普通路燈改裝LED路燈的方案探討

煙臺市老干部活動中心　李衛(wèi)方

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普通路燈改裝LED路燈的方案探討

煙臺市老干部活動中心李衛(wèi)方

【摘要】針對目前已大量安裝于廠區(qū)、校區(qū)、居民區(qū)等位置的小型老式照明路燈能耗高、易損、維修難、存在安全隱患的現(xiàn)狀，文中提出了采用保留原供電線路及路燈主體，通過增加LED控制器、更換LED發(fā)光器的方法來解決以上問題。經(jīng)過某活動中心實例驗證表明，此方案切實可行，節(jié)能效果明顯。

【關(guān)鍵詞】照明改造；LED路燈；節(jié)能降耗

1　引言

隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，人類對各種資源的需求量越來越大，地球上各類可開發(fā)利用的資源正在遭受著前所未有的過度開發(fā)，由此帶來的生態(tài)破壞和環(huán)境污染問題越來越嚴重，對于我國來說，人均資源短缺，環(huán)境容量有限，生態(tài)脆弱等問題尤為嚴重，如果這些問題得不到有效解決，它將極大地制約我國經(jīng)濟發(fā)展的空間和可持續(xù)性。在這種嚴峻的形勢下，“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”已成為我國的基本國策，而目前大量存在的高能耗設(shè)備如何處置就成了當務(wù)之急，全部更新既費錢、費力又浪費資源，所以對其進行節(jié)能改造，使其達到節(jié)能要求是唯一出路。文章通過對待改造的路燈線路進行測試，判斷原線路是否具備使用條件；通過對路燈的內(nèi)部構(gòu)造及受力分析得出改造后的路燈是否安全；通過對原路燈的配置分析選取最佳改造方案和實施方案，最后制作出改造前后的節(jié)能降耗效果圖。

2　路燈供電線路檢查及負載變化分析

路燈系統(tǒng)經(jīng)過多年運行后，供電線路的電力輸送質(zhì)量會有所下降，主要表現(xiàn)在線路阻值的升高和絕緣性能的下降這兩方面，所以在路燈改造之初，首先要對供電線路進行全面檢查。

2.1檢查線路電阻數(shù)值

路燈供電一般采用三相四線制并聯(lián)供電，我們首先要斷開配電室里給路燈供電的線路，然后臨時把三根火線與一根中線短接，再把每一個路燈供電線路依次從主供電線路上斷開，只保持主線路連通，然后在最遠端用萬用表分別測量三根火線與中線間的阻值。正常情況下三根火線與中線間的阻值應(yīng)基本相等，并且所測阻值數(shù)應(yīng)與通過計算所得出的阻值數(shù){導體電阻計算公式：R=ρ×L/S，ρ=電阻率，L=長度(米)，S=線載面(㎜2)。銅電線的電阻率：ρ=0.0172；鋁電線的電阻率：ρ=0.0283}相差不大，如果所測阻值符合上述要求，則進行下一步的絕緣檢查，否則，要對有問題的線路從遠端依次向近端檢查，直至找出有問題的線路節(jié)點并加以處理。

2.2檢查線路絕緣阻值

路燈線路電阻阻值檢查符合要求后，斷開火線與中線的短接，保持線路中各點無相互連接，無接地點，然后用兆歐表依次測量各線間絕緣阻值。符合要求的絕緣阻值應(yīng)該不小于0.5MΩ（特別是相線之間及相線對地的絕緣阻值應(yīng)大于0.5MΩ，中線可在0.25MΩ以上即可）。如果所測絕緣阻值達不到以上要求，說明主線路絕緣層老化嚴重或者絕緣層有破損，需根據(jù)實際情況維修線路或更換新線路。

