УДК 621.327
ВЛИЯНИЕ НИЗКОГО КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В СЕТЯХ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАМП ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
А.В. Сапрыка, доцент, к.т.н., ХНАГХ
Аннотация. Проведено исследование качества электроэнергии в сетях наружного
освещения г. Харькова. Проанализировано влияние низкого качества электроэнергии
на эксплуатационную надежность и энергоэффективность ламп высокого давления.
Ключевые слова: качество электрической энергии, лампы высокого давления, осве-
тительная установка, отклонение напряжения.
Введение
В последние годы вечерняя среда крупных горо-
дов интенсивно изменяется. Кроме традицион-
ных видов наружного освещения улиц, площадей,
парковых зон появляются интенсивно светящиеся
рекламы, разнообразные подсветки зданий, мос-
тов, памятников. Поэтому проблема качества
электроэнергии и энергоэффективности приобре-
тают особую актуальность, так как они являются
одними из важнейших условий экономичной и
длительной эксплуатации осветительных устано-
вок. Исследование проблем качества электро-
энергии показало, что суммы ежегодных убытков
от низкого качества электроэнергии у большин-
ства развитых странах составляют огромные
суммы. В Украине по данным Института элек-
тродинамики НАН Украины снижение качества
электроэнергии увеличивает её расход на 10–12%.
Потребляемая мощность коммунальным пред-
приятием сетей наружного освещения «Горсвет»
искусственного освещения в г. Харькове состав-
ляет около 7 тыс. кВт, из них светильники с лам-
пами ДНаТ – 26975 шт. и ДРЛ – 40891 шт. Про-
тяженность сетей 2139,96 км, из них кабельных –
1027,08 км, что обуславливает требования к каче-
ству электроэнергии согласно действующим нор-
мативам. На искусственное освещение в Украине
используется около 15% электроэнергии выраба-
тываемой всеми электростанциями (в экономиче-
ски развитых странах до 20%), поэтому исследо-
вания качества электроэнергии на современном
этапе в осветительных сетях являются актуаль-
ными. Одним из интегральных показателей каче-
ства электрической энергии является годность,
вычисляемая на основании показателей качества
электроэнергии, определяемых ГОСТ 13109-97:
годность каждого показателя качества вычисля-
ется как отношение числа измерений, находя-
щихся в нормально допустимых по ГОСТ 13109-
97 границах к общему числу измерений за отчёт-
ный период. Если значение показателя качества
соответствует ГОСТ, значение годности больше
или равно 0,95, если не соответствует – меньше
0,95. Годность по показателю, имевшему выходы
за предельно допустимые значения, считается
равной нулю и не отвечает требованиям ГОСТ.
Анализ публикаций
Исследования специалистов и ученых [1, 2, 3]
показывают актуальность и необходимость реше-
ния проблемы качества электроэнергии. Так как
качество электрической энергии на месте произ-
водства не гарантирует ее качества на месте по-
требления до и после включения электроприем-
ника (в данном случае осветительной установки).
В настоящее время наибольший объем генерации
световой энергии в г. Харькове приходится на
разрядные лампы, при этом доля светильников с
энергоэкономичными лампами ДНаТ возросла до
63% от общего числа работающих, что является
одним из самых высоких показателей в Украине.
Снижение качества электроэнергии приводит к
дополнительным потерям, дополнительному на-
греву оборудования, ухудшению работы освети-
тельных установок, сокращению срока службы
ламп [4].
Проведенный анализ показывает, что современ-
ные высокоинтенсивные источники света имеют
срок эксплуатации до 25 тыс. часов. Во второй
половине срока эксплуатации 50% ламп выходят
из строя из-за повышенного напряжения Uл; 21%
– в результате разгерметизации горелки и выхода
натрия; 14% – не загораются, другие выходят из
строя по причинам, присущим всем разрядным
лампам высокого давления. Срок эксплуатации
ДНаТ ограничивается также постепенным ростом
напряжения на лампе (на 1–5 В) за каждую тыся-
чу часов горения. Рост напряжения связан с
уменьшением количества натрия в разрядной
трубке, а также с утеплением разрядной трубки в
результате почернения возле электродных концов
[5].
