电磁感应灯 (无极灯)在道路照明工程中的应用

金丽萍

(北京市市政工程设计研究总院，北京 100089)

1 电磁感应灯的工作原理及特点

电磁感应灯是无极灯的一种，顾名思义，无极灯就是没有灯芯的灯，大家都知道普通的白炽灯是依靠灯芯 (电极)的燃烧来提供照明的，包括道路照明上用的比较多的高压钠灯、汞灯等都是有灯芯的，无极灯没有灯芯，靠什么来照明呢?靠的就是电磁感应原理。如图1所示:

在环状的灯管外套着一对铁芯，铁芯上包着绕组，当绕组通过交流电后，根据电磁感应原理，铁芯周围就产生了交变的磁场，变化的磁场产生感应电流，再利用耦合震荡原理将产生的高频电压注入到真空的玻壳或玻管里，使低压汞和惰性气体的混合蒸气产生放电，辐射出紫外线，再通过三基色荧光粉转化为可见光。

图1 环形电磁感应灯原理

同样卵形无极灯主要由灯泡、耦合器和高频发生器组成，如图2所示:其工作原理也是高频电磁场能量以电磁感应方式耦合到灯泡内，使灯泡内的气体激发和电离，形成等离子体，等离子体受激发原子返回基态时，辐射出253.7nm的紫外线，灯泡内壁荧光粉受到紫外线激发而发出可见光。

基于法拉第电磁感应定律的工作原理，电磁感应灯具有如下诸多优点:

1)超长寿命:由于电磁感应灯没有灯丝和电极，从而有效的避免了灯丝和电极燃烧的损耗，寿命一般可达到60000小时以上，比普通的白炽灯长100倍，比高光效的高压钠灯，也要高出一倍以上(高压钠灯一般标称寿命为24000～28000小时)。

图2 卵形电磁感应灯原理

2)高效节能:电磁感应灯的功率因数很高，一般都在0.99以上，减少了无功消耗，比白炽灯节能90%以上，比普通的节能灯节能45%以上，而普遍采用的高压钠灯即使在加装电容补偿后，功率因数也只能达到0.85～0.90，因此，电磁感应灯的节能效果是毋庸置疑的。另外，电磁感应灯的发光效率达到了70～80lm/W，属于高光效，虽然比金卤灯和高压钠灯稍低 (金卤灯光效为75lm/W含镇流器耗电量，高压钠灯光效为80～100lm/W含镇流器耗电量)，但是用于室外照明也已足够，尤其是桥下照明、通道照明，还有就是隧道照明和道路照明。

3)高显色性:电磁感应灯采用三基色荧光粉，显色指数 Ra>80，光色柔和，在夜晚色彩还原性好，可以有效的帮助司机和行人分辨各类物体，增加道路交通的安全性。色温范围较广，从2700K～6400K可选，而且有红、绿、兰、白、黄等多种颜色可选。

4)无眩光、无闪烁:电磁感应灯的光源多采用中频 (210～250kHz)外置耦合器、高频(2.65MHz)内置耦合器来驱动，不产生频闪效应危害，保护视力。

5)光衰小:2000小时光通量维持率95%，20000小时光通量维持率80%，60000小时光通量维持率75%。

6)瞬时启动和再启动:即开即亮，开关次数可达20万次以上。

7)灯功率及电源电压的范围宽 电磁感应灯的功率现在可以做到20W～250W，如图3所示，无论在民用还是在工业用途中，它的适用范围都可以满足要求。另外，电磁感应灯的适用电压范围极广，从85V～277V，有着较好的通用性和稳定性。

图3 卵形电磁感应灯

8)工作温度范围大:由于采用了汞齐技术，无需预热，在－40℃ ～55℃范围内，均可正常启动和工作。

9)绿色环保:采用固态汞齐和无铅玻璃，并且99%以上的材料可以回收利用，符合环保要求。

10)防震、防爆性能好:因为灯泡内没有灯丝和电极，耐震性能好，电灯位置任意，并且灯泡点燃时表面温度低，适合防爆场所。

2 电磁感应灯在绿色照明的重要作用

绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品 (电光源、电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制器件)，改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