2.3供電線路負載變化分析

供電線路負載變化主要是因為路燈功率變化及線路損耗變化引起的。在同等光照強度及光照范圍條件下，LED光源的功耗大約只有金鹵燈光源功耗的50%，路燈主線路損耗也會降低75%(在電壓不變的情況下，負載功率降低50%，則主線路中的電流也降低50%，根據(jù)公式“損耗功率W=線路電流I的平方×線路電阻”可以計算出線路損耗值)，這不僅有利于節(jié)能降耗目標的實現(xiàn)，而且也消除了因電源線路滿負荷運行而引發(fā)的電源線路發(fā)熱、接觸不良、空開跳閘等故障現(xiàn)象,因此路燈發(fā)光源改造成LED將非常有利于路燈系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

3　路燈燈體結(jié)構(gòu)件檢查及受力變化分析

路燈燈體結(jié)構(gòu)件包括底座、燈桿、燈頭及其他附屬物。結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)包括金屬、玻璃、塑料等。結(jié)構(gòu)件的檢查主要以目測為主，主要檢驗結(jié)構(gòu)件有無腐蝕、變形、破碎等影響外觀和結(jié)構(gòu)受力的現(xiàn)象。大多數(shù)路燈在運行幾年以后都會出處局部構(gòu)件損壞的現(xiàn)象，在路燈改造過程中要對破損件進行維修或更換，使改造后的路燈達到使用條件。

路燈燈體結(jié)構(gòu)件受力變化分析是為了檢驗改造后的路燈主體承力是否滿足安全要求。改造過程中燈體重心和迎風面積可能發(fā)生變化，當燈體重心下移或不變，迎風面積縮少或不變時，路燈燈桿與底座連接的根部所受最大力矩保持不變或有所降低，滿足燈桿原設(shè)計的強度和撓度要求，路燈安全有保障；當燈體重心上移，迎風面積增加時，路燈燈桿與底座連接的根部所受最大力矩有所增加，路燈是否安全需要進行如下驗證：

3.1驗證燈桿強度

確定最大風速度U(12級=36M/S)，求出風壓P＝U2/1.6，計算出迎風面積S燈體=(D+d)*H/2 +S附件+S燈具（其中D為燈桿底部外直徑，d為燈桿頂部外直徑；H為燈桿高度），計算出燈體重心高度Hx＝(2d+D)*H/3(d+D)，得出風壓對路燈燈體扭矩M＝ P×S燈體×Hx（風壓對燈體的扭矩會隨著高度不同而不同，我們在此采用近似計算法，把風壓看作全部作用在燈桿重心處）。燈桿根部的截面抵抗矩：W＝π*(D4-d4)/32D，燈桿根部扭矩允許值：[M]＝ W*[σ] （[σ]為燈桿材料屈服強度），如果[M]>M，則燈桿強度是安全的。

3.2驗證燈桿撓度

把圓錐桿看作直桿近似計算公式為：De＝(d+D)/2；

截面慣性矩：I＝π*[De4-(De-2t)4]/64(t為材料厚度)；

重心處荷載：Q＝M/Hx；

風壓對路燈產(chǎn)生的撓度：Fmax＝ QHx3/3EI（E為彈性模量）；

當燈桿撓度允許值：[Fmax]＝H/40＞Fmax時，燈桿撓度是安全的。

采用馬鈴薯20 g加入1 L超純水煮沸至馬鈴薯完全爛軟，紗布過濾后加入15 g蔗糖，用超純水將培養(yǎng)液補足至1 L，每個三角瓶分裝30 mL,然后121 ℃高壓滅菌15 min備用。打取PDA平板中的菌碟，每個三角瓶中接種10～12個菌碟，將接種好的三角瓶置于30 ℃恒溫搖床中120 r/min搖培，1 d后取出，測量孢子懸浮液中目鏡10倍及物鏡20倍顯微鏡下一個視野的孢子數(shù)。該方法為PS液體培養(yǎng)法。

