Главная » Статьи » Энергосбережение

Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп и системы автоматического управления освещением.

Введение

На освещение тратится около 14 % всей вырабатываемой электроэнергии, поэтому повышение энергетической эффективности осветительных установок (ОУ) играет существенную роль в деле повышения экономии электроэнергии.

Составляющие ОУ и их функции


Составляющие ОУ

Функции

Источники света (ИС)

Генерация светового потока

Световые приборы

Распределение светового потока

Пускорегулирующие аппараты (ПРА)

Введение электрической энергии в ИС

Системы управления освещением (СУО)

Управление режимом освещения


в установках внутреннего освещения с ЛЛ ЭПРА позволяют сэкономить в нерегулируемом режиме от 22 до 42 % электроэнергии (за счет меньшего собственного потребления и увеличения светоотдачи ламп). Использование СУО дает возможность довести экономию до 61—82 % (за счет рационального выбора режима работы ОУ).

В системах наружного освещения эффект от применения ЭПРА и СУО также существенен, хотя и несколько меньше — около 40 %. Причем в основном этот эффект создается СУО (35 %), а доля ЭПРА в создании этого эффекта не превышает 5 %, так как по сравнению с ЭмПРА светоотдача ламп и потери в ПРА в обоих случаях примерно одинаковы.

Чтобы облегчить выбор ПРА с точки зрения энергоэкономичности, Комитет Европейской ассоциации производителей осветительных приборов и ПРА (CELMA) директивой EC № 2000/55/EG, начиная с 2000 года, ввел классификацию ПРА по индексу энергоэффективности, в соответствии с которой мощность, потребляемая комплектом ЛЛ+ПРА, разделена на 7 классов для каждого типа ЛЛ. В качестве примера в табл. 2 эта классификация приведена для комплекта ПРА+ЛЛ 36 Вт Т8. Там же приведены данные по экономии электроэнергии, получаемой при применении ПРА в соответствии с предложенной классификацией.

С целью стимулирования роста производства энергоэкономичных ПРА той же директивой запрещено применение в странах ЕС с 21 мая 2002 года ПРА класса D, а с 21 ноября 2005 года — ПРА класса С. К 2017 году планируется введение дальнейших ограничений на низкоэффективные ПРА (А3, В1, В2).

Для того, чтобы понять, в чем секрет таких больших возможностей экономии электроэнергии, рассмотрим основные типы и характеристики современных ПРА и СУО.

Пускорегулирующие аппараты

В зависимости от элементной базы ПРА различаются на электромагнитные (ЭмПРА) и электронные (ЭПРА).

ЭмПРА просты, дешевы, выпускаются по отработанной в течение многих десятилетий технологии, обеспечивающей высокую надежность. До последнего времени ЭмПРА являлись самым распространенным типом ПРА.

Однако при всей своей простоте, дешевизне и надежности ЭмПРА имеют существенные недостатки: значительную массу, большие габариты и потери мощности, ограниченные функциональные возможности, принципиально не позволяющие оптимальным образом согласовывать характеристики питающей сети и источников света, а следовательно, и не обеспечивающие все необходимые режимы зажигания и горения ламп. Следствием этого являются, например, высокий уровень пульсаций светового потока разрядных ламп (РЛ), акустический шум аппаратов, проблемы регулирования тока лампы. Кроме того, синусоидальная форма тока, которую обеспечивают ЭмПРА на частоте 50—60 Гц, является далеко не оптимальной для РЛ не только для уменьшения пульсаций светового потока, но и для повышения их световой отдачи и срока службы. Питание РЛ током прямоугольной формы или повышенной частоты (>1 кГц), обеспечиваемое переходом на ЭПРА, практически полностью исключает пульсации светового потока ламп, увеличивает их срок службы, а в случае ЛЛ на 10—25 % повышает их световую отдачу.

ЭПРА представляют собой, по существу, источники вторичного электропитания, предназначенные для работы с такой специфической нагрузкой, какую представляют из себя РЛ.

