照明系統(tǒng)供電電壓偏高的危害及其對策

1、照明系統(tǒng)供電電壓偏高的危害及其對策秦大為 陳忠軍 摘要 本文深入分析了由于照明系統(tǒng)供電電壓偏高對燈泡及其它用電設(shè)備所帶來的各種不良影響，提出了幾種解決辦法。其中重點闡述了在照明系統(tǒng)干線上加裝新型降壓電抗器，以實現(xiàn)延長燈泡使用壽命和節(jié)約電能的技術(shù)改造方案。 關(guān)健詞 電壓偏高 危害 對策 降壓電抗器隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是電網(wǎng)發(fā)電總功率的增加和城市照明供電網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的改善，長期以來困擾不少用電部門的供電壓偏低的狀況已得到有效地改善，但隨之也帶來了部分區(qū)域所出現(xiàn)的供電電壓偏高的現(xiàn)象。而且，在電力供電供應(yīng)輸送過程中，為了避免送電過程中的供電線路的損耗，會以較高的電壓傳送以確保用電設(shè)備達到額定電

2、壓。因此用戶實際的承受電壓會高于照明器具或設(shè)備的額定電壓。尤其是在用電負荷中存在動力設(shè)備時，電源變壓器的輸出電壓往往高于額定值10%左右。由于供電系統(tǒng)供電高峰期用電量較大，造成末端用戶電壓較低，為保證用電高峰動力系統(tǒng)能正常工作，變壓器輸出電壓設(shè)計值要高于電器額定值。以我院的供電線路為例，尤其是在電氣照明系統(tǒng)中，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)其晚間最高電壓達到246V、其平均電壓也為238V，已超過了行業(yè)部門關(guān)于照明電壓不應(yīng)超過額定電壓（220V）的5%的基本要求。而照明電壓偏高將給用電設(shè)備的正常工作帶來諸多不利影響，其主要表現(xiàn)形式有如下幾種。一、偏高的工作電壓將直接影響燈泡和其它電器的使用壽命。從圖

3、一所示為普通燈泡的工作特性曲線可以看出，如果普通燈泡的工作電壓升高5%，則它的壽命將縮短一半。反過來，若電壓降低到額定值的95%，則平均壽命將延長一倍。我院照明系統(tǒng)部分電壓偏高的教室、圖書館的日光燈的燈管和鎮(zhèn)流器的損壞率與電壓正常的照明線路相比，明顯偏高。偏高的工作電壓對于產(chǎn)品質(zhì)量低劣的電子鎮(zhèn)流器節(jié)能燈的壽命影響更為明顯。圖 二偏高的工作電壓對日光燈壽命的影響如圖二所示，從此圖中可見燈具電壓過壓10%時，燈具壽命降低一半，燈具電壓為90%時燈具壽命提高一倍，與過壓10%相比燈管壽命延長4倍，而且照度值與額定狀態(tài)相比僅衰減7%。由于人眼對光線的感覺成對數(shù)關(guān)系，即：光線照度增加10倍時，人能夠感覺

4、到亮度增加一倍，所以光線照明度減少7%時，人眼很難察覺到。因此燈具電壓為90%額定值時，不影響照明質(zhì)量。二、偏高的工作電壓，將使燈泡和鎮(zhèn)流器的耗電明顯升高。從圖三所示的高壓鈉燈的工作特性隨電源電壓變化規(guī)律來看，當工作電壓上升至額定電壓的倍時，光通量將升至額定值的倍，其功耗將增至額定值的倍。象城市路燈在后半夜需降低照度時，由于電網(wǎng)負荷減少電網(wǎng)電壓反而上升，此時光輸出增加浪費許多電能。三、偏高的工作電壓同樣對電動機、變壓器類的用電設(shè)備的使用壽命及工作性能帶來諸多不良影響。對于電機類設(shè)備，由于其自身鐵耗幾乎與其工作電壓的平方成正比，偏高的工作電壓將使電機的損耗顯著上升，電機發(fā)熱嚴重，長時間工作將直接

