CC BY
10Виноградов А. А., канд. техн. наук, проф., Зябкина О. Н., магистр
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ОБУСЛОВЛЕНЫЕ ПРИМЕНЕНИЕМ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
olga.kur4ina@yandex.ru
Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Показатели качества электрической энергии определяются совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять возложенные на них функции. Сегодня из-за низкой энергетической эффективности источников света и световых приборов затраты электроэнергии на освещение России в 1,5 раза выше, чем в странах ЕС.
Наиболее важные показатели качества электрической энергии (ПКЭ) характеризуют установившиеся режимы работы потребителей электрической энергии (ЭЭ) и дают количественную оценку процесса потребления ЭЭ.
Ключевые слова: показатели качества электрической энергии, состав гармонических составляющих тока и напряжения, форма кривой тока (осциллограммы), коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения.
Оценив ПКЭ исследуемых источников освещения (ИО), мы можем судить об эффективности их применения в быту или на производстве [1].
В работе приводятся результаты исследования ПКЭ новых светодиодных светильников SSO 220/5-02N фирмы «Протон», G630 фирмы «Технология будущего» с помощью прибора Энергоманитор 3.3Т1 - прибор для измерений электроэнергетических величин и показателей качества электроэнергии (ПКЭ) [2, 3].
В результате были определены: состав гармонических составляющих тока и напряжения; осциллограмма формы кривой тока; коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения; коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.
По светодиодному светильнику SSO 220/5-02N были получены следующие результаты:
1. При напряжении питания U = 220,02 В, токе I = 0,03973A, активная мощность составила P = 4,885 Вт. Реактивная мощность светильника носит емкостной характер и составляет 7,268 Вар (tgf = - 1,46), полная мощность S = 8,76 В*А, cosf=0,62.
Состав гармоник по напряжению и току, при частоте сети f = 49,98 Гц представлен на рис. 1.
Как видно из рис. 1, присутствуют гармонические составляющие только нечетного порядка, при этом преобладают гармоники с 3-ой по 25-ю (JrffC„)>0,l в соответствии с ГОСТом), остальные имеют незначительную величину.
Присутствуют гармонические составляющие только нечетного порядка, при этом в гармониках по току преобладают все гармоники, что наглядно показывает рис. 2.
2. Осциллограмма формы кривой напряжения принята как идеальный синусоидальный
сигнал, а форма кривой тока представлена на
рис. 3.
5
i 3,5
г 2
I-
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Номер гармоники
Рис. 1. Состав гармонических составляющих напряжения
Рис. 2.Состав гармонических составляющих тока
3. В работе расчеты выполнены в соответствие с ГОСТ Р 54149-2010 по качеству электрической энергии:
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения на нагрузке;
- коэффициенты п-ой гармонической составляющей напряжения на нагрузке.
TR G \ \ sImpl ■
; ;
| Е
U J) .1111" JIM J]
V pr
V w t,5M( /дел
- :
50т ; CH1
19, 21 ( т.е. остальные величину.
Рис. З.Форма кривой тока
Предельно допустимое значение коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле:
Кц(п)п.рвд = ^'-^иООнори , где ^оОшч™ " нормально допустимое значение коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по табл. 2, ГОСТа Р 54149-2010.
Все значения коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения, указанные на рис. 1, не превышают предельно допустимых значений коэффициента «-ой гармонической составляющей в соответствие с ГОСТ Р 54149-2010.
Значения коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения и предельно допустимых значений коэффициента «-ой гармонической составляющей представлены в табл. 1.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ku=3,62 % не превышает значения установленные ГОСТом Р 54149-2010.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока значительно превышает установленную ГОСТом норму 8% и равен Kj=162,9 %, что не соответствует ГОСТ Р 54149-2010.
Использование светодиодного светильника SSO 220/5-02N в сетях освещения будет сильно влиять на качество напряжения у потребителей вследствие значительного искажения формы кривой тока, т.к. значению коэффициента составляет Kj=162,9 %.
В результате исследование светодиодного светильника G630 были получены следующие показатели:
1. При напряжении питания U = 220,24 В, токе I = 0,13688A, активная мощность составила P = 14,52 Вт, реактивная мощность носит емкостной характер и составляет 26,274Вар (tgf = -1,76) полная мощность S = 30,019 В*А, cosf=0,5.
2. Состав гармоник по напряжению и току,
при частоте сети f = 49,98 Гц представлен на
рис. 4 и 5.
Как видно из рис. 4, присутствуют гармо-
нические составляющие только нечетного по-
рядка, при этом преобладают 3, 5, 7, 9, 13, 15,
А'у,-„■■>(). 1 в соответствии с ГОСТом) гармоники имеют незначительную
Таблица 1.
