電磁感應燈 (無極燈)在道路照明工程中的應用

金麗萍

(北京市市政工程設計研究總院，北京 100089)

1 電磁感應燈的工作原理及特點

電磁感應燈是無極燈的一種，顧名思義，無極燈就是沒有燈芯的燈，大家都知道普通的白熾燈是依靠燈芯 (電極)的燃燒來提供照明的，包括道路照明上用的比較多的高壓鈉燈、汞燈等都是有燈芯的，無極燈沒有燈芯，靠什么來照明呢?靠的就是電磁感應原理。如圖1所示:

在環狀的燈管外套著一對鐵芯，鐵芯上包著繞組，當繞組通過交流電后，根據電磁感應原理，鐵芯周圍就產生了交變的磁場，變化的磁場產生感應電流，再利用耦合震蕩原理將產生的高頻電壓注入到真空的玻殼或玻管里，使低壓汞和惰性氣體的混合蒸氣產生放電，輻射出紫外線，再通過三基色熒光粉轉化為可見光。

圖1 環形電磁感應燈原理

同樣卵形無極燈主要由燈泡、耦合器和高頻發生器組成，如圖2所示:其工作原理也是高頻電磁場能量以電磁感應方式耦合到燈泡內，使燈泡內的氣體激發和電離，形成等離子體，等離子體受激發原子返回基態時，輻射出253.7nm的紫外線，燈泡內壁熒光粉受到紫外線激發而發出可見光。

基于法拉第電磁感應定律的工作原理，電磁感應燈具有如下諸多優點:

1)超長壽命:由于電磁感應燈沒有燈絲和電極，從而有效的避免了燈絲和電極燃燒的損耗，壽命一般可達到60000小時以上，比普通的白熾燈長100倍，比高光效的高壓鈉燈，也要高出一倍以上(高壓鈉燈一般標稱壽命為24000～28000小時)。

圖2 卵形電磁感應燈原理

2)高效節能:電磁感應燈的功率因數很高，一般都在0.99以上，減少了無功消耗，比白熾燈節能90%以上，比普通的節能燈節能45%以上，而普遍采用的高壓鈉燈即使在加裝電容補償后，功率因數也只能達到0.85～0.90，因此，電磁感應燈的節能效果是毋庸置疑的。另外，電磁感應燈的發光效率達到了70～80lm/W，屬于高光效，雖然比金鹵燈和高壓鈉燈稍低 (金鹵燈光效為75lm/W含鎮流器耗電量，高壓鈉燈光效為80～100lm/W含鎮流器耗電量)，但是用于室外照明也已足夠，尤其是橋下照明、通道照明，還有就是隧道照明和道路照明。

3)高顯色性:電磁感應燈采用三基色熒光粉，顯色指數 Ra>80，光色柔和，在夜晚色彩還原性好，可以有效的幫助司機和行人分辨各類物體，增加道路交通的安全性。色溫范圍較廣，從2700K～6400K可選，而且有紅、綠、蘭、白、黃等多種顏色可選。

4)無眩光、無閃爍:電磁感應燈的光源多采用中頻 (210～250kHz)外置耦合器、高頻(2.65MHz)內置耦合器來驅動，不產生頻閃效應危害，保護視力。

5)光衰小:2000小時光通量維持率95%，20000小時光通量維持率80%，60000小時光通量維持率75%。

6)瞬時啟動和再啟動:即開即亮，開關次數可達20萬次以上。

7)燈功率及電源電壓的范圍寬 電磁感應燈的功率現在可以做到20W～250W，如圖3所示，無論在民用還是在工業用途中，它的適用范圍都可以滿足要求。另外，電磁感應燈的適用電壓范圍極廣，從85V～277V，有著較好的通用性和穩定性。

圖3 卵形電磁感應燈

8)工作溫度范圍大:由于采用了汞齊技術，無需預熱，在－40℃ ～55℃范圍內，均可正常啟動和工作。

9)綠色環保:采用固態汞齊和無鉛玻璃，并且99%以上的材料可以回收利用，符合環保要求。

10)防震、防爆性能好:因為燈泡內沒有燈絲和電極，耐震性能好，電燈位置任意，并且燈泡點燃時表面溫度低，適合防爆場所。

2 電磁感應燈在綠色照明的重要作用

綠色照明是指通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品 (電光源、電器附件、燈具、配線器材，以及調光控制器件)，改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境并充分體現現代文明的照明。