绿色照明在我国并不是一个新鲜的课题，早在1998年1月1日，我国就颁布了 《节能法》，在“十一五”规划中，绿色照明更是十大重点节能工程之一。我国的人均资源，特别是电力资源还是比较匮乏的，目前，我国照明耗电占全国总发电量的10～12%，相当于两个三峡发电站的发电量，因此绿色照明工程的节能意义就显得非常重大。

根据绿色照明的定义，除了科学的设计外，采用什么样的光源在绿色照明中有着举足轻重的作用，是实施绿色照明的核心。对照“效率高、寿命长、安全和性能稳定”的要求，我们可以发现，无论在光效、寿命和安全稳定性方面，电磁感应灯都具有良好的表现，同时，在显色性和防眩光等方面，更是超出了标准的要求，是绿色照明光源的优先选择。

3 电磁感应灯在道路照明中的应用

在河北省石家庄市槐安路改造工程中，在石家庄市市政府的大力支持下，我们和河北宝石节能照明科技有限责任公司配合，在9.54km改造路段内道路照明全部采用了电磁感应灯，照明效果非常好。照明效果如图4所示。

1)工程背景及概况

槐安路改造工程范围是槐安路西段 (西二环路～中华大街)3.59km，东段 (建设大街 ～东二环路)5.95km。改造后的东段、西段和已经改造过的3.72km中段 (中华大街 ～建设大街)共同形成一条完整的快速路系统。改造后东段、西段主路为双向4车道高架桥，道路性质为城市快速路;辅路为双向6车道，道路性质为城市主干路。原道路照明全部采用高压钠灯，改造后全部使用电磁感应灯。

2)照明标准

根据 《城市道路照明设计标准》 (CJJ45—2006)槐安路道路照明设计照度标准定为:

主路 (城市快速路):

平均亮度:Lav=1.5/2.0cd/m2，亮度总均匀度:Uo=Lmin/Lav≥0.4，亮度纵向均匀度≥0.7;

平均照度:Eav=20/30Lx，均匀度:Ue=Emin/Eav≥0.4;

照明功率密度:LPD<0.85/1.25W/m2。

辅路 (城市主干路):

平均亮度:Lav=1.5/2.0cd/m2，亮度总均匀度:Uo=Lmin/Lav≥0.4，亮度纵向均匀度≥0.7;

平均照度:Eav=20/30Lx，均匀度:Ue=Emin/Eav≥0.4;

图4 槐安路道路照明照片

照明功率密度:LPD﹤0.7/1.05W/m2。

3)道路照明方案及比较

A照明方式:主路高架桥上采用10米单挑杆灯，灯杆对称布置，灯杆安装在桥梁两侧防撞墩上，灯杆间距30米;辅路道路照明方式采用12米双挑杆灯，灯杆安装在两侧绿化带内，灯杆间距35米;相交路口及渠化段加强照明采用18米中灯杆。横断面如图5所示。

B高压钠灯方案:初步设计阶段光源是按高压钠灯考虑的，其中主路高架桥上照明灯具容量为250W，辅路照明灯具容量为250W+150W，加强照明灯具容量为4×400W投光灯。

照度计算及功率密度计算:

(高压钠灯400W光通量48000lm，250W光通量28000lm，150W光通量15000lm)

图5 道路照明横断面示意图

E主路==43.5Lx高于标准要求;

LPD主路==1.11 W/m2满足标准;

E=辅路=0.78W/m2满足标准;

其中非机动车道计算略。

C电磁感应灯方案:施工图设计阶段确定采用电磁感应灯，其中主路高架桥上照明灯具容量为2×135W双光源，辅路照明灯具容量为 (165W+135W)双光源+135W，加强照明灯具容量为6×165W投光灯。

照度计算及功率密度计算:=30.5Lx满足标准;

LPD辅路=

(电磁感应灯165W光通量11000lm，135W光通量9000lm)

