浅谈路灯节能系统
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摘要：本文从工程设计出发，分析了多种路灯系统节能途经和方式。
关键词： 道路照明 节能 照度 电容补偿
Abstract: This article analyzed energy-saving via and the way of variety street lighting system from the engineering design.
Key words: road lighting; energy conservation; illumination; capacitance compensation
中图分类号：TE08 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-0020-02
社会经济和城市建设的快速发展，对城市道路照明提出了更高的要求。随着道路照明的规模及数量越来越大，其能耗所占比重逐年增加，耗电量及其可观，因此道路照明节电以成为不容忽视的问题。最近建设部颁发了《“十一五”城市绿色照明规划纲要》，明确要求“以2005年底为基数，年城市照明节电目标5%，5年(2006～2010年)累计节电25%”。为达到这一目标可以从路灯的配电系统、控制方式、灯具配件等方面加以控制。
本文从设计的角度，就如何以更加合理的方式来实现道路照明系统的节能谈谈个人的一些看法。
照度的选择
选择最佳的照度是我们在设计工作中最先考虑的方面。首先要为所设计的道路选择合适的照度值；其次是采用适当的计算及设计方式通过对路灯的布置、光源的选择达到合适的照度。在设计中应杜绝为体现所谓的“形象工程”、“面子工程”尔盲目的提高照度标准的现象出现。
根据2007年7月1日实施的《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006，并参照同行业有关资料以及本人在设计过程中的实际经验将照度标准进一步细分（见表1），建议按照表1标准以及道路所在城市的性质和规模、交通信号的完善程度、道路与周边环境分隔状况在表中高档值与低挡值之间选取照度。
表1：
照度确定以后可按照以下三种方式进行照度计算：①利用系数法,该方法计算粗糙，且无法确定均匀度。②手工逐点计算法计,该方法算精度虽高，但需要收集大量的灯具资料，计算工作量也很大。③软件计算法，该方法快速方便地确定灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量，实现合适的照度，避免或减少路灯系统设计的盲目性。根据本人的实际使用经验，建议使用德国专业照明设计软件DIALux进行照度的选择及演算，该软件囊括了国内外大多数灯具生产厂家的产品信息，能够快速进行照度计算、灯具布置、光源选择等，是比较理想的设计软件。
光源的选择
选择高效率的光源有利于减少照明电能的消耗。我国目前普遍采用的路灯照明灯具以高压钠灯和金卤灯等气体放电灯为主，高压汞灯由于光效偏低、显色较差在现代道路照明中已经很少采用。高压钠灯的光效一般为8 O～1301m／w，显色指数30,色温2000K；金卤灯的光效一般为67～110Im／w，显色指数65．色温5000K。根据高压钠灯和金卤灯的区别，在道路照明设计中，高压钠灯是首选方案，因为在相同的电功率下，高压钠灯光能量要比金卤灯高40％左右，且钠灯的透雾性能比较好；而在同样照度标准的道路照明要求下，金卤灯光源的电耗则多于高压钠灯。LED光源的出现则是照明领域的又一个重大技术创新，具有节约能源、污染少、光指向性好、寿命长、低电压、反应快的特点。在同样亮度下，LED灯的耗电量仅为普通白炽灯的1／10，而其寿命却可延长100倍，特别符合绿色照明的理念和要求。在交通灯、屏幕显示、城市景观照明、汽车灯等领域的应用市场的带动下，LED的应用目前已经呈现出燎原之势。但是由于技术的原因，LED和传统照明光源在成本和发光效率等方面还有一段不小的差距,在道路照明领域的应用上，目前还面临不少的困难。但是根据美国次世代照明计划(NGl)预期，到2010年LED发光效率可达120流明／瓦，到2020年则可达200流明／瓦，成本降为1％，寿命增为10倍。LED光源在道路照明方面的应用，必将是大势所趋。
电器附件的选择
单灯电容补偿
路灯采用的光源，基本是气体放电灯，其功率因数相当低，一般在0.45以下，从而使回路电流大，在线路上产生的损耗相当可观。新的《城市道路照明设计标准》中，要求气体放电灯线路的功率因数应不小于0.85。笔者认为，由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧，由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长，道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用单灯分散补偿，无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗，将起到较好的节电效果。电容量与路灯常用光源---高压钠灯的配套建议按表2选择，补偿后单灯功率因数将不小于0.85。
