CC BY
74
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕ -
УДК 621.327.54
П.П. Долгих
МЕТОДИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫХ ЛАМП
В статье показано, что характеристики металлогалогенных ламп, используемых при выращивании растений в установках закрытого грунта, значительно изменяются в процессе эксплуатации. Предложено для стабилизации светотехнических характеристик использовать перекомпоновку облучателей, пользуясь данными, полученными на измерительном стенде.
Ключевые слова: измерительное оборудование, лампы, теплицы.
P.P. Dolgich
TECHNIQUE AND THE EQUIPMENT FOR THE RESEARCH OF THE METAL- HALIDE LAMP CHARACTERISTICS
The article proves that the metal- halide lamp characteristics used at cultivation of plants in the installations of the closed ground considerably vary while in service. It is offered to use the reconfiguration of irradiators for stabilisation of lighting characteristics using the data received at the measuring stand.
Key words: measuring equipment, lamps, greenhouse.
В настоящее время в теплицах преобладают облучатели с металлогалогенными лампами (МГЛ) мощностью 400, 1000 и 2000 Вт, что обусловлено высоким фотосинтезным КПД и преимуществами за счет улучшенного спектрального состава. Однако отмечаются низкие срок службы и нестабильность параметров [1].
Известно [2], что напряжение сети оказывает более сильное влияние на характеристики МГЛ, чем на характеристики дуговых ртутных ламп ДРЛ, также у МГЛ при переходе из вертикального в горизонтальное положение световой поток уменьшается в пределах 5-18%. Кроме того, необходимо учитывать, что в реальных условиях при наличии эксплуатационных воздействий различной природы происходят, как постепенные отказы, связанные со старением ламп, так и внезапные отказы, не зависящие от времени наработки. Основой мероприятий, обеспечивающих энерго-и ресурсосбережение в облучательных установках при соблюдении требований к радиационному режиму растений, может стать аттестация применяемых источников излучения [3]. Такая аттестация позволит организовать эффективную эксплуатацию современных облучательных установок, имеющих повышенную чувствительность к отклонениям от расчетных режимов использования, часто возникающих в реальных условиях сельскохозяйственного производства.
Внедрение системы аттестации сдерживается из-за отсутствия технических средств аттестации, являющихся одним из основных инструментов решения поставленной проблемы и методик принятия решения о состоянии источников излучения (Ии).
Поэтому создание стенда и разработка методики для исследования характеристик металлогалогенных ламп, позволяющих организовать рациональную работу тепличного оборудования, является актуальной и своевременной задачей.
Анализ работы службы эксплуатации современных растениеводческих предприятий показывает, что в связи с отсутствием эффективных методов и средств аттестации проверка технического состояния ИИ осуществляется в основном визуально. О необходимости прекращения эксплуатации отдельной лампы судят в лучшем случае по результатам измерений создаваемой ее освещенности, зачастую же источники излучения эксплуатируются до полного выхода из строя. По причине значительного срока службы современных газоразрядных ламп, существенно превышающего период вегетации выращиваемых культур, при комплектовании облучательных установок (после групповых замен, чисток, ремонтов) в одной установке могут оказаться ИИ с различным временем наработки, а значит с различными параметрами.
Предотвращение связанных с этим потерь и продление полезного срока службы источников излучения может быть достигнуто путем компоновки групп ламп с близкими значениями параметров для совместной эксплуатации и перекомпоновки групп по окончании циклов вегетации.
Знание зависимостей изменения характеристик МГЛ от уровня напряжения и условий эксплуатации, полученное на практике, позволит инженерным службам теплиц, пользуясь известными алгоритмами [4], вовремя принимать меры и оценивать убытки, связанные с неправильной эксплуатацией ИИ.
Цель исследований - разработать методику снятия характеристик металлогалогенных ламп и дать рекомендации по использованию результатов измерений.
Для технического обеспечения предлагаемых мероприятий предлагается использовать в качестве оборудования для снятия электрических и светотехнических характеристик газоразрядных ламп и светильников разработанный авторами [5] измерительный стенд, представленный на рис. 1.
Рис. 1. Лабораторный стенд для снятия характеристик металлогалогенных ламп и светильников:
1 - передняя панель; 2 - мнемоническая схема; 3 - автоматический выключатель;
4 - вольтметр для измерения напряжения на автотрансформаторе; 5 - автотрансформатор;
6 - вольтметр для измерения напряжения в момент пуска на газоразрядной лампе;
7 - газоразрядная лампа; 8 - клеммы для подключения электронного осциллографа;
9 - электронный осциллограф; 10 - кнопочный выключатель; 11 - вольтметр для измерения напряжения на дросселе; 12 - дроссель; 13 - реостат; 14 - ваттметр; 15 - переключатель; 16 - амперметр;
17 - штатив; 18 - горизонтальная штанга; 19 - облучатель; 20 - гибкий кабель; 21 - планшет;
22 - подвижный рычаг; 23 - датчик люксметра; 24 - люксметр; 25 - электронный секундомер;
26 - сигнальная лампа; 27- линейка
Для подготовки измерительного стенда к работе включают автоматический выключатель, находящийся на передней панели и загорается сигнальная лампа. Г азоразрядная лампа, установленная в облучателе, начнет разгораться. Через каждые 30 с, отслеживаемые по электронному секундомеру и до установившегося режима, характеризующегося установившимися значениями тока и напряжения на газоразрядной лампе, необходимо измерять силу тока по амперметру РА, мощность схемы по ваттметру PW, причем переключатель 15 включен в верхнее положение I (рис. 1), мощность газоразрядной лампы, причем переключатель 15 включен в нижнее положение II, напряжение на газоразрядной лампе с помощью вольтметра РУ2, причем на момент из-
мерения пользуются кнопочным выключателем 10, напряжение на дросселе вольтметром РУ3 и освещенность с помощью люксметра 24. Для снятия вольтамперных характеристик необходимо снижать ток газоразрядной лампы реостатом от максимально возможного для исследуемой газоразрядной лампы до ее погасания. Измерения проводят через каждые 0,2 ампера, отслеживая по амперметру РА. После повторного разгорания газоразрядной лампы, снижая напряжение на мнемонической схеме с помощью автотрансформатора от 250 В ступенями по 10 В, снимают зависимость параметров газоразрядной лампы от напряжения питания, отслеживая показания по вольтметру РУ1. Динамические вольтамперные характеристики газоразрядной лампы снимают с помощью электронного осциллографа. Для снятия светотехнических характеристик светильника (например, построения кривой светораспределения в продольной и поперечной плоскостях, меняя положение облучателя) вращают подвижный рычаг с датчиком люксметра по направлению стрелки (рис. 1), согласно разметке планшета (0°, 10°, 20-90°).