Благодаря наличию нескольких ступеней преобразования энергии (см. структурные схемы ЭПРА на рис. 3 и 4) ЭПРА обладают практически неограниченными функциональными возможностями, позволяющими выполнять все операции по преобразованию энергии, которые необходимы для формирования оптимальных пусковых и рабочих режимом РЛ, согласованию работы комплекта с питающей сетью и удовлетворению требований потребителя. Это обеспечивает ЭПРА следующие преимущества по сравнению с ЭмПРА:

1.  Увеличение световой отдачи (на 10—25 %) и срока службы (на 20—30 %) стандартных ЛЛ (например, Т8). Кроме того, благодаря ЭПРА появилась возможность создания новых типов ЛЛ с увеличенной светоотдачей (в качестве примера можно назвать серию ЛЛ типа Т5 со светоотдачей 90—104лм/Вт против 67—80 лм/Вт у стандартных ЛЛ типа Т8), а также принципиально новых безэлектродных индукционных и барьерных РЛ.

2.  Снижение в 1,5—2 раза потерь в ПРА при мощностях ламп до 100 Вт.

3.  Практическое отсутствие пульсаций светового потока РЛ и акустического шума ПРА.

4.  Возможность регулирования и стабилизации светового потока. Благодаря этому свойству ЭПРА являются наиболее распространенным исполнительным элементом в регулируемых ОУ.

5.  Уменьшение в несколько раз массы ПРА и большие возможности по варьированию размеров и формы ПРА, что открывает широкие перспективы по оптимизации конструкции светильников и созданию ЛЛ со встроенными ПРА (примером таких ламп являются нашедшие в последние годы широчайшее распространение компактные ЛЛ со встроенным ЭПРА).

6.  Возможность внедрения люминесцентного освещения в ОУ с питанием от источников постоянного тока (транспортное и аварийное освещение, подсветка жидкокристаллических дисплеев переносных ЭВМ и т.п.).

Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп высокого давления (РЛВД)

Прогресс в электронике и широкое внедрение в технику освещения РЛВД относительно небольшой мощности (от 20 до 150 Вт) стимулировали работы по созданию ЭПРА для РЛВД. В 90-е годы были разработаны такие ЭПРА для металло-галогенных и дуговых натриевых трубчатых ламп мощностью до 150 Вт. В настоящее время имеются разработки ЭПРА для РЛВД мощностью до 1000 Вт, применяемых главным образом для освещения теплиц.

В связи с проблемой «акустического резонанса» разработка ЭПРА для РЛВД ведется по двум структурным схемам — высокочастотной (> 20 кГц), совпадающей со структурной схемой ЭПРА для ЛЛ (см. рис. 3) и низкочастотной (десятки и сотни Гц) — рис. 4. В первом случае проблема «акустического резонанса» решается путем выбора диапазона частот, свободных от этого явления.

Во втором случае эта проблема решается путем работы на частотах, заведомо свободных от «акустического резонанса», а именно, 50—200 Гц, т.е. низких частотах. При этом для линеаризации динамической вольт-амперной характеристики ламп используется ток прямоугольной формы. В отличие от высокочастотной схемы низкочастотная содержит дополнительный блок — стабилизатор тока, выполненный по схеме импульсного высокочастотного регулятора, а инвертор служит только для периодического изменения полярности тока лампы (с частотой 50—200 Гц) с целью обеспечения симметричной работы электродов и недопущения возникновения катафореза. В ряде случаев инвертор выполняет также и функции зажигания лампы, тогда зажигающее устройство в виде отдельного блока отсутствует.

Рекомендации по применению ЭПРА

В нерегулируемых ОУ с ЛЛ рекомендуется применять нерегулируемые ЭПРА взамен ЭмПРА классов D и С. Начиная с 2017 г. эти рекомендации планируется расширить и на ЭмПРА классов В1 и В2.

В регулируемых ОУ с ЛЛ следует применять только регулируемые ЭПРА.

В регулируемых ОУ с РЛВД, модернизируемых на базе существующих нерегулируемых ОУ с ЭмПРА, рекомендуется применять централизованные регуляторы сетевого напряжения.

В новых регулируемых ОУ рекомендуется применять регулируемые ЭПРА.

Для ЛЛ Т5 необходимо применять только ЭПРА.