Цель и постановка задачи
Целью настоящей работы было определение
влияния низкого качества электроэнергии в сетях
наружного освещения г. Харькова на эксплуата-
ционную надежность и энергоэффективность ра-
боты ламп высокого давления в осветительных
установках.
Результаты исследований и рекомендации
Для измерений использовался микропроцессор-
ный анализатор тока и напряжения в электриче-
ских сетях АНТЭС АК 3Ф, разработанный в
ХНАГХ, обладающие высокой точностью и кон-
тролирующие более 60 электрических парамет-
ров. Результаты исследований показали, что ко-
эффициент n-ой гармонической составляющей
напряжения сети, коэффициент несимметрии на-
пряжений по обратной последовательности, ко-
эффициент несимметрии напряжений по нулевой
последовательности, отклонение частоты в сети
соответствуют требованиям к качеству электри-
ческой энергии за время проведения измерений.
Значение установившегося отклонения напряже-
ния в сети не соответствует требованиям к каче-
ству электрической энергии в сетях наружного
освещения.
Это отклонение составляет от 6 до 11% (рис. 1),
что значительно превышает рекомендуемые пуб-
ликацией МЕК 662 значения ± 5% и приводит к
резкому сокращению срока службы разрядных
ламп, типа ДНаТ или ДРЛ, особенно тех, которые
работают в первых светильниках. При работе
разрядных ламп особое значение в деградацион-
ных явлениях имеют эрозионные процессы на
электродах и оболочке.
Так как в реальных условиях, как правило имеет
место пониженное качество электроэнергии, воз-
никает необходимость исследования процессов
на электродах и в оболочке и определения допус-
тимых границ изменения нагрузочных парамет-
ров для сохранения или даже повышения) долго-
вечности и безотказности источников света.
Эти процессы приводят к параметрическим отка-
зам при снижении требуемых характеристик из-
лучения до предельно допустимого уровня, либо
к полным отказам (повышению напряжения за-
жигания и перезажигания, механическим повре-
ждениям либо взрывам).
Средние значения отклонения напряжения фазы "А", %
-6,00-4,00-2,000,002,004,006,008,00
10,0012,00
21 :2521 :35
21 :4521 :55
22 :0522 :15
22 :2522 :35
22 :4522 :55
23 :0523 :15
23 :2523 :35
23 :4523 :55
Среднее отклонение напряжения Нормально допустимая верхняя граница
Нормально допустимая нижняя граница
Рис. 1. Установившееся отклонение напряжения
В сетях горсвета используется в основном схемы
с индуктивным балластом, которые могут обес-
печивать удовлетворительные параметры натрие-
вых ламп только при питании от сети с отклоне-
нием напряжения в пределах 5%. Анализ
характеристик нагрузки типами балластов пока-
зал, что значения светового потока в течение сро-
ка эксплуатации для системы «Лампа-ПРА» от-
личаются от соответствующих данных, которые
обычно приводятся в каталогах для номинальной
лампы. Степень отличия определяется отклоне-
нием мощности лампы от номинальной, которое в
свою очередь определяется характеристикой кри-
вой балласта и характером изменения напряже-
ния на лампе в течение срока эксплуатации. Срок
эксплуатации ламп в светильниках меньше в 1,5 –
2 раза, чем при испытаниях на стенде. Это под-
тверждают и исследования Американского на-
ционального института стандартов (ANSI), кото-
рым утверждена зависимость мощности Pл от
напряжения Uл для ДНаТ 400 Вт, которая являет-
ся образцовой для изготовления ламп и ПРА. По-
казано, что для ламп с Uл=100 В может быть эко-
номически оправданное отклонение напряжения
до 15 В. Выводы, полученные авторами [6, 7],
которые касаются работы ламп типа ДНаТ 250
при Uс =105% Uном с серийными дросселями для
этих ламп, также подтверждают снижение на-
дежности комплекта «Лампа-ПРА» ниже норми-
руемой. В случае эксплуатации ламп высокого
давления в сетях с большими отклонениями
предлагается решать вопрос ограничения мощно-
сти ламп путем применения специальных уст-
ройств стабилизации напряжения сети, или при-
менением ПРА, которые предназначены для
эксплуатации в сети с напряжением, которое от-
личается от номинального [8]. Для повышения
длительности горения ламп можно использовать
комплект «Лампа-ПРА» с напряжением питания
240В. В этом случае световой поток ламп, вклю-
ченных в сеть с напряжением питания Uс =220 В,
будет более низким, но длительность горения в
реальных условиях эксплуатации должна вырасти
почти в два раза. Понятно, что такие лампы при
одинаковых условиях эксплуатации будут усту-
пать в световой отдаче. Целесообразность их
применения для каждого конкретного случая
можно оценить только после проведения техни-
ко-экономических расчетов.