Номер гармоники, « Результаты измеренного коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения,% Предельно допустимое значение коэффициента п-ой гармонической составляющей напряжения, в соответствии с ГОСТом Р 54149-2010, %
3 2,48 ки(ъ}првд = 7
5 2,52 9
7 0,4 7,5
9 0,34 2,25
11 0,18 5,25
13 0,222 4,5
15 0,26 0,45
17 0,23 3
19 0,16 2,25
21 0,11 0,3
23 0,1 2,25
25 0,11 2,25
27 0,06 2,1
29 0,06 1,98
31 0,05 1,86
33 0,04 7,78
35 0,05 1,7
37 0,03 1,62
39 0,02 1,55
Таблица 2
Номер гармоники, n Результаты измеренного коэффициента п-й гармонической составляющей напряжения, % Предельно допустимое значение коэффициента п-й гармонической составляющей напряжения, в соответствии с ГОСТом Р 54149-2010, %
3 2,3 ^[/(зЭчмд = 7.5
5 2,83 9
7 2,53 7,5
9 0,32 2,25
11 0,02 5,25
13 0,22 4,5
15 0,29 0,45
17 0,07 3
19 0,13 2,25
21 0,12 0,3
23 0,09 2,25
25 0,07 2,25
27 0,03 2,1
29 0,07 1,98
31 0,02 1,86
33 0,01 1,78
35 0,08 1,7
37 0 1,62
39 0 1,55
Об
m in fN
Я fN Ol гч m гч
1 О о О ■ 1 о о* ■ о" ■ о о о о о о о о о о о о о
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Номер гармоники
Рис. 4. Состав гармонических составляющих напряжения
Как видно из рис. 5, присутствуют гармонические составляющие только нечетного порядка, при этом в гармониках по току преобладают гармоники с 3-й по 19-ю.
1. Осциллограмма формы кривой входного напряжения принята как идеальный синусоидальный сигнал, а форма кривой тока представлена на рис. 6.
со
8
<п
m 00"
.it
14
II С 1 1 о = О О О = О = О О
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Номер гармоники
Рис. 5.Состав гармонических составляющих тока
Рис. б.Форма кривой тока
4. В соответствии с ГОСТ Р 54149-2010 аналогично были рассчитаны:
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
- коэффициент «-ой гармонической составляющей напряжения.
Все значения коэффициента «-ой гармонической составляющей напряжения, указанные на рис. 4, не превышают значения предельно допустимых значений в соответствие с
ГОСТ Р 54149-2010.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ku= 3,74% не превышает установленный ГОСТом Р 54149-2010.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока значительно превышает установленную ГОСТом норму 8 % и равен Ki=129,5 %.
Использование светильника G 630 в сетях освещения будет сильно влиять на качество напряжения у потребителей вследствие значительного искажения формы кривой тока. Судя по значению коэффициента Ki=129,5 %.
Энергосберегающие светильники действительно имеет яркость свечения, аналогичную яркости свечения лампы накаливания существенно большей электрической мощности. Однако поскольку энергосберегающие лампы могут генерировать гармоники тока, имеется риск многих негативных последствий для сетей 0,4 кВ [4, 5].
Таким образом, просто механическая замена ламп накаливания на энергосберегающие без учета их влияния на параметры тока и напряжения в сети и расчета дополнительных затрат на борьбу с генерацией высших гармоник будет некорректна.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сапрыка А.В. Современные технологии в осветительных системах мегаполиса: монография / А.В. Сапрыка - М.:- Харьков: ХНУРЭ, 2010. - 260с. - ISBN 978-966-659-164-0
2. Берг Г.Дж. Представление системы питания нагрузки. / Берг Г.Дж // Proc. Inst. Elect.-1973,- С. 344-348.
3. Духанин С.А. Исследование индукционных ламп / С.А. Духанин, Виноградов А.А., Духанина У.Н. // Фундаментальные и прикладные исследования в промышленности и экономике: сб. статей Тринадцатой межд. науч.-практ. конф. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. университета, 2012. - 212с.
4. Виноградов А.А. Расчет регулирующих эффектов по напряжению современных источников освещения / А.А. Виноградов О.Н., Кур-чина // Фундаментальные и прикладные исследования в промышленности и экономике: сб. статей Тринадцатой межд. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. университета, 2012.- 212с.
5. Виноградов А.А. Способы уточнения математического описания при исследовании погрешностей расчета установившихся и оптимальных режимов электрических систем / А.А.Виноградов, А.С. Новиков // Вопросы применения математических методов при управлении режимами и развитием электрических систем: Сб. науч. трудов, Иркутск, 1974 г.- Иркутск: Изд-во ИПИ, 1974 - С. 70-80.
