较窄的道路；
（5）双光源慢车道灭灯：用于宽车行道、对称布灯、双光源或双灯头的道路。

6.4 半夜灯前景
半夜灯使得部分路面照度下降，或部分路面的照度均匀度下降，照明舒适度减弱。实行半夜灯，要增加供电回路和投资。国外试验显示：实行半夜灯后，生产和办公效率降低，治安恶化，道路交通事故率上升。半夜灯在国外已被淘汰。

7 稳压调光

　　电压波动（尤其后半夜升压）给室外照明带来的不利影响：被照场地增加并不需要的照度，浪费电能；光源电流增大，寿命缩短。各种调光系统都是在稳压的基础上进行的，稳压也是一种节能方式。

8 降压调光

8.1 降压调光的可行性
电压下降时，灯泡功率减小，光通量也随之减小。实验表明：视觉下降与功率减小并不成比例。有资料介绍：当ＨＩＤ灯电压下降１０％时，人眼几乎感觉不到照度的变化，但这时已经获得约２５％～３０％的节电率。后半夜合理降压，不会明显影响视觉照度，反而会抑制眩光，节电约５５％～６０％。ＨＩＤ灯启动３～５min内，必须满功率工作，否则会出现灯管早期发黑现象，影响使用寿命。这种现象说明：ＨＩＤ灯必须在启动数分钟后（如１０min）才能进行降压调光。

8.2 调光特性
（1）阶梯调光：又叫“步调－水平调光”或“定功率调光”。其特点是照明灯功率呈阶梯状降低，灯光呈阶梯型减弱。调光的功率幅度通常在５０％～１００％之间。低水平阶梯调光可以达到１５％～４０％的光输出和３０％～６０％的功率维持，在调光期内照明灯可节省约４０％ ～７０％的电能。变功率镇流器调光和自耦降压式调光是常用的阶梯调光方式。

城市道路照明、隧道照明、公路照明等适用阶梯调光。道路、隧道等根据每天晚上不同时段有相对稳定的车流密度变化规律，可以把灯光调整到固定的几个照度。
（2）连续调光：平稳、连续地降低灯电压和灯功率，连续减少灯光强度，并且能够稳定在某一特定照度水平。金卤灯进行连续调光，可以节省５０％的光输出；高压钠灯连续调光，能够节省７０％的光输出，并且可保持光源的寿命。
体育场（馆）照明、机场照明、大型厅堂照明适合连续调光，以舒适的方式满足不同时段的灯光要求。城市道路照明、公路照明、隧道照明等也应逐步实行连续调光，提高照明质量和舒适性。智能照明控制是理想的连续调光方式。

8.3 降压调光系统
（1）电抗器调光：在高压供电系统加入高压电抗器，降低道路照明高低压供电系统的电压，达到路灯降压减光的目的。这种方式最简便，不需要另设控制线路，但要增加高压电抗器投资。
（2）自耦变压器调光：一般有三个固定抽头，分别降压10Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ。能做到电压正弦波输出，不能实现电压的自动精确控制，只能固定降低电压，不能升压和稳压，不能实现连续调光。市场已经出现自耦连续降压式调光调控装置。自耦降压调光产品节电原理如图5所示。
（3）可控硅斩波型调光控制装置：通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，斩去一部分正弦波，降低输出电压平均值。可实时精确控制输出电压，满足照明用电的最佳值，但电压无法实现正弦波输出，有严重谐波污染，因此，只能适应感性灯负载，不适应电容补偿电路，而且无法适应使用电子镇流器的光源，应逐步被淘汰。可控硅斩波形调光产品节电原理图如图6所示。智能调光控制产品节电原理见图7。

9 室外照明智能控制系统

9.1 控制原理
室外智能照明控制就是在不同时间和不同环境（经纬度、光照等），利用计算机技术对照明系统直至每套照明灯的光照度进行精确设置和管理。智能照明控制是在充分利用自然光的基础上进行的。

室外照明智能控制系统设控制中心，以箱式变电站为控制节点，对各照明模块化结构线路开关的闭合、电流、电压、功率因数等进行无线（或有线）监控，也可通过电力载波等对每个路灯节点进行监控。

9.2 产品类型
（1）夜景照明监控系统；
（2）路灯监控系统；
（3）隧道照明监控系统；
（4）户外广告监控系统等。
控制原理如图8所示。

9.3 优点
（1）节能效果显著：在充分利用自然光的情况下点燃照明灯。对不同时间、不同环境的光照度预先进行精确的设置与管理。在满足场所照度需求和照明质量的前提下，对照明灯进行调光控制，达到节能的目的，一般可节电３０％以上。

（2）智能照明控制形式多样化

①端子控制节能运行模式；
②时间控制节能运行模式；
③通讯控制节能运行模式。
可按现场实际情况，通过天文钟、智能探头或内部编程、远程计算机遥控，实现时控、光控、程控等多种智能化控制，并可根据不同时段、不同灯具、不同亮度要求，每相独立调节。

（3）智能调光，保持照度的一致性：智能调光系统按照预先设置的标准亮度使照明区域保持恒定的照度，而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减等的影响。

（4）延长光源寿命：后半夜，用电负荷减少，网络电压升高，光源容易烧毁。智能照明控制可以实现自动稳压调压、软启动、慢谐波、抑制浪涌，有效降低电流冲击，延长光源寿命２～４倍。减少３０％～５０％的照明运行、维护成本。

（5）实现多种照明形式和照明效果：道路照明、隧道照明等要实行半夜灯等多种照明形式；景观照明、广告照明、舞台照明等要实现多种照明效果。可以用智能照明控制来达到预期的照明目标。

（6）稳定最佳工作电压：根据用户现场的实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，将其稳定在±２％以内。克服了后半夜电压升高的通病，创造美好的灯光环境。

（7）实用可靠：每相可独立调节，可操作性强，可以承受三相１００％的不平衡负载，且保证单相故障不影响其它两相的正常运行。同一个装置可以带不同类型的光源负载，还可以独立调节每相的输出电压。

调控装置控制部分不含交流接触器，保证高可靠性和低功耗。
调控装置采用手动和自动双旁路系统，以保证照明设备不断电，可正常安全运行。
可选配ＧＰＲＳ（移动通信）或ＣＤＭＡ（联通）等系统实施无线监控，通过显示、声音等信号监测设备运行，实施故障报警，及时采取保护措施。

（8）管理维护方便：集中管理，减少人员浪费。可以实现“三遥”监控，不需现场巡视。

（9）理想的经济回报：从节能、减少灯泡维修费用等考虑，几年时间就可以收回智能照明控制设备的投资费用。
10 ＨＩＤ灯的控制、调光方式和适用场所
HID灯的控制、调光方式和适用场所见表2。