CC BY
178
Ш Энергетика
M PowerEngineering
Оригинальная статья / Original article УДК 621.321
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-165-177
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
© Л.М. Чеботнягин1, Д.Л. Юхимович2, К.Е. Кичкильдеев3
1 2
, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3Иркутский энергетический колледж, Российская Федерация, 664017, г. Иркутск, ул. Костычева, 1.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Приводятся результаты экспериментального исследования электрических и светотехнических характеристик осветительной продукции, в том числе оценка гармонических составляющих тока светодиодных светильников, включенных в существующую сеть потребителя электрической энергии. МЕТОДЫ. Для исследования электротехнических характеристик светильников в электрической сети потребителя использовался анализатор качества электрической энергии PQM-701 от компании Sonel. Для обеспечения точности измерений и учета случайной составляющей погрешности проводились десятикратные равноточные измерения. Проверка светотехнических характеристик светильников проводилась комбинированным прибором ТКА-ПКМ (61) с функцией люксметра. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. По результатам исследования можно сделать вывод, что энергоэффективность светодиодных светильников по сравнению со светильниками с люминесцентными лампами, как и ожидалось, приблизительно в 3 раза выше; коэффициент нелинейных искажений до 3 -х раз ниже, чем у традиционных; коэффициент мощности у всех испытанных светильников выше 0,9. ВЫВОДЫ. Установлено, что светодиодные светильники проявили себя лучше традиционных светильников с люминесцентными лампами как по энергоэффективности, так и по своему влиянию на напряжение питающей сети и могут использоваться в качестве замены традиционных источников искусственного освещения.
Ключевые слова: светодиод, светильник, энергоэффективность, осциллограмма, гармоника, гармонические составляющие, искажения, качество электроэнергии, освещенность.
Формат цитирования: Чеботнягин Л.М., Юхимович Д.Л., Кичкильдеев К.Е. Исследование электрических и светотехнических параметров светодиодных светильников // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 1. С. 165-177. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-165-177
STUDY OF LED ELECTRICAL AND LIGHTING PARAMETERS L.M. Chebotnyagin, D.L. Yukhimovich, K.E. Kichkildeev
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
Irkutsk Power Engineering College,
1, Kostychev St., Irkutsk, 664017, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The article presents the results of experimental studies of electrical and lighting characteristics of lighting equipment including the evaluation of harmonic components of the current of LED lamps that are included in the existing network of electrical energy consumers. METHODS. A power quality analyzer PQM-701- Sonel was used for the study of electrical characteristics of luminaries in the consumer's electrical network. Tenfold equal observations were carried out to ensure the accuracy of measurements and account of a random error component. Checking of lighting characteristics of luminaries was performed by a combined device TKA-PKM (61) with a light meter function. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The research results allow to conclude that the energy efficiency of LEDs is 3 times higher than that of the luminaries with fluorescent lamps, as it was expected, the nonlinear distortion factor is up to 3 times lower than that of conventional luminaries. The power factor of all tested luminaries is above 0.9. CONCLUSIONS. It is determined that LEDs perform better than traditional luminaries with fluorescent lamps, both in energy saving and in their in-
1Чеботнягин Леонид Михайлович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры электроснабжения и электротехники, e-mail: leonidchebotnyagin@yandex.ru
Leonid M. Chebotnyagin, Candidate of technical sciences, Senior Lecturer of the Department of Power Supply
and Electrical Engineering, e-mail: leonidchebotnyagin@yandex.ru
2Юхимович Дмитрий Леонидович, магистрант, e-mail: uhimovich@gmail.com
Dmitry L. Yukhimovich, Master's degree student, e-mail: uhimovich@gmail.com
3Кичкильдеев Константин Евгеньевич, преподаватель, e-mail: kostia_kii@mail.ru
Konstantin E. Kichkildeev, Lecturer, e-mail: kostia_kii@mail.ru
fluence on the supply voltage. Also they can be used as substitutes for traditional sources of artificial illumination. Keywords: LED, energy efficiency, oscillogram, harmonics, harmonic components, distortions, electrical energy quality, illumination
For citation: Chebotnyagin L.M., Yukhimovich D.L., Kichkildeev K.E. Study of LED electrical and lighting parameters. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 1, pp. 165-177. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-165-177
Введение
В последние десятилетия сформировалась общемировая тенденция развития и внедрения энергосберегающих технологий. Принимаются нормативы энергосбережения, разрабатываются и корректируются программы по энергоэффективности.
