市政路灯电气系统的设计及应用浅析

文/ 赵峰 聊城市市政设施养护所 山东聊城 252000

【摘要】随着我国城市化进程的加快，城市照明对于电能的消耗越来越大，尤其是一些城市单纯的追求大面积、高亮度的城市照明，不仅使城市布局出现不合理的现象，还使得城市照明耗费大量的电能，造成城市供电紧张的情况进一步加剧。本文主要对市政路灯电气系统的设计及应用进行分析研究。

【关键词】市政路灯；电气系统；设计应用

1、智能太阳能路灯系统设计分析

当前随着我国城市化建设进程的加速以及城市基建设施建设的加快，城市对照明产品的市场需求逐渐扩大。在能源紧张的大背景下，传统照明设备耗能巨大，且存在巨大的能源浪费，还影响城市生态环境，这明显不符合我国能源利用的发展方向，同时也极大的限制了照明设备的利用效率。而太阳能路灯的出现，有效的弥补了上述不足。

1.1 系统功能概述

（1）光照强度追踪

要让太阳能电池板能够面对光线最强的那一个方向，系统必须在所处的环境中寻找到最强光源方向。使用单片机读取传感器阵列上的32个光敏传感器数值，并且使用校正算法进行校正后，找到光线最强的方向，确定太阳能电池板需要面向的方向。

（2）充电及充电控制

太阳能电池只有在有光照的环境下才能产生电力，把这些能量收集起来，在需要的时候来使用它，也就是夜间的路灯照明。太阳能电池板在阴天以及其他非阳光直射环境下，也是能够产生一定的电流和电压的，有时能满足充电条条件，有时则不能。如果满足条件而没有充电，会导致充电效率低下，浪费太阳能资源。反之如果不满足条件时打开了充电电路，反而会造成电流倒流，太阳能电池板变为用电设备，导致太阳能电池板发热或者烧毁。所以必须让系统监控太阳能电池板产生的电压值和光敏传感器的读数，只有条件满足时才可以打开电路充电。

（3）人机交互

简单的交互系统利于故障时的判断和检修，在一个简单的液晶显示屏上显示出光照强度读数、太阳能电池板电压、系统运行状态等系统信息，可以让安装和维护人员快速的进行安装实施和故障排除。

1.2 硬件系统设计

（1）光线感应系统设计

在室外环境，太阳能电池板所能利用的光线的所有方向大概是一个半球形，所以组建一个半球形传感器阵列就可以监测到整个环境中的有效光线的光照强度情况。

将一个半球形物体以经纬线的划分为多个区域，每个区域对应一个光线的入射区域，在每个区域中心打孔安装光敏传感器，监测对应区域的光线强度我们就能够知道哪片区域是光线强度最大的，如果需要更高的精度，则进行更加精细的划分，安装更多传感器即可，对于智能路灯来说，32个传感器已经完全满足其精度需求。

（2）太阳能电池板随动系统设计

太阳能电池板需要灵活准确的对准光线最强的位置，除了需要水平方向的转动，还要能够调整和控制垂直方向的仰角，使用多个舵机组成可在纵向180°横向360°范围内随意控制太阳能电池板方向的云台。

（3）充电系统设计

太阳能电池板产生的电压和电流并不一定时刻满足充电所需的条件，必须通过单片机进行判断，当满足条件时，才进行充电。为了能够使充电效率更好，并使充电能够持续和稳定的进行，使用一个稳压模块，让太阳能电池板的可接受电压在一个更为宽广的范围，阴天光照强度小的时候进行升压，光线较为强烈的时候则相应降低电压。

2、电子镇流器节能技术的应用

在照明工程中，镇流器是不可缺少的重要成员，它的发展也越来越受到更多人的关注。如在道路照明上对新路主要是采用性价比高的灯具、光源，老路运用新的节能产品改造。所以采用节能型镇流器是一种不错的路灯节能策略。高压钠灯电子镇流器相比较传统电感镇流器具有优越的节能性能。以250W为例，首先是功耗低、光照度强、恒功率输出。电子镇流器自身功耗只有12W，而电感镇流器自身功耗约为40W。在相同光照度的情况下，电子镇流器输入功率为283．5W，而传统的电感镇流器为315W，相差节省30W。另外，电压升高后使用电子镇流器节能效果更明显，因为电子镇流器有恒定输出功率，电压在170V～260V之间，输出功率始终为250W，而电感镇流器在后半夜约6h的时间内基本上工作在320W。电子镇流器还具备功率自动调节功能，对于路灯来讲，在后半夜路上无人的情况下，电子镇流器可把钠灯的功率降至150W，从而有效降低用电量。电子镇流器功率因数为0．98，而电感镇流器不加补偿电容约为0.4，加上补偿电容只有0.7～0.8，钠灯在电子镇流器的控制下工作功率为250W，而在电感镇流器控制下的功率约为320W，其视在功率分别为:255VA和400VA，相差145VA，即改为电子镇流器单只钠灯需要的流量比使用电感镇流器多145VA。这样，在建设初期，可以降低变压器的容量及电缆的线径，从而大大节省投资成本；在扩建时，可以不必要增加变压器。

由于电子镇流器具有一天即亮、宽频工作电压、抗干扰等特点，从而延长了灯泡的使用寿命。按换灯率 87%计算，一年大约更换一支钠灯，而使用电子镇流器后3年～5年才需更换一支，一年一盏路灯最少可节省一只灯管。一支路灯一年需更换一次钠灯管，其人工费用远高于一只钠灯的成本价，而使用电感镇流器后，一年之内无需更换钠灯，完全可节省此项费用。在钠灯启动时，电子镇流器启动电流为0.35A，电感镇流器为4A～5A，而正常工作时灯电流却为1．2A，这样使用电感镇流器的钠灯，启动时的电流是正常工作时的3倍～4倍，而使用电子镇流器后，变压器的容量及电缆的线径均可显著减少，大大节省基础建设的投资成本。电子镇流器的额定工作频率为35kHz～45kHz，远比市电的50Hz高，因此采用电子镇流器驱动的高压钠灯显色性好，无频闪。

结语：

我国现阶段电力需求过大，电能消耗早已供不应求，节约电能一直是我国节能减排的重要举措，所以在选用高效节能的路灯时应该多做调查再结合实际情况来选用一些相关的节能型产品，既可以起到它应有的作用又可以保证高效节能。

参考文献：

[1]张兴，杜少武，黄海宏.电力电子技术[M].北京：科学出版社，2010.

[2]GB/T2423.2-2009，电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温[S].