建筑電氣安全檢測試驗臺照明子系統的設計與實現

申 莉 / 汪 蘇 / 王亞慧 / 任 紅

1.北京建筑大學電信學院 北京 100044

2.北京市建筑設計研究院有限公司 北京 100037

1 引言

近年來隨著城市化的高速發展，一座座高層建筑拔地而起，我國建筑電氣發展迅速，技術要求也越來越高，對建筑電氣的可靠性、功能的齊全性要求也越來越高。建筑電氣正朝著智能化的方向發展，而建筑的可靠性和功能性必然是以科學技術為背景來實現的。同時建筑的智能化也使得建筑物中經常會受到一些不可避免的因素的影響，從而使整個系統出現多種故障，給生產帶來極大的損失。因此，筆者提出了建筑電氣安全檢測，意在將模擬的建筑電氣試驗平臺的檢測技術應用于實際的工程中。

2 建筑電氣概述

建筑電氣的概念可分為廣義概念和狹義概念：

廣義概念：以建筑為平臺，以電氣技術為平臺手段，在有限空間內，為創造人性化生活環境的一門應用學科。

狹義概念：在建筑中，利用現代先進的科學理論及電氣技術，創造一個人性化生活環境的電氣系統，統稱建筑電氣[1]。

3 電氣安全檢測

如今建筑電氣安全檢測技術在國外的研究已很成熟，而在我國還處于萌芽階段。在建筑電氣試驗平臺中，檢測內容主要包括：(1)電氣系統的線路阻抗；(2)電氣系統的絕緣電阻；(3)電氣系統的接地電阻；(4)電氣系統連續性電阻。

4 實驗部分

4.1 MA2067試驗臺

該實驗是以德國進口的建筑電氣測試平臺MA2067為實驗對象，對該試驗箱進行民用建筑中電氣設備的模擬，通過撥動開關S1-S22來設置故障，模擬了實際建筑電氣系統中的電動機、洗衣機、 供暖、弱電保護電路等故障。

該實驗臺主要由弱電系統、強電系統、防雷系統和接地電阻系統組成。其中，強電系統又分為單相和三相系(TN,TT,IT)；弱電部分又包括弱電保護板和故障設置板兩部分[1～3]。另外設計了新的試驗臺并成功進行了安裝。圖1為原實驗臺示例圖。

圖1 MA2067試驗臺

表1 新試驗箱故障值

在測量故障過程中使用的是德國美翠公司生產的Eurotest 61557測試儀，表1是使用Eurotest 61557測試儀測量新試驗箱故障值。

為了彌補進口試驗箱無照明測試系統的不足，筆者自行設計并實現了照明子系統。本文就此加以詳細介紹。

4.2 建筑電氣實驗平臺照明子系統

4.2.1 照明子系統簡介

照明的出現給人類帶來了極大的方便，沒有照明，人類許多夜間活動都將無法進行，照明給人類的生活、生產和日常各類活動提供了方便，為人類的生存與發展打下了堅實的基礎。

在照明子系統中筆者選擇了四種經常使用的燈具，分別為節能燈、熒光燈1、熒光燈2、金屬鹵燈。選擇四種常用燈具的目的是通過比較燈具的照度與亮度，選擇一種最節能的燈具，使系統達到節能的目的。另外，選擇不同的燈具組合發亮，每個燈具能單獨調節亮度，方便儀器進行測量。在選擇燈具的過程中，由于試驗臺的尺寸是100cm×60cm，面積比較小，所以只能選擇體積較小的燈具。

4.2.2 照明工程中常用的測試參數及儀器儀表

照明工程中經常測量的參數有顯色性、光通量、發光強度、亮度、照度等。

在本實驗中，使用的測量儀器是Multinorm MI 6201便攜式多功能手持式儀表，該儀器可以連接各種探頭，我們使用的測量探頭是B型照度探頭A1092和B型亮度探頭A1132，最后應用Sensor LINK來進行照度與亮度的仿真。其中，Multinorm MI 6201儀器前面板有13個鍵及一個160×160點陣的圖形顯示器。

4.2.3 設計原理圖

由于條件限制，本實驗中照明設計部分不能采用智能照明控制系統，只能通過預先設計好的電路，按照想要實現的功能組合來完成。調光只能通過普通的調光器針對普通的光源進行調節。進而進行照明參數的測量，最終的目的是要通過設置建筑照明的故障，將其應用于實際工程中[11]。

