灯具

　　一、引言

　　从2015年起，国内智慧路灯风起云涌，出现了一大批基于交流供配电系统的智慧照明解决方案，但经过两年多的试点，并没有在行业内形成完全的认可和推广应用，其出现的问题集中在如下几点。

　　1、现有的智慧路灯照明系统均是在交流系统上进行设计的，通过单灯控制器、集中控制器完成智慧路灯的控制、调光、故障报警、能耗统计、作业管理、资产管理等功能，并通过设计漏电保护开关完成防漏电保护。但带来了如下问题：

　　(1)增加单灯控制器等设备，增加了故障设备及故障率，如失控、误报、误动等。

　　(2)每个灯上增加的单灯控制器，对于整个项目来说增加了大量的投资成本。

　　(3)目前的漏电保护开关常规设计为30mA，但人体交流电的安全电流是10mA以下，超出了正常范围2倍，对人来说达不到安保作用。

　　2、多功能灯杆上的设备类型多样，各设备供电需求不同，供电的质和量上都有了本质的变化。体现在以下方面：

　　(1)量的变化：灯杆上的供电不再是夜间的半日供电，而是24h全天供电。

　　(2)质的变化：各设备的工作电力要求及需求不同，供电质量要求不同，EMC要求也不相同。和原来的路灯照明相比，对电力供应安全性、稳定性、可靠性、谐波量等的要求均提升了很多。

　　(3)管理的变化：供电时长和质量的变化，对管理部门管理路灯供配电提出了全新的要求，包括设备安全防护、电缆防漏电、防水、故障抢修响应等。

　　3、随着灯杆上附加的功能越多，增加的设备也越多，由此带来了整个城市多功能灯杆上设备的倍量增长，也因此带来了如下问题：

　　(1)故障点倍量增加。

　　(2)故障率倍量增长。

　　(3)维护量倍量增长。

　　(4)维护技术的复杂性倍量增加。

　　(5)设备管理复杂性倍量增长。

　　(6)漏电安全隐患倍量增加。

　　对于以上的问题，在交流供电系统中很难找到完美的解决方案。深圳桑达经过多年的探索和研发，推出了以直流智能集中供电照明为主的系统解决方案，一举解决了提升路灯供电安全性、漏电防护、灯具免维护、系统智能化等一系列上述的诸多问题。下面则按以下问题进行说明桑达的直流解决方案。

　　1、如何提升用电安全性?

　　2、如何解决漏电安全防护问题?

　　3、如何解决产品维护问题?

　　4、如何解决供电智能化问题?

　　5、如何解决多功能灯杆衍生的问题?

　　6、如何进行直流系统改造?

　　二、直流系统解决方案

　　1、如何提升供电安全性?

　　答：解决方案是采用直流集中供电，提升供电安全性。

　　参照GBT 13870.1-2008《电流对人和家畜的效应 第1部分：通用部分》的范围说明，对交直流的安全性进行比较说明。

　　(1)就通过人体的一条给定的电流通路而言，对人的危险主要取决于电流的数值和通电时间。但是在许多情况下，以下各条款规定的时间/电流区域，实际上并不直接用于电击防护设计。必须以时间为函数的接触电压(即通过人体的电流与人体阻抗的乘积)的允许极限值作为判据。由于人体的阻抗随接触电压而变化。所以电流与电压的关系不是线性的，因此需要给出其关系数据。人体的不同部分如皮肤、血液、肌肉、其他的组织和关节对电流呈现的阻性和容性分量组成了人体阻抗。

　　

 

　　(2)人体阻抗的数值取决于若干因素，特别是电流路径，接触电压、电流的持续时间、频率、皮肤潮湿程度、接触表面积、施加的压力和温度。

　　(3)交流电流对人体的效应，基本上以电气装置中最常用的频率为50 Hz或60 Hz的交流电流效应的有关研究结果为依据，但所给出的数据被认为可适用于15 Hz至100 Hz的频率范围，在此范围起始端频率的阈值比50 Hz或60 Hz的阈值为高，主要是，本章首要考虑心室纤维性颤动的危险，因为它是致命事故的主要机制。

　　(4)从直流应用的数量来看，直流发生的事故比预期的要少得多，只有在其非常不利的情况下，例如在矿井中才会发生致命事故;部分原因是被抓住的直流带电体较易于摆脱，以及当电击持续时间大于心博周期时，直流电流的心室颤动阈比交流的要高得多。

　　2、如何解决漏电安全问题?