Одной из сфер использования электрической энергии, в которой стали активно применяться энергосберегающие технологии, является освещение. В России переход на более эффективные источники света фактически стал реализовываться со вступлением в силу Федерального закона № 261-ФЗ от 23.11.2009 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»4, который определил направление снижения оборота ламп накаливания, в особенности для организаций бюджетной сферы. Это повлекло увеличение использования люминесцентных ламп, обладающих меньшей потребляемой мощностью при большем световом потоке. Однако на сегодняшний день люминесцентные лампы не являются самыми эффективными источниками света, кроме того, они обладают существенным недостатком - нали-
чием в своем составе ртути, что нередко вызывает проблемы при их утилизации.
Одним из перспективных направлений развития осветительной техники стало внедрение светодиодных источников света. К концу 2005 г. производители светодиодов смогли увеличить световую отдачу отдельных образцов до 100 лм/Вт, в результате чего появилась возможность конкурировать по этому параметру с люминесцентными лампами. Одним из стимулов для внедрения светодиодного освещения стало Постановление Правительства РФ от 28.08.2015 № 8985, в котором с 01.07.2016 г. при осуществлении закупок для обеспечения государственных и муниципальных нужд был введен запрет на приобретение: люминесцентных ламп (цоколь G13) с индексом цветопередачи менее 80; компактных люминесцентных ламп; светильников для люминесцентных ламп с цоколем G13 и др.
Светодиодная осветительная техника при всей своей экономичности и технологической эффективности является для питающей электрической сети нелинейной нагрузкой. Увеличение числа подобных нагрузок приводит к росту гармонических искажений в системе электроснабжения
4Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ (действующая редакция, 2016) [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978/ (22.12.2016). / On energy saving and energy efficiency improvement and on the Amendments to certain legislative acts of the Russian Federation: the Federal Law of 23 November 2009 No. 261-FZ (as amended, 2016). Available at: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978/ (accessed 22 December 2016).
5О внесении изменений в пункт 7 Правил установления требований энергетической эффективности товаров, работ, услуг при осуществлении закупок для обеспечения государственных и муниципальных нужд: утв. постановлением Правительства РФ 28 авг. 2015 № 898 // Собрание законодательства РФ. 2015. № 36. Ст. 5038. / On amendments to the paragraph 7 of the Rules of establishing energy efficiency requirements of goods, works and services in procurement for state and municipal needs: approved by the Resolution of the Government of the Russian Federation of 28 August 2015 No. 898. Collected Legislation of the Russian Federation. 2015, no. 36, article 5038.
потребителя и оказывает отрицательное влияние на качество электрической энергии. Высшие гармоники (ВГ) в системе электроснабжения оказывают негативное воздействие по ряду причин: значительно увеличиваются погрешности результатов измерений приборов учета электроэнергии; возникают дополнительные потери мощности в трансформаторах и электрических сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей; сокращается срок службы изоляции; ухудшается работа устройств связи [1].
Негативное влияние ВГ на систему электроснабжения потребителя в основном связано с условиями, которые складываются на его собственном участке ответственности и лишь изредка привносятся от источника питания [1].
При этом есть вероятность распространения ВГ в электрическую сеть источника, что может повлечь ухудшение работы энергосистемы в целом. Для снижения уровня гармонических искажений напряжения в системе электроснабжения потребителя, в которой доля осветительной нагрузки может достигать 20-30% от всей нагрузки, необходимо иметь представление о последствиях массового перехода на светодиодные источники света. Также необхо-
Методы исследования
Исследование электротехнических характеристик светильников. Основными типами осветительных устройств, используемых для освещения офисных помещений, учебных аудиторий, лабораторий, кабинетов являются светильники ARS/S 418, ARS/S 236, Arctic 236 или их аналоги. В качестве источников света в них используются люминесцентные лампы с цоколем G13, мощностью 18 и 36 Вт. На смену этим светильникам должны прийти светодиодные решения с аналогичными или лучшими светотехническими параметрами.
Для проведения исследования представителями отечественных фирм-
димо учитывать возрастающее количество производителей светодиодной продукции, которые зачастую стремятся снизить себестоимость своей продукции, пренебрегая качеством.
