本系統充分(fēn)利用現代化計算機技術、通訊技術對日益快速發展的城市路燈實現自動化監控和智能化的科學管理，是集節能、監控、防盜于一(yī)體(tǐ)的系統。下(xià)面将介紹本系統的構成及主要功能。
2.1路燈照明引入節電的意義
現代城市道路照明在整體(tǐ)城市的亮燈工(gōng)程中(zhōng)占據着舉足輕重的地位，設計時，道路照明的數量和質量，良好的誘導性，投資(zī)低，耗電少，即既要經濟，又(yòu)要節能，運行安全可靠，技術的先進性等等方面的高水準，一(yī)切都代表着現代城市的文明和文明城市的現代化。
由于城市化的進程日益加快，路燈照明的用電量也在不斷上升，國家二次能源---電力能源在能源終端的消費(fèi)比例也在快速上升。随着國民經濟的持續、快速增長，電力吃緊的局面并未得到根本的改變。同時，另一(yī)方面，又(yòu)存在着大(dà)量電力浪費(fèi)的現象，據“MICROENERGY（NZ）LTD”2001年對中(zhōng)國電力消費(fèi)的調研年報指出：在對中(zhōng)國2000年各省的《統計年鑒》、中(zhōng)國統計網和中(zhōng)國能源協會等的耗電信息分(fēn)析後得出結論----中(zhōng)國大(dà)陸節電市場份額每年高達3000億元人民币，換句話(huà)說，即每年存在着3000億元人民币的電力浪費(fèi)。爲此，國家政府自1995年來相繼頒布了《中(zhōng)華人民共和國電力法》、《中(zhōng)華人民共和國環境保護法》、1997年人大(dà)通過的《中(zhōng)華人民共和國節約能源法》、《重點單位用電管理辦法》及國家經貿委與國家發展計劃委員(yuán)會頒發的《節約用電管理辦法》等等重要法律、法規和指導性政策，特别強調了節能的重大(dà)意義及必要措施。
2.2路燈照明節電的技術分(fēn)析
根據國家經貿委和國家發展計劃委頒發的《節約用電管理辦法》第十七條的第（六）項推廣高頻(pín)可控矽調壓裝置和節能型變壓器。對于燈光照明系統的節電，它首先是屬于公共系統的用電，如果用可控矽控制的節能裝置，勢必會引來諧波問題；應用節能型變壓器，相對而言，它具有明顯的優勢，即本身不産生(shēng)諧波，無諧波幹擾的問題，且具有抗電磁波幹擾的特點。目前，國際上比較通用的節電方法也是采用控制晶閘管導通角的移相調壓技術和電磁電壓技術進行節電的方法，其節電效果比較明顯，也已被廣泛證實爲行之有效的節電手段。當然還有電容補償、瞬間濾波等技術的節電方法，但有功節電的效果并不十分(fēn)顯著。
根據節能型變壓器延伸而研制的節電主機，其理論核心就是傳統的DVR（電網電壓調節技術），由70年以來開(kāi)始流行。當時的電網電壓調節技術是針對供電線路系統級的調整方案。供電部門爲緩解用電高峰的用電問題，往往采取整條線路進行調整電壓的方法，以降低電能整體(tǐ)消耗，滿足更多用電客戶的需求。但是這樣做往往又(yòu)使線路末端用戶的電壓太低而不能滿足用戶的設備正常工(gōng)作要求。随着DVR技術的不斷研究以及現代微電子技術的快速發展，其節能型變壓器被賦于新的内容，其本身的材質和物(wù)理消耗得到大(dà)大(dà)的改進、同時借助現代電子技術，使其智能化運用水平得到不斷的提升，進而發展具有專業節電功能和性能的智能化節電管理系統，其DVR技術的運用也被賦予全新的含義，即實現用戶級的電壓智能化調節，且不必發更多的成本去(qù)改造原先設計的電力線路，同時還達到系統的擴容目的。這種節電技術原理簡單，既經濟，又(yòu)安全可靠，無諧波，具有較好的節能效果。
2.3節電基本原理
本系統節電原理是将供電系統的輸入電壓予以優化，采用DVR（電網電壓調節）AC—AC直接變換技術調整剩餘電壓，使饋送給燈光負載的電壓爲最适宜值，達到既實現節電又(yòu)保證照明要求雙重目的。它的主機是采用優質的電磁材料進行特殊設計的高效率單卷鐵磁繞組，實現用最小(xiǎo)的主機容量控制比自身大(dà)10倍以上負載容量的目的，與常規變壓器比較，其體(tǐ)積和重量降低1/3—1/4。
根據電工(gōng)基本原理P=V2/R，設燈光上施加的電壓爲V，燈光的阻抗（爲簡單比喻起見）設爲阻性的電阻R，那麽它在電壓V下(xià)所消耗的功率爲P，若适當降低電壓到V1值，則這時消耗的功率P1将随電壓的平方關系下(xià)降。而P1小(xiǎo)于原有電壓V時所消耗的功率P，其有功節電率可表示爲：
ε%=（1-V12/V2）×100%
隻要電壓下(xià)降的幅度小(xiǎo)于額定電壓的10%，則對絕大(dà)部分(fēn)電器設備均可無妨礙地使用。