　　答：在直流集中供电柜中，有由防雷、配电监控、数字电表、直流绝缘检测、直流漏电保护等各类检测、控制设备，加上PLC智能平台，共同组成了全面、多级、完整、强大、智能化的软硬件平台，系统多方解决漏电安全问题。

　　(1)直流浮地供电(即直流IT系统)，对大地无回路，安全性高。

　　①当单极漏电时，无回路电压，确保安全。

　　②当双极漏电时，实时检测短路、开路及漏电状况，执行保护动作。

　　③对地动态绝缘检测，根据绝缘状况实行保护动作，保证绝缘安全。

　　④对于电缆故障，实时动态检测、报警。解决断缆、偷缆事件。

　　(2)系统可随环境温湿度变化动态检测漏电、绝缘数值，执行保护动作。

　　(3)系统有完善的防雷设计，有交流输入防雷、直流输出防雷。

　　3、如何解决产品维护问题?

　　

 

　　答：经过直流集中供电，精简了末端设备(如灯具)的电源整流部分，从而减少了末端设备电源故障的发生，而将故障维护的工作置于直流供电柜来完成。

　　(1)灯具采用直流DC/DC驱动，电源无整流部分，并采用了无电解电容方案，从而最大限度的减少了电源故障。

　　①驱动寿命>50000小时。如果按11h/天计，灯具至少可使用约12.5年。

　　②灯具的可靠性MTBF提高10倍。

　　(2)同时直流集中控制柜进行了多重优化设计。

　　①电源采用模块化、N+1冗余、热插拔设计。(“0”维护技术难度)

　　②地面维护，无需高空作业，无需封路。(一把螺丝刀即可)

　　③极大的降低了保养维护成本。

　　4、如何解决供电智能化问题?

　　答：直流智能集中供电柜，自带PLC智能管控平台，多级供电防护，带防雷、配电监控、数字电表、3G通讯、直流绝缘检测、直流漏电保护等各类检测、控制、通讯设备，形成了全面、完整、强大、智能化的软硬件平台。

　　

 

　　(1)自带PLC智能管控平台。

　　①多平台监管：可PC端控制，可手机端控制。

　　②智能故障自检恢复：输入欠压、过压保护自恢复、输出短路回缩自恢复、过温保护自恢复。

　　③远程监控：远程调光和开关，自动故障显示、定位，远程报警，电参数的监控和数据的汇总。

　　④端口开放：兼容各平台三遥、多遥，及多样化需要。开放对接智慧城市、城市物联网。

　　⑤多场景管理：可路灯照明、景观照明、室内照明多场景混合管理。

　　(2)灯具管控灵活，可选单灯调光和回路调光。

　　①可0%~100%无极调光。

　　②可简单、有效管控变色温LED灯具。

　　③当采用回路调光设计时无需单灯控制器，可极大减少故障点。

　　(3)模块式设计，平滑对接新能源分布式微电网系统(光伏发电和风能发电)。

　　5、如何解决多功能灯杆衍生的问题?

　　答：解决方案是前端高压直流母线供电，末端各类用电设备统一接入高压直流母线进行配电，或末端可设立统一直流驱动电源，提供多重直流电压、电流端口，并提供各端口用电状况的计量、统计。以此统一解决多功能灯杆的衍生问题。

　　

 

　　(1)解决方案：

　　①统一采用直流集中供电平台。

　　②统一供电协议标准。

　　③统一设备安装标准。

　　④统一设备供电、用电的计量标准。

　　(2)解决问题：

　　①杆上设备电源免维护，维护集中于地面。

　　②简化标上的作业工作难度、强度，并减少费用。

　　③可分级配电，解决设备多类供电需求多样的问题。

　　④可为末端设备多重管理提供高精度计量统计的服务。

　　6、如何用直流系统改造?