Проблема электромагнитной совместимости первых на российском рынке коммерческих светодиодных светильников поднималась в [2]. Исследования спектрального состава токов и напряжений светодиодных и газоразрядных источников света проводились ранее в [3]. По этим результатам некоторые источники света имеют гармонические составляющие тока, которые превышают нормативные значения, в частности светодиодные осветительные устройства, а также компактные люминесцентные лампы и газоразрядные лампы высокого давления (типа ДРВ) имеют в спектрах токов весьма существенную величину гармонической составляющей 3-го порядка (3-ю гармонику), а некоторые также 9-ю и 15-ю.
В связи с этим целью работы является экспериментальное исследование электрических и светотехнических характеристик осветительной продукции ряда производителей, оценка гармонических составляющих тока светодиодных светильников, включенных в существующую сеть потребителя электрической энергии.
и его результаты
производителей предоставлены некоторые модели, распространенные на российском рынке. Основные технические характеристики светильников представлены в табл. 1.
Для сравнения в исследовании участвовал светильник ARS/S 418 с четырьмя люминесцентными лампами мощностью 18 Вт и световым потоком 1050 лм.
В качестве источника питания светильников принята существующая электрическая сеть потребителя. Использование существующей сети потребителя, а не эталонного источника обусловлено необходимостью анализа поведения различных источников света в действующих электро-
установках. Электрическая сеть действующих электроустановок является динамичной, электрические нагрузки в такой сети постоянно и заметно меняются, внося в ее работу гармонические искажения.
Для исследования работы светодиодных светильников в электрической сети потребителя использовался анализатор качества электрической энергии PQM-701 от компании Sonel. При помощи специализированного программного обеспечения Sonel Аnаlysis 2 версии 2.6.2 [4] фиксировались результаты измерений гармонических составляющих напряжения и тока, суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения и силы тока, активная, реактивная мощности и мощность искажений, а также коэффициенты
мощности PF и cosф.
Схема проведения испытаний представлена на рис. 1.
Для обеспечения точности измерений и учета случайной составляющей погрешности проводились десятикратные равноточные измерения. Анормальные результаты исключались из ряда наблюдений. Случайная составляющая вычислялась при доверительной вероятности равной 0,95. За оценку результата измерений принималось среднеарифметическое значение ряда наблюдений. В случае совпадения результатов во всех десяти измерениях одной величины делался вывод об отсутствии случайной составляющей погрешности.
Таблица 1
Технические данные светодиодных светильников
Table 1
_Technical specifications of LEDs_
Модель светильника / Luminaire model Световой поток, лм / Luminous flux, Цветовая температура, К / Color Мощность, Вт / Power, W Коэффициент мощности , cos9 / Power factor, cos9
lm temperature, K
0HA-52-7280 7280 5000 39 0,93
Ledel L-office32 S 3325 5000 32 0,95
Varton V-01-070 3800 6500 36 0,97
Ledcraft LC-US-40-DW 3000 4000 30 0,95
OHC-40 5000 4500 42 0,96
Varton Strong 4200 4000 36 0,98
Рис. 1. Схема проведения испытаний: 1 - трансформатор тока; 2 - светильник;
3 - анализатор PQM-701 Fig. 1. Scheme of testing: 1 - current transformer; 2 - luminaire; 3 - analyzer PQM-701
Непосредственно перед исследованием влияния работы светодиодных светильников на питающую сеть проведены измерения электрических величин для активной нагрузки в существующей системе электроснабжения потребителя. С точки зрения качества напряжения для нормальной работы электрического оборудования, подключенного к сети переменного тока, оптимальной является идеально синусоидальная форма питающего напряжения. В ГОСТ 32144-20136 установлены нормы для показателей качества электрической энергии.
Величины гармоник напряжения представлены в процентном отношении от действующего значения напряжения на рис. 2.
Из представленной на рис. 2 осциллограммы видно, что напряжение в существующей электрической сети изначально имеет отклонения от синусоидальной формы. Ток в активной нагрузке абсолютно
точно совпадает по форме с напряжением. Уровни гармоник тока в активной нагрузке ожидаемо повторяют уровни гармоник напряжения питающей сети. Частота сети равна 50 Гц.
