CC BY
15FEATURES OF APPLICATION OF ENERGY-SAVING LAMPS
Bogdan A.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Kuban State Agrarian University, Russia, Krasnodar
Sidorenko A.
Bachelor Kuban State Agrarian University, Russia, Krasnodar
Goncharov A.
Bachelor Kuban State Agrarian University, Russia, Krasnodar ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП
Богдан А.В.
Доктор технических наук, доцент Кубанского государственного аграрного университета,
Россия, г. Краснодар Сидоренко А.Д.
Бакалавр Кубанского государственного аграрного университета,
Россия, г. Краснодар Гончаров А.А.
Бакалавр Кубанского государственного аграрного университета,
Россия, г. Краснодар
Abstract
The task of the work is to find out which light source will rationally reduce energy consumption without reducing its quality and without harming human health. To solve this problem, laboratory tests of an incandescent lamp, a compact fluorescent lamp and an LED lamp were carried out. The energy and lighting characteristics are obtained. The analysis of the harmonic current composition of the LED lamp is carried out. Аннотация
Задача работы выяснить, какой источник света позволит рациональным образом уменьшить потребление электроэнергии, не снизив ее качество и не принеся вреда здоровью человека. Для решения этой задачи были проведены лабораторные испытания лампы накаливания, компактной люминесцентной лампы и светодиодной лампы. Получены энергетические и светотехнические характеристики. Проведен анализ гармонического состава тока светодиодной лампы.
Keywords: lamp, characteristic, power, voltage, current, harmonics
Ключевые слова: лампа, характеристика, мощность, напряжение, ток, гармоники
Источник света позволит рациональным образом уменьшить потребление электроэнергии, не снизив ее качество [1]. Самую низкую освещенность при номинальном напряжении сети обеспечивает лампа накаливания. Это объясняется ее низким световым КПД, который находится на уровне всего около 5%. Если напряжение увеличить на 10% освещенность резко возрастает, однако также резко снижается и срок службы лампы. Освещенность, обеспечиваемая светодиодной лампой немного выше, чем при использовании лампы накаливания при напряжении 220 В. На современных производствах повсеместно используются промышленные светодиодные светильники. Связано это с рядом причин:
- мгновенное включение без вреда для свето-диодов, что позволяет использовать их для целей эвакуационного освещения зон повышенной опасности, а также для резервного освещения ;
- низкое энергопотребление, способствующее быстрой окупаемости и возможности использования их с аккумуляторными батареями;
- возможность работы в широком диапазоне температур;
- отсутствие вреда для окружающей среды при утилизации.
Интерес представляет сравнение характеристик различных видов ламп, так как их паспортные значения могут значительно отличаться от экспериментальных. Для снижения погрешности измерений на результаты исследований, опыты проводились для наборами одинаковых ламп, для которых мощности наборов отличались друг от друга не более чем в 3 раза. В качестве наборов были приняты - одна лампа накаливания (ЛН) мощностью 60 Вт, три компактных люминесцентных лампы (КЛЛ) мощностью 23 Вт каждая и три светодиодных лампы (СД) мощностью по 9 Вт.
f
25 50 75 100 125 150 175 200 225 U. В
Рисунок 1 Вольтамперные характеристики ламп ЛН (1), КЛЛ (2), СДЛ (3)
Приведенные на рисунке 1 вольт-амперные характеристики показывают, что ЛН, как чисто активная нагрузка, имеет почти линейную, возрастающую ВАХ. Для КЛЛ характеристика также растет при росте подаваемого напряжения на всем участке
Р. Вт
70 -
60 -
so -
40 -
30 -
20 -
10 -
изменения напряжения. Но этот рост не равномерный, что объясняется присутствием электронного блока с нелинейными элементами. В отличие от КЛЛ исследуемая СДЛ имеет падающую характеристику, что можно объяснить присутствием в электронном блоке стабилизатора тока.
1
•>
/
<
/ V
25
50 75 100 125 150 175 20 0 225 U.B
Рисунок 2 Зависимости мощности ламп от напряжения: ЛН (1), КЛЛ (2), СДЛ (3)
Характеристика, изображенная на рисунке 2, говорит о том, что благодаря стабилизатору тока, примененному в СДЛ, ее мощность мало зависит от приложенного напряжения, что говорит её высокой
COS ф
устойчивости к уменьшению напряжения сети. У других ламп наблюдается большая зависимость их мощности от напряжения.