E主路==28Lx满足标准;

LPD主路==1.00W/m2满足标准;

E=辅路

LPD=辅路=0.78W/m2高于标准要求;

其中非机动车道计算略。

槐安路路灯灯杆安装后，2009年6月28日河北宝石节能照明科技有限责任公司的技术人员对现场桥上、桥下、渠化段及路口的道路照明效果进行了初步实测，部分实测数据如表1、表2所示。=21.8Lx满足标准;

表1 纵向照度 (单位:lx)

表2 横向照度 (单位:lx)

其中测试点0、a、b、c、d、e、f、g之间的间距为 3m。其中测试点 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12之间的间距为1m。

从实测数据可以看出，除路口照度偏低外，高架桥上、辅路、渠化段的照度都满足设计标准要求。路口照度偏低的主要原因，一是中杆灯上照明灯具有点少，二是电磁感应灯不适宜安装太高。建议今后在设计中杆灯时，应考虑增加投光灯灯具数量，或考虑高压钠灯和电磁感应灯两种光源混光照明。

D高压钠灯和电磁感应灯的比较:

为了说明问题我们取1km标准路段加1个路口的灯杆进行比较，两种照明光源方案的比较如表3所示。

表3 两种照明光源方案的比较 (1km)

从以上分析比较来看，在满足设计标准 (20/30lx)的前提下，电磁感应灯的用电量比高压钠灯少15%～20%，综合节电效果大于20%(这个计算结果只是工程个案);电磁感应灯对于机动车驾驶员来说视觉效果比高压钠灯好;电磁感应灯的寿命是高压钠灯的2.5倍，关于寿命问题据石家庄市路灯管理部门的反馈意见，市区近几年有多条城市支路、小区道路照明灯具更换为电磁感应灯以后，维护检修工作量大大减少，基层工作人员反映非常好。

槐安路本次改造9.54km，如果按1km道路照明减少用电量10kW(包括功率因数的影响)来计算，9.54km共节省用电量95.4kW，如果按道路照明灯具每年开灯4000h、每度电0.8元计算，每年道路照明可节约电费约30万元。

4 电磁感应灯的发展及推广应用

电磁感应灯有那么多的好处，为什么不大力推广使用呢?通过这次工程实践我们体会以下几点:

1)虽然电磁感应灯已经推出10年了，但还没有被广大的使用者了解。电磁感应灯目前还只是在专业技术人员中得闻其名。究其原因主要是宣传推广力度不够。

2)电磁感应灯的价格不菲，目前还处在一个比较高的价位，和节能灯及高压钠灯相比，虽然有着众多的优点，造价限制了广泛使用。

3)电磁感应灯的质量还有待提高，我国生产厂家产品质量参差不齐。目前，国家对于电磁感应灯还没有出台相应的标准，电磁感应灯的生产厂家良莠不齐，标准不一，导致用户对电磁感应灯的信任度不够。

4)电磁感应灯灯头型号及安装方式和现有的路灯灯具不统一，无法更换光源，必须更换整个灯具，因此不利于旧灯改造。

电磁感应灯要推广发展，产品生产厂家、工程设计人员、照明行业及科技部门要互相配合大力宣传，可以采用试点工程的方式加以推广。如在新建道路的照明工程中，整条道路使用电磁感应灯，这样，既能够达到整条道路的和谐统一，也可以方便统计数据，计算节能效果，使专业技术人员和广大人民群众能够了解电磁感应灯的节能功效，无形之中宣传了电磁感应灯的良好效果，配合国家有关绿色照明示范工程的要求，达到一举多得的效果。

总之，电磁感应灯这种新型照明光源的出现，是对绿色照明工程的有力支持，随着我国绿色照明事业的不断发展，电磁感应灯也会随之不断完善，克服自身的缺点和不足，在绿色照明工程中发挥自己的重要作用。

［1］城市道路照明设计标准.(CJJ45—2006)

［2］河北宝石节能照明科技有限责任公司无极灯资料

［3］毛永伟.浅谈无极灯在绿色照明中的重要作用