　　答：直流智慧照明系统采用的是模块化的设计结构，可以简单、方便的设计、应用、改造到现有的市政路灯照明系统中，并可无缝对接智慧城市平台。以下按升级改造和新建项目进行说明。

　　(1)升级改造：

　　①方案A：摘除原有控制柜，采用直流柜整体替换，再对现有的三相均布路灯的某一相路灯进行换线调极即可，从三相四线调整为两对两极两线。

　　②方案B：不摘除原有控制柜，在原柜旁立直流柜，对供电回路进行移接，再对现有的三相均布路灯的某一相路灯进行换线调极即可，从三相四线调整为两对两极两线。

　　③以上方案A、B改造中，如果原有灯具不是LED，则同步更换LED(交直流均可)，或采用钠灯专用电子镇流器(不建议)。

　　(2)新建项目：

　　①方案A：直接设计直流柜取代交流配电柜，并设计直流LED路灯配套，及计算电缆负荷，优化电缆规格，减少投资费用成本。

　　②方案B：直接设计直流模块嵌入箱变中，并配置直流灯具及优化电缆。

　　③方案C：在箱变外设直流柜，并配置直流灯具及优化电缆。

　　(3)无缝对接智慧城市：

　　①首先通过各传感器，将数据传送至直流柜中进行汇总、统计。

　　②其次通过WLAN端口或无线GPRS/3G等无线模块，将数据发至智慧城市数据中心。

　　7、桑达系统的其他优势?

　　答：系统相对于其他企业及产品，拥有直流集中供电照明系统技术优势、企业品牌优势和生产研发能力等三大优势。

　　(1)直流集中供电照明系统技术优势

　　①可简单、有效的实现(变色温)灯具的调光、管控，减少投资成本。

　　②兼容现有LED灯具的交流电源驱动，线路保持不变，保护现有投资。

　　③稳定可靠的实现交流三相平衡。

　　④交直流两用，解决能源审计问题。

　　⑤实现电缆故障监测。

　　⑥一套系统同时支持室内、道路、景观照明等全场景混合管理。

　　⑦为其他设备提供供电管控平台，无缝对接智慧城市模块。

　　⑧倍量减少各智能化设备的电源故障、及维修量，巨量减少维护成本。

　　(2)企业品牌优势

　　桑达国际电源科技有限公司创建于1995年，是中国电子和深圳桑达股份实业有限公司(股票代码000032)属下企业。

　　①是全球三大照明巨头欧司朗、GE、飞利浦公司的合格供应商和认证工厂(国内唯一)。

　　②是美国知名企业SLOANLED、QVI、艾默生等公司的电源产品供应商。

　　③全面通过了ISO9001、ISO14001、OSHMS18000体系认证、CCC、CE、CQC、UL、RoHs认证等。

　　(3)生产研发能力优势

　　①公司集LED灯具设计制造、电源设计制造、平台软件开发三位一体的研发、设计、制造、销售、服务一体的企业。主要产品有直流集中供电系统、LED道路照明、太阳能路灯、轨道交通照明、LED模块电源、分布式微电网路由器等。是一个为客户提供基于LED智慧照明全线产品整体解决方案的供应商。

　　②2016年承担了“中国高技术研究发展计划”(国家863)项目。

　　③深圳深圳市重点支持的“智能光伏微电网工程实验室”。

　　④以直流集中供电系统和分布式微电网为核心产品的，能够提供完整智慧城市解决方案的企业。

　　三、直流照明应用案例

　　随着技术的成熟及市场推广，客户逐渐了解并在项目上应用了直流照明系统，具有典型代表的项目有路灯行业深圳的侨城东路、山东乐陵创业大道，有建筑领域的天津天大求实全建筑直流照明项目，有厂矿行业如东莞桑达的工厂直流照明项目。

