Transcript

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.


Recommended