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淺談城市照明有功和無(wú)功節(jié)能技術(shù)

作者: 時(shí)間:2008-03-07 來(lái)源: 收藏
在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的進(jìn)程中,城市照明領(lǐng)域節(jié)能降耗不僅勢(shì)在必行,且大有潛力可挖。目前對(duì)在用照明系統(tǒng)的節(jié)能改造較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用方式是加裝節(jié)能設(shè)備,其應(yīng)用的主要有有功和無(wú)功兩類。
    
一、有功
    
有功節(jié)能技術(shù) 大致分為三種,即:可控硅斬波技術(shù)、自耦降壓式調(diào)控技術(shù)和微電腦智能控制技術(shù)。
    
可控硅斬波技術(shù)。其原理是通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角,將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬?cái)嘁徊糠?,從而降低輸出電壓的平均值,達(dá)到調(diào)壓節(jié)電的目的。這種節(jié)能調(diào)控設(shè)備對(duì)照明系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精確控制輸出的電壓,滿足照明用電的最佳值,且調(diào)節(jié)電壓的速度快,精度高,可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整,有穩(wěn)壓作用,而且采用的電子元件相對(duì)來(lái)說(shuō)體積小、設(shè)備輕、成本低。
    
但該調(diào)控方式存在致命缺陷,由于斬波電壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出,還會(huì)出現(xiàn)大量諧波,對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染的危害極大,因此不宜用在有電容補(bǔ)償?shù)碾娐分小L貏e是大功率可控硅斬波型節(jié)電設(shè)備自身存在諧波污染的缺陷,不僅縮短電力電容器的使用壽命而且增大變壓器的銅耗、鐵耗,減少變壓器的實(shí)際使用容量,增加無(wú)功損耗,浪費(fèi)電能,嚴(yán)重時(shí)還使電器設(shè)備過(guò)熱,造成開(kāi)關(guān)、接觸器等電器設(shè)備的誤動(dòng)作或其它危害,目前,在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已有明文規(guī)定限制諧波含量超標(biāo)的電器設(shè)備并入網(wǎng)使用。
    
自耦降壓式調(diào)控技術(shù)。其原理是通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯,根據(jù)輸入電壓高低情況,連接不同的固定變壓器抽頭,將電網(wǎng)電壓降5、10、15、20V等幾個(gè)檔,以達(dá)到降壓節(jié)電的目的,同時(shí)克服可控硅斬波型設(shè)備產(chǎn)生諧波的缺陷,實(shí)現(xiàn)電壓的正弦波輸出。這種節(jié)電設(shè)施只能固定降電壓,不能升壓和穩(wěn)壓,不能實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)精確控制。特別當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),調(diào)控裝置的輸出電壓也會(huì)上下波動(dòng),致使照明設(shè)施的工作電壓處在不穩(wěn)定的狀態(tài),無(wú)法達(dá)到對(duì)電光源的保護(hù)作用。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí),節(jié)電率不是最佳狀態(tài),而電網(wǎng)降低時(shí),可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象,造成光源無(wú)法正常點(diǎn)亮,反而降低光源壽命,這是這類節(jié)電設(shè)施的缺陷所在。
    微電腦控制技術(shù)。其原理是使用微電腦控制技術(shù),系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號(hào),與最佳照明電壓進(jìn)行比較,通過(guò)計(jì)算自動(dòng)調(diào)節(jié),從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。
    
它的技術(shù)特點(diǎn)是:1.采用微電腦技術(shù)和高可靠性的軟件和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程智能化。2.針對(duì)電網(wǎng)電壓偏高和波動(dòng)現(xiàn)象,實(shí)時(shí)對(duì)在線電源動(dòng)態(tài)跟蹤,對(duì)電流連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)控輸出最佳照明電壓和功率,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作電壓,減小工作電流,提高電力質(zhì)量,節(jié)約照明用電。3.多時(shí)段節(jié)能運(yùn)行??筛鶕?jù)用戶的實(shí)際照明需求,通過(guò)程序多時(shí)段節(jié)能電壓設(shè)置,滿足用戶對(duì)不同光源、不同時(shí)間的需求,實(shí)現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。4.實(shí)現(xiàn)光源的軟啟動(dòng)和慢斜波控制過(guò)程。由于采用低壓軟啟動(dòng)進(jìn)行充分預(yù)熱,能減少啟動(dòng)電流的沖擊,有效提高光源的壽命。在調(diào)壓、穩(wěn)壓過(guò)程中,智能調(diào)控裝置采用慢斜波方式,讓電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)緩慢過(guò)渡,保證光源不受電壓、電流的沖擊,降低對(duì)電光源損壞,延長(zhǎng)使用壽命。5.實(shí)現(xiàn)正弦波輸出,對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染,對(duì)浪涌電壓沖擊時(shí)及耐瞬時(shí)大負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)。這類照明節(jié)電技術(shù)的實(shí)施成本雖然略高于前兩種,但由于能實(shí)現(xiàn)智能照明調(diào)控,有效保護(hù)電光源,降低電能消耗,節(jié)能效果明顯,所以經(jīng)濟(jì)性和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前兩種有功節(jié)能技術(shù),是目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)比較成熟的照明節(jié)電技術(shù)。
   
