浅谈照明稳压节电的科学合理性

    目前整个照明节电行业处于良莠不齐、产品宣传是雾里看花，而且针对这种现状，上海潘登新电源有限公司以科学的态度，针对照明灯具的特性，分析照明节电的合理性，用通俗易懂的道理，帮助大家认识照明节电的科学性，并引领照明节电行业走向健康规范的发展道路。

    一、 照明灯具的特性

    照明灯具大多采用气体放电灯，是由气体、金属蒸汽或几种气体与金属蒸汽的混合放电而发光的灯。气体放电灯可分为：低气压放电灯和高强度气体放电灯。低气压放电灯包括荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯；高强度气体放电灯包括荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯。我们所要针对的照明节电，是以高强度气体放电灯为主的节电市场，其中高压钠灯广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明，使用时发出金白色光，具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。

    1、 电源电压变化对高压钠灯的光、电参数影响

    电源电压的波动必将引起灯泡参数的变化，如果电源电压上升将引起灯泡工作电流增大，促使电弧管冷端温度提高，汞、钠蒸气压增高，工作电压、灯泡功率随着增高，造成灯泡寿命大大下降；反之，电源电压降低，灯光不能正常工作，发光效率下降，还可能造成灯泡不能启动或自行熄灭。所以，要求在灯泡使用时，电源电压的波动不宜过大，一般要求在230V－200V范围之内变化。

    2、高压钠灯的工作原理 

    当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。

    3、高压钠灯启动特性 

    高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电。这时候，灯泡工作电压很低，电流很大；随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐上升，汞、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态。在正常工作条件下，整个启动过程约需 10 分钟左右。

    二、 照明节电的可行性

    1、现有电网供电电压

    电力供电系统中，为了避免送电过程中的线路损耗及用电高峰时造成的末端电压过低，往往都是以较高的电压传输，特别是午夜后用电低谷时，电网电压更高。路灯设计也是更多地考虑了线路末端灯具的电压与亮度。而上述高电压只会带来灯具的加速损坏及更高的电费支出。同时，电网电压在用电高峰时（晚上6点～11点），波动较为频繁，也给灯具的使用寿命带来较大的影响。

    2、灯具工作电压要求

    气体放电灯只是在启动时，需要较高的工作电压，而点燃后适当降低并稳定供电电压（经长期试验确定，210V～200V电压为灯具使用的最佳供电状态），既可以保持其正常照度。又能有效地节电，还能延长灯具的使用寿命。

    3、人的视觉敏锐度

    人的眼睛对照度的敏锐度不是线性关系，而是对数关系。根据视觉与光强的对数理论，光强降低10％，视觉降低1％ 。

    4、气体放电灯的老化过程

    所有气体放电灯在使用前期，其亮度都比设计值 （寿命终止时的亮度）高出40％～20％，当灯达到寿命终点时，其亮度正好达到目标设计值。根据这一特点，用照明稳压节电装置补偿灯的这一老化过程，在保证正常亮度的情况下，可有效地实现节电效果。

    5、照度、功耗、寿命与电压的关系

    由图可以看出，当施加在灯两端的工作电压由额定值下降至90％时，照度变化并不明显，只是减少了灯在过电压情况下产生的眩光，而灯具的功耗却显著减小，寿命也会延长很多。

    6、照明节电的科学合理性安排

    综合上述情况，我们以道路照明节电控制为例，照明节电设备根据高压钠灯的启动特性，照明节电设备应选择全压启动方式为最佳，当高压钠灯充分点亮10分钟后，放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态后，照明节电设备再以慢斜坡的降压方式（不会产生任何冲击电流）调整输出电压，对于照明的功能性和安全性，根据道路实际状况设制比较合理的节电电压，上半夜节电电压为210V，下半夜节电电压为200V。照明节电设备同时应具有自动编程控制功能，便于用户可以根据当地道路照明需要，通过时控电路对照明负载的运行时间和供电电压进行编程，以最大限度地降低灯具的电耗和温度。