這類節電主機的最大(dà)特點是不産生(shēng)諧波，無諧波幹擾，對各種燈光均适用，隻是不同的燈光，其節電效果略有差異，但對延長燈具壽命和減少維護工(gōng)作量上更具有重要意義。
這種利用電磁調壓的節電主機，附有智能控制電路，以保證用電設備在任何供電情況及設備出現異常狀态下(xià)的自動處理能力，如：延時起動、突然欠壓、、缺相和空載自動旁通、大(dà)電流分(fēn)斷保護能力等，特别是針對路燈照明的特點，進行分(fēn)時斷控制調壓，如前半夜人流車(chē)流多的需要，調壓幅度按設定的小(xiǎo)幅度進行調整，以保證較高的亮度要求，後半夜人流車(chē)流量稀少，對光照度的要求不高，這時調壓的幅度可按需要進行較大(dà)範圍的調整，同時又(yòu)能使燈具維持必要的亮度。于此同時，由于節電主機采取了對燈光負載的實時檢測，即當檢測到負載達到額定負載的15%時，節電主機自動投入到節電運行狀态；當檢測到的燈光負載不到額定電流的15%時，節電主機自動退出節電狀态，以确保節電主機本身不消耗或盡可能不消耗電能，特别是白(bái)天路燈未開(kāi)啓時，節電主機處于旁通工(gōng)作狀态（既使節電主機接在路燈控制開(kāi)關前面的情況下(xià)），這樣既可以控制主機電磁調壓器的溫升（白(bái)天變壓器不工(gōng)作，無溫升），延長主機使用壽命，又(yòu)可節約電能。以此，保證設備高效率運行，達到更佳節電的目的。
本系統的設計是采用特殊的電磁調節加上先進的控制與保護裝置，實現智能地優化供電，使原有燈光電路的電壓與電流在啓動和完成預熱後，由電子控制方式在滿足照度的前提下(xià)自動降壓，調壓運行，除達到節電目的外(wài)，更有效地延長燈具的使用壽命。根據燈具的性能和電氣特性，我(wǒ)們知(zhī)道，氣體(tǐ)放(fàng)電燈的工(gōng)作電壓：高壓汞燈的工(gōng)作電壓允許偏差最大(dà)值爲±15.7%；高壓鈉燈的工(gōng)作電壓允許偏差最大(dà)值爲±20%，如果将燈具兩端的電壓提升10%，燈具的壽命将減少一(yī)半，反之，如果将燈具兩端的電壓降低10%，則燈具的電氣壽命将有3-4倍的延長。所以，結合道路設計流明值（相對于标準值）具有絕對富餘量的設計特點以及有超标準電壓（額定電壓單相220V）工(gōng)作、以及燈具起動電壓的下(xià)限值的特點，采用用戶級調壓手段實現節電後，對燈具的使用壽命将大(dà)大(dà)延長，同時也減少燈具維護成本和人工(gōng)維護工(gōng)作量。
2.4本系統節電主機的主要性能和技術指标
① 性能特點
● 可靠性好，電磁主機采用優質進口材料，高效低耗
● 降低線路損耗，提高功率因素，促進三相供電線路的平衡
● 優化燈具的電網供電電壓，消除燈具過剩功率消耗
● 較高的節電率（節電率10％－25％）
● 延長燈具使用壽命，減少維修成本和工(gōng)作量
● 不産生(shēng)諧波幹擾，增加用戶供電容量
● 具有狀态數字顯示，延時起動、欠壓自動旁通，電網電壓恢複後自動進入節電狀态、過流保護、故障自動旁通等多項功能
● 分(fēn)時段換檔控制節電，空載旁通，加載節電，本機功耗小(xiǎo)
● 安裝便捷，安裝後無需人工(gōng)值守
● 适用範圍廣泛，可适用于各種不同類型的燈光負載
● 良好的性價比，投資(zī)少，回收期短，用戶安裝後可長期受益
② 主要技術指标
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項 目 |
技術指标 |
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輸入電源 |
額定工(gōng)作電壓 |
三相：380VAC±10% （三相四線） 單相：220VAC±10% |
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額定頻(pín)率 |
50Hz |
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輸出電源 |
電壓波形 |
不産生(shēng)波形畸變 |
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諧波污染 |
無污染 |
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環境參數 |
環境溫度 |
-20℃～40℃ |