Рисунок 3 Зависимость коэффициента мощности от приложенного напряжения:
ЛН (1), КЛЛ (2), СДЛ (3).
Коэффициенты мощности СДЛ и КЛЛ низки и при номинальном уровне сетевого напряжения составляют всего 0,45 и 0,54 соответственно. Величина Коэффициента мощности этих ламп обусловлена наличием гармоник в их токе.
Известно, что КЛЛ и СДЛ генерируют в сеть высшие гармоники тока, снижая качество электроэнергии. Причиной этого является двухполупери-
одный выпрямитель (диодный мост) со сглаживающей емкостью на входе в схему питания лампы. Импульс тока лампы возникает в те моменты времени, когда мгновенное значение входного напряжения становится больше остаточного напряжения в емкости. Во время, когда напряжение на емкости больше входного, диоды моста заперты обратным напряжением емкости и потребление тока отсутствует.
Рисунок 4 Относительные значения гармоник тока СДЛ
Нечетные высшие гармоники тока, третья и ей кратные, (т.е. 3, 9, 15, 21 и т. д.), определяющие высокое значение коэффициента амплитуды и генерируемые нелинейными нагрузками осветительных ламп, имеют специфическое воздействие в трехфазных системах. В сбалансированной (симметричной) трехфазной системе не возникает тока и падения напряжения на проводнике нейтрали.
Это не относится к гармоникам, кратным третьей:
№ар = 3(2к + 1) , (1)
где к = 0, 1, 2, ...
Гармоники, третья и ей кратные, суммируются в нулевом проводнике. Так как, они могут составлять значительную долю в действующем значении токов фаз, то ток в нулевом проводе ^ может превысить токи фаз.
= 37/|+/| + + • (2)
Так, например, при токах фаз равных 10 А, ток нулевого провода составляет 16,3 А. Неправильно выбранные четырехпроводные кабели трехфазных сетей могут перегружаться. Это приводит к необходимости увеличения сечения проводников нулевого провода кабелей сети [2]. Гармоники, третья и ей кратные, приводят к падениям напряжения как в нулевом проводе, так и в фазных проводниках, создавая искажения формы синусоидального напряжения на нагрузках, которые подключены к этой сети.
Кроме этого, в линейных напряжениях трехфазной сети будут отсутствовать третья и ей кратные гармоники, в связи с чем отношение между фазным и линейным напряжением при токах отличных от синусоиды становится меньше, чем -/3.
В цепях освещения с КЛЛ и СДЛ токи в нулевой проводе в течение продолжительного времени могут быть больше токов в фазных проводниках. При этом в соответствии с требованиями нормативных документов для обеспечения безопасности людей запрещается устанавливать автоматический выключатель в нулевом проводнике. С учетом того,
что состав электроприемников потребителя изменяется без реконструкции электрической сети, можно ожидать перегорания нулевых проводников из-за протекания токов, кратных третьей гармонике. Обрыв нулевого провода, как известно, может приводить к смещению нейтрали, когда напряжение несимметрично, что обусловливает выход из строя электроприемников.
К последствиям гармоник тока для электроустановок 0,4 кВ можно отнести:
• перегрев нулевых рабочих проводников кабелей;
• ложное срабатывание защитных аппаратов;
• дополнительные потери в силовых трансформаторах;
• преждевременный износ конденсаторов установок компенсации реактивной мощности;
• быстрое изменение и старение изоляции кабелей и проводников.
Это факты, показывающие, какие проблемы могут возникнуть, если гармоники не устранять, либо в устройстве, их генерирующем, или в сети питания освещения. Наличие в современных светодиодных светильниках фильтра высших гармоник, позволяет увеличить их коэффициент мощности до 0,98[3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. С.22.
2. Козюков Д.А., Цыганков Б.К., Богдан А.В. Разработка и исследование фотоэлектрических установок для автономного и резервного электроснабжения фермерских хозяйств [Текст] / Д.А.Козюков Б.К.Цыганков, А.В.Богдан // Инновации в сельском хозяйстве . 2016. № 5(20), С.458-462.
3. Григорьев, О. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ [Текст] / О. Григорьев, В. Петухов, В. Соколов, И. Красилов // Новости электротехники. - 2002. - №6(18). - С. 54-57.