    从宏观上可以节约能源（煤炭、发电成本）和保护环境（废弃灯具、发电产生的环境污染）；微观上从节约电费就能直接产生效益，和设备的维护成本（人工成本和灯具成本），以及登高操作的安全系数。

    三、 照明节电产品发展历程

    1、照明节电的原理

    照明节电的原理，是按照欧姆定律原理I=U/R，当R不变，I和U是成正比的，降压的目的就是减小电流，达到节电的目的。降压的方式都是通过变压器来实现的（除采用可控硅移相技术，污染电网，已被供电部门明令禁止使用），诸如节能线圈、电磁调压、进口特殊材料，实际上都是变压器。

    2、照明节电设备发展历程

    ① 可控硅相位角导通技术（产生谐波污染电网，已被国家电力部门明令禁止）；

    ② 自耦变压器多级抽头降压技术(由于没有稳压功能，不能保证安全的照明功能)；

    ③ 无触点有级降压稳压技术（分为交流接触器和可控硅作为开关应用，有级调压方式造成浪涌冲击电流，缩短照明灯具的使用寿命）

    ④ 有触点无级调压稳压技术（需要有成熟的稳压器制造技术）

    ⑤ 无触点无级调压稳压技术（用IGBT、IGBT和变压器技术在研发阶段的，目前市场上没有成熟产品, 已经面世的此类产品，现场使用情况不佳，故障不断。）

    四、 上海潘登照明稳压节电柜的发展过程

    1、上海潘登新电源有限公司的行业背景

    上海潘登新电源有限公司系上海市高新技术企业，成立于1994年，长期从事电力稳压器、变压器、照明稳压节电柜和电源滤波器的生产，雷电浪涌防护与电源测试仪器的销售。与世界500强企业Danaher Power Solutions公司、具有百年历史的德国GMC公司的合作，把美国浪涌防护系统和德国高精度电源测试先进技术引入中国，全心全意为用户解决电源使用中存在的——电压波动、浪涌、谐波干扰等诸多电源质量问题，让用户拥有一个安全优质的电源，同时提供技术先进、节约电能、保护设备的高科技产品。 

    根据“中国绿色照明工程” 的要求，公司综合目前路灯的供电方式和气体放电灯的工作特点，以在广大用户中享有盛誉的本公司专利产品--潘登系列无触点免维护电力稳压器为基础，先后开发生产了三代GGDZ照明稳压节电柜：第一代无触点照明稳压节电柜－交流接触器作为开关；第二代无触点照明稳压节电柜－可控硅作为开关；第三代无级照明稳压节电柜；目前上海潘登在研发试验阶段的第四代照明节电产品，采用德国PWM脉宽调制技术的新产品－无触点无级照明稳压节电柜，上海潘登已经具有成熟的专利产品－大功率无触点补偿式电力稳压器制造经验，成熟产品将指日可待。

    2、上海潘登新电源有限公司以专业的变压器和电气制造经验，先后研发的三代照明稳压节电产品技术特点：

    ⑴ 第一代无触点照明稳压节电柜－以交流接触器作为开关；

    ⑵ 第二代无触点照明稳压节电柜－以可控硅作为开关；

    ⑶ 第三代无级照明稳压节电柜－以成熟的补偿式稳压器技术为基础

    3、上海潘登三代产品的相同点：

    1) 具有调压稳压功能，具有稳压功能的照明稳压节电柜在使用过程中所输出的电压始终是设定值，不会随着电网电压的波动而产生波动，在电网电压升高时保证可以达到最大的节电率；在电网电压降低时保证不会出现末端熄灯的现象；

    2) 采用补偿式调压方式，特点是由于调压元器件不在负载电流的主通路，只是接在调压回路中，通过的电流不大，只有负载电流的几分之一，甚至十几分之一，二十几分之一，所以元器件的余量系数可从容选择，工作时发热也不厉害，元器件能长期可靠工作；同时设备的容量也可以做得很大（目前已能生产的最大容量为2000KVA）。