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儲藏溫度 |
-40℃～+70℃ |
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相對濕度 |
0至90% |
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海拔高度 |
不超過2000米 |
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工(gōng)作參數 |
過載電流能力 |
大(dà)于1.3倍額定電流 |
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過載沖擊能力 |
能承受瞬時過載沖擊 |
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預熱時間 |
0～99h99min可調 |
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分(fēn)時段時間 |
0～99h99min可調 |
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工(gōng)作時間 |
可長期連續工(gōng)作 |
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絕緣 |
電源和外(wài)殼之間 |
2.5kV絕緣 |
③ 系統容量的評估方案
根據現行路燈布線和燈具的分(fēn)布，在路燈配電變壓器的後端接入節電主機，節電主機的容量以燈具總功率最大(dà)值評估并實測各相電流，從而确定節電系統的容量。
随着城市建設的發展，城市照明建設越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的需求和數量不斷增加，今後城市照明管理部門除了管理城市道路的照明外(wài)，還将參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設、道路照明和景觀照明提出了更高的要求，希望實現城市照明管理的現代化，使城市管理水平達到國内領先水平。
城市路燈的耗電量是非常驚人的，巨大(dà)的電能消耗不僅增加了當地的财政負擔，同時由于發電而消耗的煤、石油的能源，對環境造成污染，同時由于照明帶來的光污染導緻生(shēng)态不平衡等諸多問題。因此中(zhōng)央發出了建設“節約型社會”的号召，建設部也在2005年8月下(xià)發了“關于進一(yī)步加強城市照明節電工(gōng)作的通知(zhī)”（建城[2005]234号）。
絕大(dà)多數城市現在多采用分(fēn)散時控方式對路燈進行控制，也就是在路燈配電箱中(zhōng)安裝定時器，按預定的時間自行開(kāi)、關燈，有些景觀燈通常是采用人工(gōng)手動控制的方法。這種控制方法不能及時根據需要調整開(kāi)關燈時間，也無法及時反應照明設施的運行情況，故障率高，維修困難。随着城市的不斷發展，控制範圍也越來越大(dà)，現行的方案無法及時反應照明設施的運行情況，使得維修工(gōng)作十分(fēn)被動。
建設城市路燈監控管理系統，目的是利用現代化計算機技術、通訊技術對日益快速發展的城市路燈實現自動化監控和智能化的科學管理，做到集中(zhōng)管理，智能控制。部門内部及時掌握系統運行狀況，代替傳統的人工(gōng)巡檢，提高工(gōng)作效率。合理利用電能資(zī)源，杜絕浪費(fèi)。具有對路燈實現遙測、遙控、遙信、GPS校時和路燈地理信息功能、故障分(fēn)析報警等功能。除具備上述功能外(wài)，還應具備設施被盜報警功能。建立路燈系統的長效管理機制，進一(yī)步提高道路照明質量，提高服務質量，從而提高系統的整體(tǐ)社會效益、管理效益、經濟效益和環保效益。
完成路燈集中(zhōng)控制系統預定的功能要求，同時建立中(zhōng)心控制室（包括路燈集中(zhōng)控制系統中(zhōng)心設備、投影顯示系統、基礎網絡及電源等設備）。在對路燈照明進行整體(tǐ)自動化控制管理的同時，中(zhōng)控室的建設要爲将來納入其它市政管理子系統打好基礎，既保證目前項目的需求，又(yòu)兼顧考慮長遠的發展目标。充分(fēn)考慮各項關鍵指标，建成目前國内先進、功能齊全，同時又(yòu)具有高度的可靠性、經濟實用性的項目，處于國内領先水平。