Необходимость дальнейшего исследования ком-
плекта «Лампа-ПРА» обусловлена взаимосвязью
элементов, которые влияют не только на началь-
ные характеристики, но и на их последующие
эксплуатационные параметры: длительность ра-
боты, надежность, спад светового потока и др.
Проведение данных исследований необходимо
для выяснения одного из главных вопросов: ка-
кой тип аппарата, электромагнитный или полу-
проводниковый, более целесообразно использо-
вать для ламп, применяемых в наружном
освещении г. Харькова.
Выводы
Низкое качество электроэнергии приводит к не-
качественному освещению, которое приводит к
повышенной утомляемости, увеличению нагрузки
при принятии зрительной информации и зритель-
ному дискомфорту.
В осветительной системе с разрядными лампами
высокого давления при рассмотрении вопросов
эксплуатационной надежности и энергоэффек-
тивности необходимо учитывать существующие
отклонения напряжения в сети наружного осве-
щения и прирост напряжения на лампе в резуль-
тате влияния оптической системы светильника.
Лампы высокого давления (комплект «Лампа-
ПРА») работают надежно только в случае откло-
нения напряжения не более чем на 5% от номи-
нального. Увеличение Uс до 240 В сокращает
срок эксплуатации ламп приблизительно в 1,5–2
раза.
Повышение длительности горения разрядных
ламп и энергоэффективность осветительной уста-
новки в сетях наружного освещения можно дос-
тичь в первую очередь путем повышения качест-
ва электроэнергии.
Литература
1. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Качество элек-
троэнергии на промышленных предприяти-
ях. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 261 с.
2. Гриб О.Г., Сендерович Г.А., Довгалюк О.Н.,
Калюжный Д.Н. Оценка качества электро-
энергии в городских электрических сетях //
Труды Всеукраинской науч.-практ. конф.
«Проблемы и перспективы энерго-, ресур-
сосбережения в жилищно-коммунальном
хозяйстве», г. Алушта. – 2005. – С. 154–155.
3. Горпинич О.В. Оцінка надійності електрооб-
ладнання при зниженій якості електро-
енергії / Автореф. дис… канд. техн. наук. -
Донецьк: ДонНТУ, 2005. – 20 с.
4. Гриб О.Г., Сапрыка А.В., Овчинников С.С.,
Тарянник М.М. Режимы работы осветитель-
ных установок и качество электроэнергии //
Труды 4 Международной науч.-практ. конф.
«Город и экологическая реконструкция жи-
лищно-коммунального комплекса XXI ве-
ка». – М., 2006. – С. 49–51.
5. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по свето-
технике. – 2-е издание, перераб. и допол. –
М.: Энергоатомиздат, 1995. – 526 с.
6. Вердеревская А.Н., Волкова Е.Б., Троицкий
А.М. Особенности эксплуатации комплекса
«Натриевая лампа высокого давления – пус-
корегулирующий аппарат» // Светотехника.
– 1989. – №11. – C.8–11.
7. Иванов В.М., Кожушко Г.М., Корягин О.Г. На-
пряжение сети и срок службы маломощных
натриевых ламп // Светотехника. – 1992. –
№7–8. – С.2–3. 8. Овчинников С.С., Кожушко Г.М., Полищук
В.Н., Берчун В.П. Разработка схем включе-
ния натриевых ламп для работы в сетях с
большим колебанием напряжения // Труды 1
Международной светотехнической конфе-
ренции. – Санкт-Петербург, 1993. – С.71.
Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 17 апреля 2007 г.