    3) 不会产生谐波污染

    4、上海潘登三代产品的不同点：

    1) 第一代照明稳压节电柜是有级调压稳压的方式，以交流接触器作为开关，响应时间100ms，稳压精度±2％，缺点是在切换过程中灯具有闪断现象，接触器表面镀银层容易氧化（南方地区尤其不适合），容量不能做大，大容量存在安全隐患，此类型照明稳压节电柜目前市场上很多，潘登已经淘汰此产品；

    2) 第二代照明稳压节电柜也是采用有级调压稳压的方式，以潘登专利无触点稳压器为基础，可控硅作为开关控制，响应时间40ms，在切换过程中灯具无闪烁现象，稳压精度±2％，免维护10万小时以上（致命原因是影响灯具的使用寿命，因为每次开关的启动，至少产生24次浪涌，浪涌电压最低500V，最高1200V不等），型号为GGDZ-B系列，不推荐使用；（但是目前市场上因为某些生产单位的误导，以无触点是先进的技术诱导用户，造成灯具使用寿命大大缩短，当用户单位明白其中道理后，造成很大的资源浪费）

    3) 第三代照明稳压节电柜是在照明协会专家们的支持下，根据灯具的性能要求，研发出最适应照明灯具的照明稳压节电柜 ，采用无级调压稳压的方式，稳压精度±1－2％，响应速度30V/分钟，无任何冲击电流，彻底解决了斩波技术对电网的谐波污染和有级降压方式对灯具造成冲击的影响（灯具的闪烁、降低了灯具的寿命、增加维护成本，节电不节钱的情况等），潘登主推产品，型号为GGDZ-T系列。

    五、 GGDZ-T系列照明稳压节电柜的结构和工作原理

    1、结构

    GGDZ照明稳压节电柜由补偿变压器、调压变压器、采样电路、主控制电路、时控电路、保护电路等组成。根据照明负载特点和电网电压的实际情况，实行分相采样，分相调压稳压。

    2、工作原理

    其工作过程为：照明负载开始工作时，采样电路获取当时输出电压，经检测控制电路与基准电压进行比较判断，然后输出控制信号，控制调压电路进行无极调压，使补偿电路产生大小不同的补偿电压，达到调压和稳定输出电压的目的。同时，检测控制电路还对保护电路进行控制，万一节电柜输出电压过、欠压或补偿调压系统工作不正常时，节电柜还能自动切换到“旁路”状态，转到市电供电，不会造成照明负载的供电中断，上海潘登照明稳压节电柜和市场上无稳压功能照明节电器的旁路功能，有本质上的区别。

    六 、 对节电率的正确认识

    除专业人士外，一般用户都是以节电率数据来做比较，其实节电率的大小是由现场变压器输出电压的实际电压水平，决定节电率的高与低。

    节电前灯具平均工作电压、节电后灯具平均工作电压和灯具类型决定的，可以进行现场实测和计算公式推断两种方式，其中现场实测数据较为准确，计算方式只能做一个大致的参考。如下公式可以估算

    节电率 =（节电前灯具平均工作电压 － 节电后灯具平均工作电压）÷节电前灯具平均工作电压 ×2（★估算系数）× 100％

    公式中的估算系数按照灯具类型系数也是不同的，如高压钠灯、日光灯等估算系数为2，金属卤化灯、节能灯等估算系数为1。也就是说，同样的电压状态，高压钠灯等灯具的节电率比金属卤化灯等灯具高1倍。

    例案：在安装上海潘登照明稳压节电柜实际现场应用中，当输入电压在230V的状态下，通过潘登节电设备后输出电压为200V，按照公式计算（230V－200V）÷230×2×100%＝26.08％，实际测试数据为24.2%.

    从以上案例显示，计算节电率与实测节电率之间有差距，没有考虑线损等问题。 纵观以上分析，给大家做个简单入门的参考，如需进一步的了解和建议，欢迎大家来电或发邮件，进行研究和讨论。<