二、無(wú)功節(jié)能技術(shù)
    
無(wú)功功率同有功功率一樣,是保證電能質(zhì)量不可分割的一部分。用電系統(tǒng)應(yīng)該保證無(wú)功功率的平衡,否則將會(huì)引起線路損耗增大,電壓降低,功率因數(shù)下降,甚至造成設(shè)備損壞。在道路照明中,無(wú)功損耗帶來(lái)的利率電費(fèi)和附加電費(fèi)(無(wú)功損耗罰款)約占全部電費(fèi)的20%。由此可見(jiàn),增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,提高網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù),對(duì)電網(wǎng)的降損、節(jié)電以及設(shè)備的安全運(yùn)行具有極為重要的作用。
    
目前在道路照明中,采用無(wú)功節(jié)能技術(shù)有三種:電容器單燈補(bǔ)償、早期的電容器集中補(bǔ)償和微電腦智能型集中補(bǔ)償。
    
電容器單燈補(bǔ)償技術(shù)。它是在單燈燈具中安裝電容器,分散補(bǔ)償,達(dá)到提高功率因數(shù)的目的,對(duì)于一條路甚至幾條路的路燈設(shè)施具有較好的補(bǔ)償效果。但是對(duì)于不同的供電臺(tái)區(qū),由于遍布路、街、巷、小區(qū)等的燈具類型不同,光源種類不同,特別是多數(shù)站區(qū)安裝不同瓦數(shù)的光源,于是整個(gè)站臺(tái)供電系統(tǒng)功率因數(shù)就無(wú)法達(dá)到指標(biāo)要求。此外,電容器開(kāi)路損壞不易檢測(cè),難于維護(hù),長(zhǎng)期運(yùn)行勢(shì)必提高整個(gè)供電站臺(tái)的無(wú)功功率損耗,降低供電效率,造成電能浪費(fèi),這是目前道路照明領(lǐng)域普遍存在的狀況。
    
早期的電容器集中補(bǔ)償技術(shù)。其特點(diǎn)是,采用機(jī)械式接觸器控制電容器投切方式,具有集中補(bǔ)償、自動(dòng)調(diào)控?zé)o功功率的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是,觸電電流大,有涌流產(chǎn)生,易燒毀觸點(diǎn),縮短接觸器、電容器使用壽命,而且轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng),易造成補(bǔ)償滯后,不適應(yīng)三相不平衡負(fù)荷。該技術(shù)是九十年代初期的標(biāo)準(zhǔn),屬于淘汰型技術(shù),目前已經(jīng)很少采用。
    
微電腦智能性集中補(bǔ)償技術(shù)。采用單機(jī)或DSP芯片以及大規(guī)模集中電路作控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊,能自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)無(wú)功功率變化,快速采樣、運(yùn)算并發(fā)出投切信號(hào)。開(kāi)關(guān)模塊采用大功率晶閘管實(shí)現(xiàn)電容器組的零電壓投入和零電流切除,無(wú)浪涌電流沖擊、無(wú)火花和諧波干擾。該技術(shù)作為新一代的集中補(bǔ)償技術(shù),目前已被廣泛應(yīng)用。
    
其主要技術(shù)特點(diǎn):1.實(shí)現(xiàn)控制模塊的數(shù)字化和智能化,確??刂凭冗\(yùn)行的可靠性;2.全自動(dòng)分相、分段自動(dòng)按需補(bǔ)償;3.物理量取樣可為無(wú)功電流相角差等綜合量,改善電網(wǎng)功率因數(shù),降低總電流,使負(fù)荷功率因數(shù)控制在0.95—0.99;4.可根據(jù)三相無(wú)功功率的電流具體情況,選擇單項(xiàng)分別進(jìn)行補(bǔ)償,不產(chǎn)生涌流沖擊;5.采用無(wú)觸電開(kāi)關(guān),切提速度快,整機(jī)使用壽命長(zhǎng);6.可靈活設(shè)定過(guò)壓、欠壓、欠流延時(shí)等參數(shù),具有完善的越限報(bào)警和過(guò)壓、欠壓、缺相、缺零、諧波、越限保護(hù)縮閉功能,保證系統(tǒng)安全運(yùn)行;7.采用“自愈式”電容器,具有使用壽命長(zhǎng)、可靠性強(qiáng)、溫升小、無(wú)需專門(mén)散熱裝置的優(yōu)點(diǎn);8.具有數(shù)據(jù)采集功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。此外,采用集中補(bǔ)償技術(shù),原有的單燈補(bǔ)償裝置對(duì)路燈系統(tǒng)并不構(gòu)成影響,而能更好發(fā)揮集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合的作用,具有很好的補(bǔ)償和節(jié)能效果。
    
總之,有功節(jié)能技術(shù)和無(wú)功節(jié)能技術(shù)各有優(yōu)勢(shì),應(yīng)該根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)和路燈設(shè)施狀況進(jìn)行綜合分析選擇。筆者認(rèn)為:有功節(jié)能技術(shù)宜采用微電腦控制技術(shù),無(wú)功節(jié)能技術(shù)宜采用電容單燈補(bǔ)償技術(shù)。


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