表2：
环形电感镇流器
采用气体放电灯的路灯照明系统中，除光源自身的功耗外，与气体放电灯配套的电感镇流器也要消耗一部分电能。电感镇流器的工作效率高低、节能与否，对路灯照明系统的电力消耗有一定的影响。相对于传统的电感镇流器而言，环形电感镇流器，由于其采用圆环形铁芯和线圈，使环形铁芯卷片的几何形状与磁力线回路和曲线更加适应，磁路分布更趋合理，进一步改善了磁通，降低了铁损，减少了总的电力消耗。可广泛适用于高压钠灯、汞灯和金属卤化物灯。应当注意的是，这种方式仅仅是减少了镇流器的损耗，对路灯系统电耗中占主要比例的光源的电耗并没有减少。钠灯用环形电感镇流器与传统型电感镇流器电能损耗比较详表3。
表3：
供电电源的选择
对于供电线路的能耗，要求在道路照明的初始设计中，必须合理地设计供电点和供电线路的长度，保证线路中电压损失符合要求，同时尽量地减少线路的电能损耗。
控制方式的选择
半夜灯控制
通过后半夜关闭半数光源的方式节电，效果直接而且显著，节电运行时段节电达50%，总体约在30%左右。但是 “亮一隔一”或“亮一隔二”照明方式不仅减小照度，同时区别于不同的灯杆布置方式，照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降，对、行人安全、对维护治安产生不利。并且在新的《城市道路照明设计标准》中明确指出在关闭不超过半数的灯具时，不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具。另外，这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯供电电缆，也增加了建设投资。
因此，对于不同的路灯布置方式，谨慎采用关闭半数光源的方式。
常规灯杆布灯时，往往采用车道侧单光源灯具。灯杆布置有单侧布置、交错布置、对称布置。
①单侧布置时，若选用这一方式，则后半夜车道明暗悬殊，照度均匀度远低于道路照明设计标准的要求。如某路灯工程：路灯为单侧布置，采用半夜灯的控制方式，前半夜全亮时均匀度高达0.53，采用”亮一隔一”后均匀度则下降至0.07。因此我们不应顾此失彼，单侧布灯时,不宜推广关闭半数光源的方式。
②交错布置、对称布置时，采用这一方式，虽然均匀度稍差，但若选择配光合适的灯具，均匀度还是可以达到或略低于道路照明设计标准的要求。工程实践中，可根据车道宽度、道路交通量、周边人流量等，有选择性的使用这种方式。
③在照度要求高、机动车道较宽的快速路、主干路上，常规路灯布置时，可考虑采用车道侧同杆双光源灯具方案，两个光源可等功率或不等功率。采用这种布灯方案时，上半夜两个光源全亮，后半夜关闭其中一个光源。这种方式，对照度均匀度基本没有影响，单侧布置、交错布置、对称布置时，均可采用这一方案。
智能光源降压一稳压一调光技术
智能光源降压一稳压一调光技术，是将装置安装在路灯配电回路的起端，在前半夜控制路灯回路为全压，接近午夜时分，开始降低回路电压，在后半夜车稀人少时，进一步降低电压。其节电原理有两点，第一是高压钠灯的亮灯维持电压低于220V，降低回路电压光源不会熄灭；第二是由于后半夜电网用户少，负荷低，电网电压高于220V，而过压将额外消耗部分电能，采用该装置则避免了这部分的浪费。根据工程实践，它的节电效果在15％左右。采用这种装置，不仅节约了电能，不影响照度均匀度，而且能够避免光源过压运行，延长了路灯寿命。
需要注意的是，这种方式是对配电回路降压，回路内所有灯具都将在低电压运行，对下述应予注意：
随着使用时间的增加，光源端电压及电流等电气参数发生变化，同时光源本身质量上又具有离散性，降电压运行时就可能出现同一回路中一些灯具灭灯的现象。
路灯配电回路供电半径长达800米，随灯具与供电端距离的增加，电压逐渐下降，若线路设计不当，有可能出现远端电压不能满足光源所需正常维持电压。
路灯系统中往往会外接公交站台广告灯箱、电话亭照明，而这些照明由于功率小，一般采用直管型荧光灯、紧凑型荧光灯，低于正常工频电压时，这些光源不能正常工作。
回路中接有电动升降式高杆灯时，由于电动装置为感性起动特性，起动电流大，与这种装置过载电气特性不匹配。
综上所述，道路照明节能涵盖的内容是多方面的，既有对道路照明设计的环节：又有路灯控制方式和间接损耗等方面新技术的应用；还包括新光源的研究创新等，是一个系统性的复合工程。通过新技术的研究和推进，道路照明节能工程，在新的世纪里必将有更大的发展。
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