Измеренные значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения не выходят за нормы, установленные в ГОСТ 32144-2013. Однако эти значения для нечетных гармоник с третьей (^ш) по семнадцатую (иН17) не удовлетворяют требованиям, предъявляемым источнику питания для проведения испытаний, указанным в приложении А ГОСТ 30804.3.2-20137. Это означает, что изначальные искажения питающего напряжения могут повлиять на точность измерений гармонических составляющих тока светильников. Несмотря на это, дальнейшие исследования проводились в реальных условиях эксплуатации оборудования в сети действующей электроустановки.
a b
Рис. 2. Осциллограмма напряжения и тока в активной нагрузке (а). Гармоники напряжения сети
и тока в чисто активной нагрузке, начиная с третьей (b) Fig. 2. Oscillogram of voltage and current in resistive load (а). Voltage and current harmonics in a purely
resistive load starting from the third (b)
6ГОСТ 32144-2013. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения: введ. приказом Росстандарта от 22.07.2013 № 400-ст. М.: Стандартинформ, 2014. / GOST 32144-2013. Interstate standard. Electric Energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Electric energy quality standards in public power supply systems: introduced by the Rosstandart Order of 22 July 2013 No. 400-ст. Moscow, Standartinform Publ., 2014.
7ГОСТ 30804.3.2-2013 (IEC 61000-3-2:2009). Межгосударственный стандарт. Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний: введ. приказом Росстандарта от 22.07.2013 № 423-ст. М.: Стандартинформ, 2014. / GOST 30804.3.2-2013 (IEC 61000-3-2:2009). Interstate standard. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Emission of current harmonic components by technical equipment consuming less than 16 A (per phase). Test norms and methods: introduced by the Rosstandart Order of 22 July 2013 No. 423-ст. Moscow, Standartinform Publ., 2014.
Осциллограммы и гармоники тока исследуемых осветительных устройств представлены на рис. 3-9. Результаты измерений и оценки случайных составляющих погрешностей измерений гармоник тока приведены в табл. 2-8. Выделенные
столбцы содержат значения гармоник, которые превысили нормы, установленные в ГОСТ 30804.3.2-2013 для технических средств класса С (осветительное оборудование).
Рис. 3. Осциллограмма напряжения и тока (а), гармоники тока (b) в ARS/S 418 Fig. 3. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in ARS/S 418
Результаты измерений гармоник тока светильника ARS/S 418 Measurement results of ARS/S 418 luminaire current harmonics
Таблица 2
Table 2
b
a
Результаты / Results IH1 (H3 IH5 IH7 IH9 Ih11 Ih13 Ih15 Ih17
Hn, мА 432,20 54,11 18,1 50,4 50,3 91,1 26,0 9,0 44,80
AIHn, мА - 0,99 1,4 1,2 2,5 1,7 1,0 1,1 0,75
Hn, % - 12,52 4,19 11,66 11,64 21,08 6,01 2,09 10,37
AHn, % - 0,23 0,32 0,28 0,58 0,39 0,23 0,25 0,17
(допусь % / |allowable, % - 28,2 10 7 5 3 3 3 3
Рис. 4. Осциллограмма напряжения и тока (a), гармоники тока (b) в ОНА 52-7280 Fig. 4. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in ОНА 52-7280
b
a
Таблица 3
Результаты измерений гармоник тока светильника ОНА 52-7280 Measurement results of ОНА 52-7280 luminaire current harmonics
Table 3
Результаты / Results /н1 /нз /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
Hn, мА 225 1,66 19,41 8,73 8,674 9,62 3,30 2,36 4,535
Д/Нп, мА - 0,86 0,10 0,10 0,076 0,63 0,42 0,21 0,058
Hn, % - 0,74 8,627 3,881 3,855 4,27 1,47 1,049 2,016
ДНп, % - 0,38 0,044 0,046 0,034 0,28 0,19 0,096 0,026
(допусь % / /allowable, % - 28,47 10 7 5 3 3 3 3
a b
Рис. 5. Осциллограмма напряжения и тока (а), гармоники тока (b) в Ledel L-office 32 S Fig. 5. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in Ledel L-office 32 S
Таблица 4
Результаты измерений гармоник тока светильника Ledel L-office 32 S
Table 4
Measurement resu
ts of Ledel L-office 32 S luminaire current harmonics