5、影響電機的正常使用壽命，同時還會使電機的運行噪聲增加，整體工作效率下降。四、偏高的工作電壓同樣會導(dǎo)致輸電線路的線損增加，加速線路老化；偏高的工作電壓，將使無功補償柜中的電力電容器難以投入，還會使交流接觸器的吸合線圈發(fā)熱嚴重，運行噪聲增加。針對上述情況，我們經(jīng)過一段較長時間的研究和探索總結(jié)出3種解決照明電壓長期持續(xù)偏高的基本方法：（1）針對采用專用電力變壓器的線路，請供電部門到現(xiàn)場查測，適當調(diào)整變壓器的繞組分接頭，降低輸出電壓。（2）針對白熾燈泡，對燈泡進行特定制作，即定制的白熾泡的額定電壓，由常規(guī)的Ve=220V改為Ve=230V。（3）對無法調(diào)整繞組分接頭的變壓器，我們采用了在照明系統(tǒng)干線上

6、加裝降壓電抗器的方法來解決。此方法減壓效果明顯，通用性強，可靠性好，體積小巧，安裝方便，具有一定的推廣價值。現(xiàn)對該降壓電抗器進行一個簡要的介紹。該電抗器采用CD型D42系列優(yōu)質(zhì)鐵芯，其飽和磁通密度較高，可使電抗器體積縮小、重量減輕，并可減少鐵芯損耗。常用規(guī)格有：工作電流為60A電抗器采用CD25×50×100的CD型鐵芯、100A電抗器采用32×64×160的CD型鐵芯。為了減小電抗器運行噪聲和保證電抗器具有良好的工作特性，設(shè)計中采用了整體鐵芯結(jié)構(gòu)，僅在一邊經(jīng)線切割留有適當氣隙，一般60A電抗器鐵芯的為0.81.2mm，100A電抗器鐵芯的為1.5mm2

7、.0mm為了便于繞制電抗器線圈和減小電抗器銅耗，采用紫銅帶夾帶青殼紙來繞制，一般60A電抗器的紫銅帶厚度為0.3mm，100A電抗器紫銅帶的厚度為mm。其鐵芯結(jié)構(gòu)如圖四所示。 為了提高電抗器的抗電強度和提高電抗器環(huán)境適用性，設(shè)計中采用了整體繞制，真空浸漬等措施，一般每只電抗器采用兩次真空浸漬，即可將抗電強度試驗電壓提高至3000V，歷時1分鐘。當電抗器額定電流在150A以下時設(shè)計中采用自然風冷，電抗器額定電流超過150A以上，采用強迫風冷，以提高電抗器的運行可靠性。該電抗器的主要技術(shù)參數(shù)如表一所示型號工作電流范圍外形尺寸（mm）長×寬×高降壓幅度LJ111040A4060A

8、150×80×160（單相）1230V60100A100150A150250A300×150×160（單相）該電抗器除了有效地抑制電壓偏高，延長路燈的使用壽命外，還具有良好的節(jié)電效果。在實際測試中我們將三臺工作電流范圍為100A150A的單相電抗器，用于我院北園的路燈照明和西大門的夜景照明系統(tǒng)的三相照明干線上，經(jīng)測試數(shù)據(jù)如下：加裝電抗器前路燈干線三相電壓Va=238VVb=240VVc=238V加裝電抗器后路燈干線三相電壓Va=220VVb=222VVc=220V加裝電抗器前路燈干線三相電流Ia=72AIb=60AIc=93A加裝電抗器后路燈干線三相電流Ia=61AIb=51AIc=78A加裝電抗器前三相日耗電量加裝電抗器后三相日耗電量從上表中可見，安裝電抗器后，燈泡的實際工作電壓、電流和耗電量均明顯下；三臺電抗器的平均節(jié)電效率達20%，半年內(nèi)即可收回該電抗器的設(shè)備投入成本；明顯地延長了燈泡和其它用電設(shè)備的使用壽命，減少了維修費用，降低了維修工作量。同時還提高了亮燈率，改善了校園的夜景照明環(huán)境。由于電抗器串接在電源干線上，對于抑制瞬變尖峰電