Измерения необходимо производить, когда появляются изменения во внешних признаках ламп - потемнение горелки, ее помутнению, нагар, изменение состояния электродов и другие качественные признаки. В любом случае необходимы обязательные проверки по окончании периода вегетации перед новой закладкой.
В качестве примера рассмотрим один из вариантов компоновки ИИ после проверки на измерительном стенде десяти облучателей типа ГСП 46-400-001 -УХЛ 4 с лампами ДРИ 400. Облучатели работали в фитотроне полный цикл вегетации (выгонка рассады огурца в течение 24 дней) при средневзвешенном времени досветки 15 ч/сут. (всего 360 часов из 6000 по паспорту).
При номинальном напряжении схемы (Лх=220 В и высотой подвеса 1 м перед второй закладкой получены результаты, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений
Показатель Номер облучателя по плану
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Световой поток, лм 39376 40368 40757 37894 39878 39777 40418 38484 40117 40556
Освещенность, лк 3135 3214 3245 3017 3175 3167 3218 3064 3194 3229
Облученность, Вт/м2, ФАР 9,56 9,8 9,897 9,2 9,68 9,66 9,81 9,35 9,74 9,85
Выровнять уровень облученности можно двумя путями: изменением подводимого к источнику излучения напряжения либо изменением высоты подвеса облучателя. Известно [6], что при регулировании питания изменяется спектральный состав излучения.
Для того чтобы не оказывать влияния на изменение спектрального состава для выравнивания облученности, предложено изменять высоту подвеса, а не изменять напряжение на ИИ. Для создания облученности 10 Вт/м2 ФАР и обеспечения условия z = їфтіп • ^фтах^ > ),8 предложен один из возможных вариантов схем компоновки облучателей, представленный в табл. 2.
Таблица 2
Варианты стабилизации облученности
Вариант стабилиза- Номер облучателя по плану
ции облученности 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Еф=10 Вт/м2 ФАР
Высота подвеса, м 0,92 0,95 0,97 0,9 0,93 0,93 0,95 0,9 0,93 0,97
Еф=10 Вт/м2 ФАР
Уровень напряжения, В 226 223 222 231 225 225 223 230 225 222
Компонуем облучатели со сходными характеристиками и по известной методике [7], делаем проверочный расчет. Рассчитываем облучатели и размещаем их над грядкой в фитотроне (рис. 2).
Рис. 2. План расположения облучателей над грядкой Выводы
1. Разработанная методика снятия характеристик металлогалогенных ламп позволяет быстро и достоверно оценить качество работы тепличных облучателей.
2. Разброс характеристик МГЛ типа ДРИ 400, применяемых при выращивании растений после первых 360 ч эксплуатации, может достигать 7%.
3. Выровнять уровень облученности можно путем регулирования высоты подвеса облучателей при использовании данных, полученных на стенде.
Литература
1. Малышев, В.В. Повышение эффективности облучательных установок для теплиц: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.В.Малышев. - М., 2007. - 27 с.
2. Рохлин, Г.Н. Разрядные источники света. - 2-е изд., перераб. и доп. / Г.Н. Рохлин. - М.: Энергоатом-издат, 1991. - 720 с.
3. Карпов, В.Н. Вопросы аттестации растениеводческих газоразрядных ламп: обоснование подхода /
B.Н. Карпов, С.А. Ракутько // Энерго- и ресурсосберегающие технологические процессы оптического облучения в АПК. - СПб., 1992. - С. 21-25.
4. Гулин, С.В. Энергетические потери в облучательных установках при нестабильности питания /
C.В. Гулин // Энерго- и ресурсосберегающие технологические процессы оптического облучения в АПК. - СПб., 1992. - С. 13-20.
5. Патент РФ № 78629. Измерительный стенд / П.П. Долгих, Н.В. Кулаков, А.В. Заплетина. Опубл. 10.12.2008. Бюл.№34.
6. Гулин, С.В. Взаимосвязь спектральных и электрических параметров газоразрядных ламп при регулировании питания / С.В. Гулин, В.В. Мельник, А.З. Саакян // Проблемы с.-х. светотехники. - Л.: Изд-во ЛГАУ, 1991. - С. 44-50.
7. Баев, В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению / В.И. Баев. - М.: Агропромиздат, 2008. - 191 с.
♦