　　1、深圳侨城东路

　　深圳根据“规划高起点，建设高标准”的总体原则，引入直流智慧照明，对侨城东路LED路灯进行升级改造。随着工程顺利完工，标志着深圳路灯挺步迈入直流智慧照明时代。

　　深圳市现有路灯总量约40余万盏，体量大、分布密集且范围广，加之地处南海之滨，暴雨台风侵袭，因水浸导致的灯杆漏电伤人事故时有发生，通过直流供电，从源头上探索一条有效防漏电解决方案。凭着直流供电安全可靠，大大降低维护成本，更加低碳节能的先天优势，施工建设优质快速，运行管理先进科学的扎实基础，赢得了社会各界的一致好评，这是在实施路灯精品工程中又一个样板工程。

　　1、不破坏原有灯具及电缆，将交流控制回路改为直流，给LED路灯供电;

　　2、由带DC-DC调光电源LED路灯替换部分原LED路灯光源;

　　3、由集中柜供DC电源直接驱动部分原 AC-DC LED路灯光源;

　　4、集中控制柜将原来的AC转变为DC输出，通过互联网、APP对直流集中柜输入、输出功率实时监控，各回路输出电流实时监控;实现遥测、遥控、遥调、遥信等，集中柜漏电保护、输出回路短路保护、漏电监察、绝缘监察、自动调光、经纬度控制开关灯时间、半夜灯功能、二次节能功能等;

　　5、因地制宜。回路中保持一路交流供电，保证其它交流用电设备正常运转如：车站广告灯箱、充电箱、的士呼叫站台等。

　　2、山东乐陵创业大道

　　山东乐陵市采用直流集中供电智慧照明系统对路灯LED 改造的又一项目。2017年4月，创业大道路灯系统安装完毕并投入使用。　直流智慧照明系统凭借安全可靠、维护简易、节能环保、降低成本、智能控制赢得了客户青睐和好评。

　　3、天津天大求实大厦

　　2016年8月25日，由桑达国际电源公司承建直流集中供电智慧照明系统的天津求实股份公司新办公大厦投入使用，这是国内首个基于直流集中供电的智能楼宇照明项目，为公司今后项目拓展积累了经验。天津求实股份公司新办公大厦总建筑面积2.6万平米，配套园区1.58万平米，主体建筑及配套园区内共计安装内外led照明灯具近7000盏，其供电系统全部采用基于直流集中供电的智慧照明系统，包括直流供配电、太阳能后备电源、室内外LED灯具、感应开关及智能监控软件等。

　　4、东莞桑达工厂

　　工厂车间照明根据视觉要求，既要保障适当的亮度分布及照明的均匀性，减少不必要的阴影，使视觉空间清晰;又要做到无频闪、无眩光，减少烦躁和不安，提高灯光下作业、活动安全性，使其协调和谐，以创造使人工作、活动感到轻松、舒适、美丽的光视觉环境。工厂车间采用直流智慧照明方案，在满足生产照度的情况下，分区分回路对车间照明进行优化设计，明暗有度、定时开关与智能远程调控，解决了车间照明所存在的频闪耗能等问题，减少光环境污染，提高了工作效率，生产安全的保障大为加强，能耗大幅度降低。

　　四、结语

　　本文介绍了桑达直流智能集中供电系统在照明行业特别是市政道路照明行业中的应用，对统一解决提升路灯供电安全性、电缆防漏电、灯具免维护、系统智能化等系列问题提供了基于直流系统的整体式解决方案，并通过企业强大的研发、设计、制造、服务能力，为广大市政照明管理单位、路灯维护管养单位提供了安全、绿色、节能、经济的照明及供电产品及系统，也为广大设计院在市政道路照明设计中，提供了安全、可靠、简单、智能、经济的直流新技术，提供了一整套的直流智慧照明解决方案。