Результаты / Results /Н1 /Н3 /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
/нп, мА 153 9,42 22,75 5,11 10,74 11,11 1,70 4,51 3,74
Д/Нп, мА - 0,15 0,17 0,25 0,15 0,32 0,21 0,28 0,10
/Нп, % - 6,16 14,87 3,34 7,02 7,26 1,11 2,95 2,444
Д/Нп, % - 0,10 0,11 0,16 0,10 0,21 0,14 0,18 0,065
(допусь % / /allowable, % - 27,9 10 7 5 3 3 3 3
a b
Рис. 6. Осциллограмма напряжения и тока (a), гармоники тока (b) в Vаrton V-01-070 Fig. 6. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in Vаrton V-01-070
Таблица 5
Результаты измерений гармоник тока светильника Varton V-01-070 Measurement results of Varton V-01-070 luminaire current harmonics
Table 5
Результаты / Results /Н1 /Н3 /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
Hn, мА 190 9,810 10,710 12,770 9,55 6,67 4,96 3,61 3,602
Д/Нп, мА - 0,069 0,053 0,090 0,23 0,15 0,30 0,20 0,092
iHn, % - 5,163 5,637 6,721 5,03 3,508 2,61 1,90 1,896
ДНп, % - 0,037 0,028 0,047 0,12 0,079 0,16 0,10 0,048
(допусь % / /allowable, % - 28,2 10 7 5 3 3 3 3
a b
Рис. 7. Осциллограмма напряжения и тока (a), гармоники тока (b) в Ledcraft LC-US-40-DW Fig. 7. Oscillorgam of voltage and current (a), current harmonics (b) in Ledcraft LC-US-40-DW
Таблица 6
Результаты измерений гармоник тока светильника Ledcraft LC-US-40-DW
Table 6
Measurement results of Ledcraft LC-US-40-DW luminaire current harmonics
Результаты / Results /Н1 /Н3 /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
/нп, мА 193,90 32,06 7,535 12,79 7,474 3,22 4,05 2,804 2,25
Д/нп, мА - 0,24 0,062 0,19 0,089 0,10 0,17 0,076 0,11
/Нп, % - 16,53 3,886 6,596 3,855 1,661 2,086 1,446 1,159
Д/Hn, % - 0,12 0,032 0,096 0,046 0,053 0,086 0,039 0,058
(допусь % / /allowable, % - 29,1 10 7 5 3 3 3 3
a b
Рис. 8. Осциллограмма напряжения и тока (a), гармоники тока (b) в OHC-40 Fig. 8. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in OHC-40
Таблица 7
Результаты измерений гармонического состава тока светильника OHC-40
Table 7
Measurement results of OHC-40 luminaire current harmonics
Результаты / Results /н1 /H3 /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
Hn, мА 202,0 5,343 22,870 12,080 11,86 8,58 4,28 3,81 3,80
Д/Нп, мА - 0,098 0,096 0,094 0,17 0,14 0,11 0,15 0,15
Hn, % - 2,645 11,322 5,980 5,871 4,250 2,118 1,888 1,881
ДНп, % - 0,049 0,048 0,047 0,085 0,068 0,057 0,075 0,073
(допусь % / /allowable, % - 27,3 10 7 5 3 3 3 3
a b
Рис. 9. Осциллограмма напряжения и тока (a), гармоники тока (b) в Vаrton Strong Fig. 9. Oscillogram of voltage and current (a), current harmonics (b) in Vаrton Strong
Таблица 8
Результаты измерений гармонического состава тока светильника Vаrton Strong
Table 8
_Measurement results of Vаrton Strong luminaire current harmonics_
Результаты / Results /Н1 /Н3 /Н5 /Н7 /Н9 /Н11 /Н13 /Н15 /Н17
/нп, мА 180 10,75 10,46 13,21 10,33 8,48 3,97 3,52 4,46
Д/нп, мА - 0,11 0,19 0,13 0,16 0,57 0,33 0,07 0,16
/Нп, % - 5,972 5,81 7,339 5,737 4,71 2,21 1,956 2,477
Д/Нп, % - 0,061 0,11 0,072 0,089 0,32 0,18 0,039 0,089
(допусь % / /allowable, % - 28,2 10 7 5 3 3 3 3
В результате измерений гармоник тока светильника ОНС-40 были зафиксированы нехарактерные для данной группы потребителей и достаточно заметные четные гармоники. Для уточнения результата измерений проведены расчеты, по их результатам 1н2 = 16,526 ± 0,019%; 0,95; 10.
Большинство исследуемых светильников имеют превышение допустимых значений, установленных в ГОСТ 30804.3.22013. Чаще всего превышения наблюдались у нечетных гармоник /н5, /н7, /н9, /н11.
Это может быть связано с искажениями питающего напряжения, в спектральном составе которого наибольшие значения имеют нечетные гармоники с третьей (инз) по одиннадцатую (ин11). У одного из светильников превышений допустимых значений гармоник тока не зафиксировано, что говорит об эффективном подавлении искажений формы потребляемого тока драйвером светильника.
Результаты электрических измерений всех светильников сведены в табл. 9.
