照明节电的科学合理性分析

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个、电参数的变化，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％ 。[p]

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

气体放电灯的照度、功耗、寿命与电压的关系曲线

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

以路灯控制为例的节电效果图

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，上半夜我们建议为210V输出状态，下半夜建议200V的输出状态。照明节电设备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。

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。）