Уменьшаемые устройствами потери

Энергосберегающие светильники уличное промышленное освещение светодиодные упру энергосбережение эпра светодиоды

Потери энергии и снижение потерь при использовании Универсальных Пуско-Регулирующих Устройств пятого поколения (УПРУ5П).

Для лучшего понимания снижения потерь энергии при использовании УПРУ5П, рассмотрим особенности работы ламп и их конструктивное устройство.

Газоразрядный источник света состоит из:

- Кварцевой трубки, так называемой горелки, с обоих концов в горелку заштампованы электроды и закачан для обеспечения генерации разряда газ (аргон) с присутствием капельки ртути.

- Внешней колбы, покрытой слоем люминофора. Люминофор преобразует в видимый спектр ультрафиолетовое излучение, источником которого является дуговой разряд в кварцевой трубке.

Исправная лампа (слева):

1. Основные электроды.

2. Поджигающие электроды.

3. Вводы электродов.

4. Рабочий газ аргон с капелькой ртути.

5. Терморезисторы.

6. Горелка

Неисправная лампа (справа):

1. Износ и разрушение основных электродов.

2. Износ и разрушение поджигающих электродов.

3. Перегорание вводов.

4. Падение давления газа в горелке лампы.

5. Перегорание терморезисторов.

6. Зазеркаливание и образование микротрещин в корпусе горелки.

Как видно из рисунка, лампа представляет собой сложное, высокотехнологичное устройство, в котором проходящий электрический ток преобразуется в свечение газовой плазмы в ультрафиолетовом диапазоне, которое затем преобразуется за счет свойств люминофора и газовой среды в видимый свет. Поэтому на эффективную работу лампы оказывает влияние множество различных факторов. Исследования, проводимые разработчиками газоразрядных ламп, показывают, что сроки их службы определяется условиями эксплуатации, качеством изготовления, как всей лампы, так и отдельных ее элементов, а также режимом энергопитания ламп. Рассмотрим основные причины, определяющие сроки службы и световые характеристики ламп.

Получение более высокой интенсивности свечения напрямую зависит от максимально возможного нагрева горелки ламп, разрушение которой резко ускоряется при повышении температуры выше определенного предела. В газоразрядных лампах высокого давления допускаются большие плотности токов, поэтому электроды ламповой горелки эксплуатируются в тяжелых температурных режимах и могут нагреваться до 1500-1700 градусов, а при некоторых условиях до 2000 градусов. Величина токов, проходящих через электроды в режиме дугового разряда, из-за нестабильности питающего напряжения может в несколько раз превышать рабочие (паспортные) токи. Большие плотности токов вызывают усиленное распыление материала рабочих и поджигающих электродов. Частички вольфрама и эмиттера испаряясь с электродов, оседают на стенках кварцевой трубки лампы, прозрачность кварцевого стекла уменьшается и соответственно уменьшается выход ультрафиолетового излучения, генерируемого плазменным разрядом.

Данный процесс называется зазеркаливанием кварцевой трубки и существенно снижает светоотдачу, поэтому дальнейшая эксплуатация лампы, которая "практически не освещает", становится неэффективной. В то же время, уменьшение коэффициента пропускания кварцевого стекла, в свою очередь нарушает тепловой баланс, так как задерживаемая часть световой энергии превращается в тепловую, перегревающийся кварц начинает кристаллизоваться и чернеть.

Рабочая температура горелки, C°

Срок службы лампы, ч (ориентировочно)

960

100-180

950

200-500

900

1000

не выше 800

5000-10000

Зависимость срока службы кварцевой горелки ламп, от их рабочей температуры, в беспрерывном режиме эксплуатации.

Процесс кристаллизации кварца дополнительно уменьшает коэффициент пропускания, влияя на дальнейший быстрый спад светового потока, делая неэффективной дальнейшую работу ламп в светильниках. Повышенная температура в горелке и резкие перепады температур, происходящих при включении ламп, вызывают механические напряжения в материале корпуса горелки и приводят к растрескиванию кварца. Микротрещины появляются обычно в районе электродов и вводов, т.е. в местах нахождения самых высокотемпературных точек дугового разряда. Через образовавшиеся микротрещины рабочая смесь газов, закачанная под высоким давлением, утекает из горелки в наружную колбу ламп. При этом быстро ухудшаются электрические и световые характеристики ламп, уменьшается интенсивность свечения дугового разряда горелки, соответственно снижается световой поток от ламп, а также происходит повышение напряжения запуска ламп.