Таблица 9
Сводная таблица результатов электрических измерений
Table 9
Summary table of the results of electrical measurements_
Результаты / Results ARS/S 418 OHA 52-7280 Ledel Varton Ledcraft LC-US- 0HC-40 Varton
L-office 32 S V-01-070 40-DW Strong
I, мА 455,30 ± 0,35 226,90 ± 0,23 153,00 190,00 197,60 ± 0,37 207,00 182,00
THD, % 32,649 ± 0,096 11,73 ± 0,11 20,50 ± 0,10 12,693 ± 0,069 19,06 ± 0,12 23,264 ± 0,026 14,28 ± 0,10
P, Вт 102,66 ± 0,21 51,716 ± 0,027 34,27 43,5789 ± 0,0087 46,096 ± 0,011 45,604 ± 0,025 41,100 ± 0,024
Q, ВАр 12,90 ± 0,94 -16,430 ± 0,017 -11,041 ± 0,032 -13,6960 ± 0,0090 -7,3116 ± 0,0085 -16,6940 ± 0,0084 -13,695 ± 0,012
D, ВАр 34,479 ± 0,090 6,881 ± 0,088 7,640 ± 0,046 6,372 ± 0,028 8,975 ± 0,033 11,657 ± 0,017 6,684 ± 0,030
PF 0,94 0,949 0,93 0,94 0,97 0,91 0,94
cosy 0,99 0,95 0,95 0,95 0,99 0,94 0,95
Исследование светотехнических характеристик светильников. Для оценки энергоэффективности осветительного устройства требуется измерение значения его полного светового потока и сопоставление результата со значением потребляемой светильником электрической мощности. Измерение полного светового потока осуществляется несколькими способами [5-7]. Так как исследование проводилось в условиях действующей электроустановки, то оценить энергоэффективность [лм/Вт] и световой поток [лм] в соответствии с ГОСТ Р 55702-20138 практически не пред-
ставляется возможным. Поэтому в качестве сравнительной характеристики энергоэффективности светильников принималось отношение освещенности к мощности Е/Р [лк/Вт]. Все исследуемые светильники обладают близкими кривыми силы света. Измерение освещенности, создаваемой светильниками, проводилось в единых условиях, которые соблюдались на протяжении всех опытов.
Для идентичности условий создан лабораторный стенд, показанный на рис. 10.
Рис. 10. Проверка освещенности, создаваемой светильниками в идентичных условиях Fig. 10. Checking the lighting produced by luminaires in identical conditions
ГОСТ Р 55702-2013. Источники света электрические. Методы измерений электрических и световых параметров: утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 08 ноября 2013 г. № 1356-ст [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecolight.ru/sadm_files/Documents/2940413_GOST_R_55702-2013.pdf. / GOST P 55702-2013. Electric light sources. Measurement methods of electrical and lighting parameters: approved by the Order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology of 8 November 2013 No. 1356-ст. Available at: http://www.ecolight.ru/sadm_files/Documents/2940413_G0ST_R_55702-2013.pdf
Проверка освещенности, создаваемой светильниками, проводилась комбинированным прибором ТКА-ПКМ (61) с функцией люксметра [8]. Диапазон измерения освещенности прибора - от 10 до 200000 лк, основная абсолютная погрешность измерений освещенности ± 8,0%. Светильники располагались на расстоянии 2-х метров от измерительной плоскости, на которой были нанесены пять отметок. Измерительная плоскость имитировала рабочую поверхность, используемую в реальных условиях, например, рабочий стол. Измерения на каждой отметке проводились при включенном светильнике (этап I) и выключенном (этап II) для учета освещенности, создава-
емой естественным освещением. Результаты измерений в разных точках плоскости представлены в табл. 10. Освещенность, создаваемая непосредственно самим светильником, вычислялась как разность двух измерений (этап III). Средняя освещенность, создаваемая светильником, вычислялась как среднеарифметическое измерений в пяти точках исследуемой плоскости.
Разброс результатов измерений освещенности по точкам не превышает 20%. Изменения естественного освещения не оказали заметного влияния на итоговый показатель освещенности, создаваемой непосредственно светильниками.