Автоматизированные системы управления освещением

Автоматизированные системы управления освещением решают одновременно следующие важнейшие задачи: экономию электроэнергии, улучшение комфортности освещения, повышение безопасности дорожного движения (для установок на-

ружного освещения), увеличение срока службы РЛ (благодаря меньшему времени их использования и исключению токовых перегрузок). Дополнительно эти системы могут взять на себя функции мониторинга, диагностики ОУ и устранения неисправностей за счет резервных осветительных приборов.

Датчики

Датчики освещенности предназначены для контроля освещенности на рабочем месте. В качестве датчика освещенности может быть использован, в принципе, любой светочувствительный прибор; обычно это фотодиод или фоторезистор.

Датчики присутствия предназначены для отключения светильников при отсутствии людей в помещении (с заданной временной задержкой). Датчики присутствия могут быть активными и пассивными. Активные датчики содержат узконаправленные излучатели с длиной волны от световой до ультразвуковой и соответствующие приемники, расположенные в противоположном конце помещения. Принцип действия датчиков основан на регистрации прерывания луча движущимися объектами. Пассивные датчики содержат приемники инфракрасного излучения, регистрирующие картину теплового поля, создаваемого людьми в помещении. В случае, если эта картина в течение определенного времени не изменяется, датчики посылают сигнал на отключение освещения.

Датчики электрических параметров ОУ снимают информацию о величине напряжения, токе и потребляемой мощности в каждой фазе, об обрывах и замыканиях в питающих сетях и т.п.

Ручное управление осуществляется переносными дистанционными пультами управления с радиочастотными, инфракрасными или ультразвуковыми излучателями, а также выключателями или потенциометрами, устанавливаемыми рядом с выключателями.

Исполнительные устройства. В зависимости от выполняемой функции и вида нагрузки исполнительные блоки можно классифицировать на 3 группы: переключатели (целесообразны в основном для уличных светильников с натриевыми лампами и ЭмПРА с дополнительной обмоткой), регуляторы сетевого напряжения и регулируемые пускорегулирующие аппараты. Наиболее перспективными для этой цели являются регулируемые ЭПРА.

Рекомендации по применению систем управления освещением помещений

Для помещений площадью более 50 м2 следует применять автоматические устройства регулирования искусственного освещения в зависимости от естественной освещенности помещения.

В учебных классах, спортивных и актовых залах, в конструкторских бюро, в рабочих кабинетах поликлиник и других учреждений здравоохранения следует предусматривать либо отключение светильников рядами, параллельными световым проемам, либо плавное или ступенчатое регулирование в зависимости от естественного освещения.

Освещение лестниц, холлов, коридоров общественных зданий должно иметь автоматическое или дистанционное управление, обеспечивающее отключение части светильников в ночное время.

Управление рабочим освещением в торговых залах площадью 300 м2 и более, в актовых залах, конференц-залах, обе-

денных залах столовых и ресторанов с числом мест свыше 100, вестибюлях и холлах гостиниц должно быть централизованным.

Для управления освещением лестниц, лифтовых холлов, поэтажных коридоров, вестибюлей и других вспомогательных помещений, для местного управления освещением проходов и лестничных клеток в общественных зданиях рекомендуется использовать СУО, в том числе с датчиками присутствия.

Фирмой Philips была в классе школы оборудована осветительная установка со светильниками с ЛЛ TL5 (12 светильников в классе) и система управления ActiLume. Экономия электроэнергии составила 54 %, а соответствующее снижение выделения двуокиси углерода — на 324 кГ.

Внедрение ЭПРА и СУО имеет существенные экономические, экологические и гигиенические достоинства:

—  меньшие затраты на электроэнергию;

—  меньшие затраты на лампы и их замену благодаря увеличению их срока службы при работе с ЭПРА и СУО;

—   меньшие расходы на кондиционирование воздуха благодаря повышению КПД ОУ;

—  снижение объемов сжигаемого органического топлива и выделяемой в атмосферу двуокиси углерода;

—   снижение затрат на утилизацию разрядных ламп благодаря увеличению их срока службы;

—  снижение пульсаций светового потока;

—  повышение зрительного комфорта;

—  возможность индивидуальной настройки освещения.

Программы развития Организации Объединенных Наций (ПРООН) в Российской Федерации, http://www.undp.ru/index.php?iso=RU&lid=2&cmd=publications1&id=139

Категория: Энергосбережение | Добавил: Вектор-СК (27.05.2013)
Просмотров: 846 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]