綠色照明在我國并不是一個新鮮的課題，早在1998年1月1日，我國就頒布了 《節能法》，在“十一五”規劃中，綠色照明更是十大重點節能工程之一。我國的人均資源，特別是電力資源還是比較匱乏的，目前，我國照明耗電占全國總發電量的10～12%，相當于兩個三峽發電站的發電量，因此綠色照明工程的節能意義就顯得非常重大。

根據綠色照明的定義，除了科學的設計外，采用什么樣的光源在綠色照明中有著舉足輕重的作用，是實施綠色照明的核心。對照“效率高、壽命長、安全和性能穩定”的要求，我們可以發現，無論在光效、壽命和安全穩定性方面，電磁感應燈都具有良好的表現，同時，在顯色性和防眩光等方面，更是超出了標準的要求，是綠色照明光源的優先選擇。

3 電磁感應燈在道路照明中的應用

在河北省石家莊市槐安路改造工程中，在石家莊市市政府的大力支持下，我們和河北寶石節能照明科技有限責任公司配合，在9.54km改造路段內道路照明全部采用了電磁感應燈，照明效果非常好。照明效果如圖4所示。

1)工程背景及概況

槐安路改造工程范圍是槐安路西段 (西二環路～中華大街)3.59km，東段 (建設大街 ～東二環路)5.95km。改造后的東段、西段和已經改造過的3.72km中段 (中華大街 ～建設大街)共同形成一條完整的快速路系統。改造后東段、西段主路為雙向4車道高架橋，道路性質為城市快速路;輔路為雙向6車道，道路性質為城市主干路。原道路照明全部采用高壓鈉燈，改造后全部使用電磁感應燈。

2)照明標準

根據 《城市道路照明設計標準》 (CJJ45—2006)槐安路道路照明設計照度標準定為:

主路 (城市快速路):

平均亮度:Lav=1.5/2.0cd/m2，亮度總均勻度:Uo=Lmin/Lav≥0.4，亮度縱向均勻度≥0.7;

平均照度:Eav=20/30Lx，均勻度:Ue=Emin/Eav≥0.4;

照明功率密度:LPD<0.85/1.25W/m2。

輔路 (城市主干路):

平均亮度:Lav=1.5/2.0cd/m2，亮度總均勻度:Uo=Lmin/Lav≥0.4，亮度縱向均勻度≥0.7;

平均照度:Eav=20/30Lx，均勻度:Ue=Emin/Eav≥0.4;

圖4 槐安路道路照明照片

照明功率密度:LPD﹤0.7/1.05W/m2。

3)道路照明方案及比較

A照明方式:主路高架橋上采用10米單挑桿燈，燈桿對稱布置，燈桿安裝在橋梁兩側防撞墩上，燈桿間距30米;輔路道路照明方式采用12米雙挑桿燈，燈桿安裝在兩側綠化帶內，燈桿間距35米;相交路口及渠化段加強照明采用18米中燈桿。橫斷面如圖5所示。

B高壓鈉燈方案:初步設計階段光源是按高壓鈉燈考慮的，其中主路高架橋上照明燈具容量為250W，輔路照明燈具容量為250W+150W，加強照明燈具容量為4×400W投光燈。

照度計算及功率密度計算:

(高壓鈉燈400W光通量48000lm，250W光通量28000lm，150W光通量15000lm)

圖5 道路照明橫斷面示意圖

E主路==43.5Lx高于標準要求;

LPD主路==1.11 W/m2滿足標準;

E=輔路=0.78W/m2滿足標準;

其中非機動車道計算略。

C電磁感應燈方案:施工圖設計階段確定采用電磁感應燈，其中主路高架橋上照明燈具容量為2×135W雙光源，輔路照明燈具容量為 (165W+135W)雙光源+135W，加強照明燈具容量為6×165W投光燈。

照度計算及功率密度計算:=30.5Lx滿足標準;

LPD輔路=

(電磁感應燈165W光通量11000lm，135W光通量9000lm)