Результаты сравнительного испытания освещенности The results of the comparative test of illumination
Таблица 10
Table 10
Модель светильника / Luminaire model Этап измерений / Measuring stage Точка измер< Measurement эния / point Средняя освещенность / Average illumination
1 2 3 4 5
ARS/S 418 I 472 440 491 500 435 286,4
II 180 162 210 200 154
III 292 278 281 300 281
OHA-52-7280 I 640 580 610 645 580 457,5
157 143 173 170 124,3
III 483 437 437 475 455,7
Ledel L-office 32 S I 520 501 520 538 470 319,3
186,5 168 210 230 158
III 333,5 333 310 308 312
Varton V-01-070 I 610 566 600 620 549 404,0
175 167,5 200 228 154,5
III 435 398,5 400 392 394,5
Ledcraft LC-US-40-DW I 580 560 600 610 550 393,6
180 170 210 216 156
III 400 390 390 394 394
OHC-40 I 690 650 655 710 625 542,1
126 118,9 131 150 93,7
III 564 531,1 524 560 531,3
Varton Strong I 429 410 424 470 404 328,2
II 97,8 95 102,8 118,9 81,3
III 331,2 315 321,2 351,1 322,7
Заключение
Перед проведением анализа основные результаты измерений сведены в таблицу с условным форматированием полу-
ченных параметров по цветовой шкале, более темным цветом выделены худшие результаты (табл. 11).
Сводная таблица результатов измерений Summary table of measurement results
Таблица 11 Table 11
Результаты / Results ARS/S 418 OHA 52-7280 Ledel L-office 32 S Varton V-01-070 Ledcraft LC-US-40-DW 0HC-40 Varton Strong
I, мА 455,3 226,9 153 190 197,6 207 182
THD, % 32,65 11,73 20,5 12,69 19,06 23,26 14,28
P, Вт 102,66 51,72 34,27 43,58 46,1 45,6 41,1
Q, ВАр 12,9 -16,43 -11,04 -13,7 -7,31 -16,69 -13,7
D, ВАр 34,48 6,88 7,64 6,37 8,97 11,66 6,68
PF 0,94 0,95 0,93 0,94 0,97 0,91 0,94
cosy 0,99 0,95 0,95 0,95 0,99 0,94 0,95
Е, лк 286,4 457,54 319,3 404 393,6 542,08 328,24
Е/P, лк/Вт 2,79 8,85 9,32 9,27 8,54 11,89 7,99
IH2, % 0,25 1,04 0,36 0,28 1,18 16,5 0,31
Следует отметить, что результаты измерений потребления мощности и тока светильников завышены за счет потребления мощности и тока измерительной цепью, включающей анализатор качества и трансформатор тока, кроме того, это вызвано превышением на 10% рабочего напряжения.
После анализа результатов измерений можно отметить следующее:
- Энергоэффективность светодиодных светильников по сравнению со светильниками с люминесцентными лампами, как и ожидалось, приблизительно в 3 раза выше.
- Коэффициент нелинейных искажений THD как основной показатель, характеризующий степень отличия формы сигнала от синусоидальной, у светодиодных решений заметно ниже, чем у традиционных (до 3-х раз).
- Результаты измерений мощности искажений О подтверждают предыдущий вывод.
- Коэффициент мощности РР у всех испытанных светильников выше 0,9, что можно считать хорошим результатом, следовательно, по этому параметру отсутствует заметная разница между светодиодными и традиционными осветительными устройствами.
- В отличие от светильников с люминесцентными лампами светодиодные имеют активно-емкостной характер нагруз-
ки, а это значит, что в условиях преобладания активно-индуктивной нагрузки в низковольтных электрических сетях наличие светодиодных светильников будет повышать общий cosф энергосистемы.
- Один из представленных осветительных устройств (ОНС-40) имеет значительные четные (в особенности вторую) гармоники, которых не должно наблюдаться в подобных устройствах. Возможно, что из-за этого факта данный светильник показал наивысший коэффициент нелинейных искажений из всех протестированных светодиодных светильников.
- Одиночные светильники потребляют слишком малый ток, поэтому по отдельности не могут внести сколько-нибудь заметного искажения напряжения питающей сети, вследствие этого в данном исследовании основное внимание было уделено искажениям формы тока и, соответственно, гармоникам тока, так как отклонение от синусоидальной формы этого параметра в результате и вызывает искажения формы рабочего напряжения.
- Испытанные светодиодные светильники в целом проявили себя лучше светильников с люминесцентными лампами как по энергоэффективности, так и по своему влиянию на напряжение питающей сети и могут использоваться в качестве замены традиционных источников искусственного освещения. Но следует отметить, что в испытаниях участвовали модели
с достаточно качественными комплектующими, и в существующих условиях, когда на рынке представлены некачественные продукты от недобросовестных производителей, следует внимательнее относиться к
Библиогр'а
1. Шри Карв. Активные фильтры гармоник [Электронный ресурс] // Интернет-журнал «Энергосбережение». 2004. № 4. URL: http://www.abok.ru/for_spec/ articles.php?nid=2561 (23.12.2016).