圖2 照明系統原理圖

圖3 智能調光系統

圖4 智能開關控制系統

目前已經設計了兩種原理圖，圖2是手動控制電路，圖3是智能控制電路中的調光系統，圖4是智能開關控制系統。如圖1～3所示，一組開關的四個控制器分別控制三個串聯的熒光燈1、三個串聯的節能燈、三個串聯的金鹵燈和三個串聯的熒光燈2，另一組開關的四個控制器分別控制一個熒光燈1、一個節能燈、一個金鹵燈和一個熒光燈2，實現了不同的開關控制不同組合的燈。

4.2.4 實驗過程

圖5 所有燈都亮

圖6 每種燈具的一個燈具單獨作用時

在測量過程中，需要確保各測量儀器的清潔，以確保各儀器工作的穩定性，另外在實驗室條件下測量時，盡量確保溫度在25℃左右；并分了五種情況測量參數，分別為實驗室全遮蔽、打開實驗室的門、點亮室內的每種燈、關燈但陽關射入、開燈并讓陽光射入。此外，因為試驗臺面積有限，每種燈具的距離相對比較近，每個燈受到外界的影響比較大，所以，在測量過程中還考慮到了某個燈亮時，相鄰一定距離的燈具發光時對該燈具的影響；然后控制時間，測量單位時間內各參量隨時間的變化值。在實驗中測量了照度與亮度在五種情況下的參數值。

在測量照度與亮度過程中使用的是B型照度探頭A1092和B型亮度探頭A1132，直接將探頭插入MI6201的一端，然后點擊開始按鈕，將測量儀器置于距離燈具約0.8m的位置即可測量。

4.2.5 設計效果圖

圖5顯示了當所有燈具都發光時的效果圖，圖6顯示了當每種燈具的一個燈發光時的效果圖。

圖7 實驗室全封閉時熒光燈1隨著時間變化的照度值

圖8 實驗室開燈有入射光時熒光燈1隨著時間變化的照度值

表2 實驗結果

圖9 實驗室全封閉時熒光燈1隨著時間變化的亮度值

4.2.6 實驗結果

在測量過程中，測量距離是80cm，測量時間是55s，測量間隔時間為5s，表2中的測量結果選取的是這段時間內的平均值，測量結果如表2所示。

4.2.7 仿真結果

在本實驗中，所使用的仿真軟件是SensorLink PR,另外選取了兩種情況下的照度值與亮度值的比較，分別為實驗室全封閉時與關燈有入射光時熒光燈1的照度與亮度的仿真結果，如圖7～10所示，分別表明了隨著時間的變化照度與亮度在各個時間段的最大值、最小值、平均值與當前值的變化情況，由顯示結果可知，外界環境的改變對照度值與亮度值的影響比較大。如圖7與圖8表示的是照度值的比較，圖9與圖10是亮度值的比較。

4 結束語

從測量結果可以看出：(1)在點亮室內燈具，關燈有入射光、開燈有入射光三種情況下，其照度與亮度值變化不大，即在有入射光存在的情況下，開燈與關燈對照度與亮度值幾乎無任何影響。而在晚上點亮室內燈具時，晚上室內燈具發出的光與白天的入射光的照度與亮度值相抵消。(2)實驗室全遮蔽與實驗室開門兩種情況下其照度與亮度值無太大差別，說明外界的通風對照度與亮度無太大影響。(3)由(1)和(2)可得，外界光源的作用，對照度的影響比較大，對亮度有影響，但幅度不大。此外，照度值與亮度值在一定范圍內是成正比的。(4)相比較可知，具有相同功率的燈具中，熒光燈的亮度是最大的，所以是四種燈具中節能型最好的。

在后續試驗中，筆者將通過多Agent算法分析故障，進而避免或減少照明系統中不必要的損失，然后在試驗臺上添加電流電壓傳感器，使該試驗臺能夠測量電流和電壓，最后對模擬的建筑電氣系統進行故障診斷，進而將其應用于實際的建筑系統中，使實際系統中的故障達到智能診斷的目的，減少不必要的人工的浪費。

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