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建筑电气安全检测试验台照明子系统的设计与实现

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-10  来源:《电气&智能建筑》  作者:申莉 汪苏 王亚慧 任红
1 前言
 
近年来,随着城市化的高速发展,一座座高层建筑拔地而起,我国建筑电气发展迅速,技术要求也越来越高,对建筑电气的可靠性、功能的齐全性要求也越来越高。建筑电气正朝着智能化的方向发展,而建筑的可靠性和功能性必然是以科学技术背景来实现的。同时建筑的智能化也使得建筑物中经常会受到一些不可避免因素的影响,从而使整个系统出现多种故障,给生产带来极大的损失。因此,笔者提出了建筑电气安全检测,意在将模拟的建筑电气试验平台的检测技术应用于实际的工程中。
 
2 建筑电气概述
 
建筑电气的概念可分为广义概念和狭义概念。
 
广义概念:以建筑为平台,以电气技术为平台手段,在有限空间内,为创造人性化生活环境的一门应用学科。
 
狭义概念:在建筑中,利用现代先进的科学理论及电气技术,创造一个人性化生活环境的电气系统,统称范围建筑电气[1]。
 
3 电气安全检测
 
如今建筑电气安全检测技术在国外的研究已很成熟,而在我国还处于萌芽阶段。在建筑电气试验平台中,检测内容主要包括几点:①电气系统的线路阻抗;②电气系统的绝缘电阻;③电气系统的接地电阻;④电气系统连续性电阻。
 
4 实验部分
 
4.1 MA2067试验台
 
该实验是以德国进口的建筑电气测试平台MA2067为实验对象,对该试验箱进行民用建筑中电气设备的模拟,通过拨动开关S1-S22来设置故障,模拟了实际建筑电气系统中的电动机、洗衣机、供暖、弱电保护电路等的故障。
 
该实验台主要由弱电系统、强电系统、防雷系统和接地电阻系统组成。其中,强电系统又分为单相和三相系(TN、TT、IT);弱电部分又包括弱电保护板和故障设置板两部分[1]-[2]-[3]。另外设计了新的试验台并成功进行了安装(图1为原实验台示例图)。
 
在测量故障过程中使用的是德国某公司生产的Eurotest 61557测试仪,表1是使用Eurotest 61557测试仪测量新试验箱故障值:
 
为了弥补进口试验箱无照明测试系统的不足,笔者自行设计并实现了照明子系统。本文就这些内容加以详细介绍。
 
4.2 建筑电气实验平台照明子系统
 
(1)照明子系统简介
 
照明的出现给人类带来了极大的方便,没有照明,人类许多夜间活动都将无法进行,是照明给人类的生活、生产和日常各类活动提供了方便,为人类的生存与发展打下了坚实的基础。
 
在照明子系统中笔者选择了四种经常使用的灯具,分别为节能灯、荧光灯1、荧光灯2、金属卤灯。选择四种常用灯具的目的是通过比较灯具的照度与亮度,选择一种最节能的灯具,使系统达到节能的目的。另外,选择不同的灯具组合发亮,每个灯具能单独调节亮度,方便仪器进行测量。在选择灯具的过程中,由于试验台的尺寸是100×60cm,面积比较小,所以只能选择体积较小的灯具。
 
(2)照明工程中常用的测试参数及仪器仪表[6]
 
照明工程中经常测量的参数有显色性、光通量、发光强度、亮度、照度等。
 
在本实验中,使用的测量仪器是Multinorm MI 6201便携式多功能手持式仪,该仪器可以连接各种探头,我们使用的测量探头是B型照度探头A1092和B型亮度探头A1132;最后应用Sensor link来进行照度与亮度的仿真。其中,Multinorm MI 6201仪器前面板有13个键及一个160×160点阵的图形显示器。
 
(3)设计原理图
 
由于条件限制,本实验中照明设计部分不能采用智能照明控制系统,只能通过预先设计好的电路,按照想要实现的功能组合来完成。调光只能通过普通的调光器针对普通的光源进行调节。进而进行照明参数的测量,最终的目的是要通过设置建筑照明的故障,将其应用于实际工程中[11]。
 
我们已经设计了两种原理图,图2是手动控制电路,图3是智能控制电路中的调光系统,图4是智能开关控制系统。如图2~4所示,一组开关的四个控制器分别控制三个串联的荧光灯1、三个串联的节能灯、三个串联的金卤灯和三个串联的荧光灯2,另一组开关的四个控制器分别控制一个荧光灯1、一个节能灯、一个金卤灯和一个荧光灯2,实现了不同的开关控制不同组合的灯。
 