2. Николаев Д. Электромагнитная совместимость светодиодных светильников // Полупроводниковая светотехника. 2009. № 2. С. 32-33.
3. Боярская Н.П., Темербаев С.А., Довгун В.П., Кабак А.Л., Колмаков В.О. Анализ спектрального состава токов и напряжения светодиодных и газоразрядных источников света // Вестник КрасГАУ. 2013. № 8. С. 180-184.
4. Программное обеспечение Sonnel Analysis 2.0, руководство по эксплуатации, версия 1.00. [Элек-
выбору осветительных устройств на свето-диодах, так как негативное влияние некачественных устройств на питающую сеть может оказаться гораздо более значительным.
кий список
тронный ресурс]. URL: http://www.sonel.ru/com-mon/files/manual/sonel-analysis-20.pdf. (23.12.2016).
5. Сапожников Р.А. Теоретическая фотометрия. Л.: Энергия, 1967. 267 с.
6. Гуревич М.М. Фотометрия. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 272 с.
7. Bondarevskyi S., Danileyko O., Rozhnenko Zh. The development experience of the laboratory stand for comparative analysis of the sources energy efficiency of the artificial lighting // Technology Audit and Production Reserves, 2015. № 5/1 (25). P. 44-47.
8. Научно-техническое предприятие «ТКА» [Электронный ресурс] URL:http://www.tkaspb.ru/main/in-dex.php?productID=11 (23.12.2016).
References
1. Shri Karv. Aktivnye fil'try garmonik [Active harmonic filters]. On-line journal "Energosberezhenie" [Energy Saving]. 2004, no. 4. Available at: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2561 (accessed 23 December 2016).
2. Nikolaev D. Elektromagnitnaya sovmestimost' svet-odiodnykh svetil'nikov [LED electromagnetic compatibility]. Poluprovodnikovaya svetotekhnika [Solid-state lighting]. 2009, no. 2, pp. 32-33. (In Russian)
3. Boyarskaya N.P., Temerbaev S.A., Dovgun V.P., Kabak A.L., Kolmakov V.O. Analiz spektral'nogo sosta-va tokov i napryazheniya svetodiodnykh i gazora-zryadnykh istochnikov sveta [Spectral composition analysis of the current and voltage of LED and gasdischarge light sources]. Vestnik KrasGAU [The Bulletin of KrasGAU]. 2013, no. 8, pp. 180-184. (In Russian)
4. Programmnoe obespechenie Sonnel Analysis 2.0, rukovodstvo po ekspluatatsii, versiya 1.00. [Software
Sonnel Analysis 2.0, Operating Manual, version 1.00.]. Available at: http://www.sonel.ru/common/files/ma-nual/sonel-analysis-20.pdf (accessed 23 December 2016).
5. Sapozhnikov R.A. Teoreticheskaya fotometriya [Theoretical photometry]. Leningrad, Energiya Publ., 1967, 267 p. (In Russian)
6. Gurevich M.M. Fotometriya [Photometry]. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1983, 272 p. (In Russian)
7. Bondarevskyi S., Danileyko O., Rozhnenko Zh. The development experience of the laboratory stand for comparative analysis of the sources energy efficiency of the artificial lighting. Technology Audit and Production Reserves. 2015, no. 5/1 (25), pp. 44-47.
8. Nauchno-tekhnicheskoe predpriyatie "TKA" [Scientific and technical enterprise "TKA"] Available at: http://www.tkaspb.ru/main/index.php?productID=11 (accessed 23 December 2016).
Критерии авторства
Чеботнягин Л.М., Юхимович Д.Л., Кичкильдеев К.Е. провели экспериментальные исследования электрических и светотехнических характеристик светодиодных светильников, обобщили результаты и написали рукопись. Чеботнягин Л.М., Юхимович Д.Л., Кичкильдеев К.Е. имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 01.11.2016 г.
Authorship criteria
Chebotnyagin L.M., Yukhimovich D.L., Kichkildeev K.E. conducted experimental studies of electric and lighting characteristics of LED lamps, summarized the results and wrote the manuscript. Chebotnyagin L.M., Yukhimovich D.L., Kichkildeev K.E. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article
The article was received 01 November 2016