考慮風速的不均勻系數(shù)，空氣動力系數(shù)，以及風向與燈桿、燈具的夾角等因素，實際危險截面處的應(yīng)力及燈頂?shù)膿隙染纫陨嫌嬎愕慕Y(jié)果低，故經(jīng)過以上驗證后滿足要求的燈桿設(shè)計是安全可靠的。

4　LED光源與傳統(tǒng)光源的參數(shù)對比及功率選擇

目前已安裝使用多年的小型路燈所采用的光源多種多樣，性能各異，下表是LED光源與各種傳統(tǒng)光源的技術(shù)參數(shù)比較：

主要電光源的技術(shù)性能指標

通過對各種光源技術(shù)參數(shù)的綜合比較以及實際使用效果的對照發(fā)現(xiàn)，LED光源的發(fā)光效率較高，顯色性能良好，使用壽命最長，70W的LED可以取代250W的高壓鈉燈，或300W的水銀燈，可以實現(xiàn)節(jié)能70%以上。所以在選擇改造所用的LED光源功率時，可以以現(xiàn)有光源功率的三分之一作為參考標準。

5　路燈改造方案的設(shè)計及實施

本文主要討論小型路燈的改造方案。小型路燈具有燈體高度較矮（一般燈高在3～5米），結(jié)構(gòu)形式多樣化（既有簡單的一體化照明路燈，也有外觀復雜多變的景觀路燈）等特點，所以改造方案要按照原路燈系統(tǒng)的具體配置來設(shè)計。既要考慮原路燈的燈體結(jié)構(gòu)和改造后的美觀度，也要考慮改造成本的控制和現(xiàn)有資源的最大化利用。因此，路燈改造方案的設(shè)計原則是：①不改或少改路燈外觀；②充分利用原路燈線路和安裝結(jié)構(gòu)件（最大限度實現(xiàn)資源再利用）；③充分利用LED產(chǎn)品的多樣性（有紅、黃、藍、綠、白等多種發(fā)光顏色，有各型燈條，不同功率燈珠，各型燈泡等多種產(chǎn)品形式。）來滿足改造需要，必要時需要根據(jù)路燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用LED燈條或燈珠自制發(fā)光體；④考慮節(jié)能環(huán)保因素，實現(xiàn)分時控制（忙時全亮，閑時半亮）。

方案實施過程中，為充分利用資源，我們可采用分步改造法。首先對原路燈進行拆解測試，把仍有利用價值的光源及配件集中起來用來修復部分路燈，使其工作到自然損壞后再進行改造；無法修復的路燈則首先進行改造，并做好改造記錄。由于改造后路燈總功率下降50%以上，所以我們可以充分利用原線路中的三根相線進行分路控制，通過時控器可以很容易實現(xiàn)路燈雙光源甚至三光源的任意開關(guān)控制，這不僅有利于實現(xiàn)節(jié)能降耗，還可以大大延長LED路燈的使用壽命。

路燈改造完成后，可以通過前期耗電量記錄數(shù)據(jù)形成節(jié)能對照表：

6　總結(jié)

按照本方案，某活動中心已完成60路路燈改造，把原路燈120W的金鹵燈頂燈換成30W的LED聚光燈，原40W的桿燈日光燈管2根換成由白色5050LED燈條做成的筒形燈（功率為20w），并對頂燈和桿燈實現(xiàn)分時控制，由經(jīng)緯儀路燈控制器控制頂燈開關(guān)，桿燈則由時間控制器控制為夜間6點～12點亮燈，12點后關(guān)閉，經(jīng)統(tǒng)計實現(xiàn)節(jié)能75%以上。以上成功案例證明本LED路燈改造方案具有可行性，在對老舊路燈改造成LED路燈的過程中具備一定的指導作用。

參考文獻

[1]北京照明學會照明設(shè)計專業(yè)委員會.《照明設(shè)計手冊(第二版)》.中國電力出版社,2006.12.1

李衛(wèi)方（1973—），男，山東萊陽，大學本科，工程師，現(xiàn)供職于煙臺市老干部活動中心。

作者簡介：