(4)实验过程
 
在测量过程中,注意保持了各测量仪器的清洁,以确保各仪器工作的稳定性,另外我们在实验室条件下测量时,尽量确保温度在25℃;并分五种情况测量参数,分别为实验室全遮蔽、打开实验室的门、点亮室内的每种灯、关灯但阳光射入、开灯并让阳光射入;此外,因为试验台面积有限,每种灯具的距离相对比较近,每个灯受到外界的影响比较大,所以,在测量过程中我们还考虑到了哪个灯亮时,相邻一定距离的灯具发光时对该灯具的影响;然后控制时间,测量单位时间内各参量随时间的变化值。在实验中测量了照度与亮度的五种情况下的参数值。 
 
在测量照度与亮度过程中使用的是B型照度探头A1092和B型亮度探头A1132,直接将探头插入MI6201的一端,然后点击开始按钮,将测量仪器置于距离灯具约0.8m的位置即可开始测量。
 
(5)设计效果图
 
图5为所有灯具都发光时的效果图,图6为每种灯具的一个灯发光时的效果图。
 
(6)实验结果
 
在测量过程中,测量距离是80cm,测量时间是55s,测量间隔时间为5s,表2中的测量结果选取的是这段时间内的平均值。
 
(7)仿真结果
 
在本实验中,所使用的仿真软件是Sensorlink PR,另外选取了两种情况下的照度值与亮度值的比较,分别为实验室全封闭时与关灯有入射光时荧光灯1的照度与亮度的仿真结果(如图7~10所示),分别表明了随着时间的变化照度与亮度在各个时间段的最大值、最小值、平均值与当前值的变化情况,由显示结果可知,外界环境的改变对照度值与亮度值的影响比较大。如图7、图8是照度值的比较,图9、图10则是亮度值的比较。
 
5 结束语
 
从测量结果可以看出:①在点亮室内灯具,关灯有入射光、开灯有入射光三种情况下,其照度与亮度值变化不大,即在有入射光存在的情况下,开灯与关灯对照度与亮度值几乎无任何影响。而在晚上点亮室内灯具时,晚上室内灯具发出的光与白天的入射光的照度与亮度值相抵消;②实验室全遮蔽与实验室开门两种情况下其照度与亮度值无太大差别,说明外界的通风对照度与亮度无太大影响。③由①和②可得,外界光源的作用,对照度的影响比较大,对亮度有影响,但幅度不大。此外,照度值与亮度值在一定范围内是相互影响的;④相比较可知,具有相同功率的灯具中,荧光灯的亮度是最大的,所以是四种灯具中节能性能最好的。
 
在后续试验中,笔者将通过多Agent算法分析故障,进而避免或减少照明系统中不必要的损失,然后在试验台上添加电流电压传感器,使该试验台能够测量电流和电压,最后对模拟的建筑电气系统进行故障诊断,进而将其应用于实际的建筑系统中,使实际系统中的故障达到智能诊断的目的,减少不必要的人工浪费。
 
参考文献
1 洪元颐.“建筑电气”的概念[J].《建筑电气》,2010年 第1期
2 王亚慧.张龙.建筑电气系统故障模拟实验平台[J].《现代建筑电气》,2013;05
3 霍一峰.王亚慧.基于神经网络的建筑电气故障诊断研究[D].[学位论文].北京建筑工程学院:图书馆.2012;3
4 吴茜.王亚慧.基于RBF与BP神经网络的建筑电气系统故障诊断比较研究[J].北京建筑工程学院学报.2012年12月,第28卷 第4期
5 于银川.电力系统常见电气故障的特征量及其诊断[J].热电技术.2013年第1期(总第117期)
6 张庆贵.民用建筑电气常见故障分析及其改进设计[J].高教论述.2013;21
7 李国宾.谈健芳.实用电气工程设计手册[M].上海科学技术文献出版社:上海市电气工程设计研究会.2010;6
8 肖辉.汪镭等.电气照明技术[M].机械工业出版社.2009.9
9 吕琛.栾家辉.刘红梅.故障诊断与预测[M].北京航空航天大学出版社
10 方波.曹刚.道路照明的亮度测量方法[J].中国照明电路.2008;12
11 孟令涛.贺晓阳,杨轶.一种道路照明照度测试方法和数据处理系统[J].大连工业大学学报.2012;01
12 邓薇.浅谈建筑电气智能化设计对智能建筑发展的影响[J].湖北土建.第38期专刊
 
 
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