E主路==28Lx滿足標準;

LPD主路==1.00W/m2滿足標準;

E=輔路

LPD=輔路=0.78W/m2高于標準要求;

其中非機動車道計算略。

槐安路路燈燈桿安裝后，2009年6月28日河北寶石節能照明科技有限責任公司的技術人員對現場橋上、橋下、渠化段及路口的道路照明效果進行了初步實測，部分實測數據如表1、表2所示。=21.8Lx滿足標準;

表1 縱向照度 (單位:lx)

表2 橫向照度 (單位:lx)

其中測試點0、a、b、c、d、e、f、g之間的間距為 3m。其中測試點 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12之間的間距為1m。

從實測數據可以看出，除路口照度偏低外，高架橋上、輔路、渠化段的照度都滿足設計標準要求。路口照度偏低的主要原因，一是中桿燈上照明燈具有點少，二是電磁感應燈不適宜安裝太高。建議今后在設計中桿燈時，應考慮增加投光燈燈具數量，或考慮高壓鈉燈和電磁感應燈兩種光源混光照明。

D高壓鈉燈和電磁感應燈的比較:

為了說明問題我們取1km標準路段加1個路口的燈桿進行比較，兩種照明光源方案的比較如表3所示。

表3 兩種照明光源方案的比較 (1km)

從以上分析比較來看，在滿足設計標準 (20/30lx)的前提下，電磁感應燈的用電量比高壓鈉燈少15%～20%，綜合節電效果大于20%(這個計算結果只是工程個案);電磁感應燈對于機動車駕駛員來說視覺效果比高壓鈉燈好;電磁感應燈的壽命是高壓鈉燈的2.5倍，關于壽命問題據石家莊市路燈管理部門的反饋意見，市區近幾年有多條城市支路、小區道路照明燈具更換為電磁感應燈以后，維護檢修工作量大大減少，基層工作人員反映非常好。

槐安路本次改造9.54km，如果按1km道路照明減少用電量10kW(包括功率因數的影響)來計算，9.54km共節省用電量95.4kW，如果按道路照明燈具每年開燈4000h、每度電0.8元計算，每年道路照明可節約電費約30萬元。

4 電磁感應燈的發展及推廣應用

電磁感應燈有那么多的好處，為什么不大力推廣使用呢?通過這次工程實踐我們體會以下幾點:

1)雖然電磁感應燈已經推出10年了，但還沒有被廣大的使用者了解。電磁感應燈目前還只是在專業技術人員中得聞其名。究其原因主要是宣傳推廣力度不夠。

2)電磁感應燈的價格不菲，目前還處在一個比較高的價位，和節能燈及高壓鈉燈相比，雖然有著眾多的優點，造價限制了廣泛使用。

3)電磁感應燈的質量還有待提高，我國生產廠家產品質量參差不齊。目前，國家對于電磁感應燈還沒有出臺相應的標準，電磁感應燈的生產廠家良莠不齊，標準不一，導致用戶對電磁感應燈的信任度不夠。

4)電磁感應燈燈頭型號及安裝方式和現有的路燈燈具不統一，無法更換光源，必須更換整個燈具，因此不利于舊燈改造。

電磁感應燈要推廣發展，產品生產廠家、工程設計人員、照明行業及科技部門要互相配合大力宣傳，可以采用試點工程的方式加以推廣。如在新建道路的照明工程中，整條道路使用電磁感應燈，這樣，既能夠達到整條道路的和諧統一，也可以方便統計數據，計算節能效果，使專業技術人員和廣大人民群眾能夠了解電磁感應燈的節能功效，無形之中宣傳了電磁感應燈的良好效果，配合國家有關綠色照明示范工程的要求，達到一舉多得的效果。

總之，電磁感應燈這種新型照明光源的出現，是對綠色照明工程的有力支持，隨著我國綠色照明事業的不斷發展，電磁感應燈也會隨之不斷完善，克服自身的缺點和不足，在綠色照明工程中發揮自己的重要作用。

［1］城市道路照明設計標準.(CJJ45—2006)

［2］河北寶石節能照明科技有限責任公司無極燈資料

［3］毛永偉.淺談無極燈在綠色照明中的重要作用