В результате всех вышеперечисленных факторов электрические параметры ламп выходят за пределы возможностей пускорегулирующей аппаратуры и лампы перестают работать. Особенно данные неблагоприятные факторы начинают сказываться при минусовых температурах. И лампы, которые летом еще могли бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период - зимой, приходится заменять на новые. Неисправные лампы необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат, в противном случае утечка ртути из ламп приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т.п.).

Одна из основных причин, влияющих на спад светового потока ламп и уменьшения их сроков службы - это момент включения или кратковременного обесточивания, потому что при подаче напряжения возникает моментальный рост ударного пускового тока, разрушающий элементы конструкции лампы. С каждым включением ламп наблюдается их ускоренное старение, объясняемое усиленным распылением материала электродов большими пусковыми токами, возникающими при установлении дугового разряда, что связано с переходными процессами, происходящими в горелке ламп. Газоразрядные лампы, также как и многие электроприборы, чувствительны к перепадам напряжения сети. Так при увеличении напряжения сети на 10% сила тока дугового разряда увеличивается на 15-20%, и соответственно возрастает температура нагрева горелки. Данная ситуация может значительно ухудшится при плохих условиях вентиляции или высокой температуре окружающего воздуха. Потери светового потока из-за перегрева ламп в таких условиях возрастают дополнительно на 10-20%.

Как видно из теории и практических испытаний, температурные перепады и механические повреждения, возникающие в материале колбы - кварцевом стекле, быстро разрушают горелку. Поэтому для получения возможно большего срока службы лампы, следует стремиться к максимально возможному снижению ее рабочей температуры. Физические условия, удовлетворяющие этому положению, противоречат условиям, при которых обеспечивается максимально возможная световая отдача. Таким образом, разработчикам ламп и пускорегулирующей аппаратуры приходится искать компромисс между этими противоположными тенденциями.

Найти "золотую середину" возможно, дополнив существующие стандартные схемы питания ламп, многоцелевыми высокотехнологичными энергосберегающими Универсальными Пуско-Регулирующими Устройствами пятого поколения (УПРУ5П) группового использования, предназначенными продлевать сроки эксплуатации ламп, путем максимального уменьшения воздействия разрушительных факторов, а также обеспечивающие качественный уровень светового потока ламп и экономически целесообразное его регулирование.

Известно, что время работы ламп регламентируется скоростью спада светового потока, который может достигать величины 40-60% от показателей новых ламп. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 400-500 часов эксплуатации ламп, который далее продолжает уменьшаться, но уже с меньшей интенсивностью (Рохлин Г.Н., "Разрядные источники света", 1991г.). Основываясь на данной особенности работы ламп, в технической литературе рекомендуют производить замену ламп еще до выхода их из строя, когда световой поток от лампы уменьшается на столько, что уже не может обеспечить необходимую освещенность рабочего места, даже с учетом предусмотренного при расчетах освещения объектов коэффициента запаса. В реальной эксплуатации, по причине увеличения затрат на обслуживание, лампы не заменяются и работают до выхода из строя, поэтому линия освещения на объектах обеспечивает только определенный уровень освещения. Устройства переводят лампы в щадящий режим работы, где световой поток от новых ламп будет несколько ниже максимального, но при этом длительное время будет оставаться на качественно-высоком уровне. При эксплуатации с УПРУ5П, значения пусковых и рабочих токов проходящих через лампу уменьшаются и стабилизируются на определенной величине, процесс спада светового потока от ламп значительно замедляется.

Изменение освещенности от ламп, включенных по разным схемам.

Как видно из графика, через несколько сотен часов работы по стандартной схеме лампа стремительно теряет светоотдачу, уровень освещения от которой за сравнительно небольшой промежуток времени, становится ниже уровня освещения от ламп работающих в светильниках с УПРУ5П. При эксплуатации с УПРУ5П световые характеристики ламп остаются длительное время качественными и стабильными. График изменения освещённости соответствует примерно 50-100 устройствам, работающим в линии освещения. При эксплуатации большего количества УПРУ5П в светильниках многокилометровой линии, уровень освещения будет улучшаться.

К текущим потерям энергии в светильниках линии освещения относится спад светового потока, происходящий при перегреве газоразрядных ламп. Газоразрядные лампы большой мощности в силу большей светоотдачи имеют и более высокую рабочую температуру. Поэтому переходные процессы при розжиге газоразрядных ламп высокого давления большой мощности имеют более выраженный характер. Рассмотрим процесс розжига и дальнейшей работы, на примере мощных ламп, установленных в светильники:

Текущие изменения освещенности от мощных газоразрядных ламп по мере их разогрева.

Как видно из графика, по мере розжига ламп в течении первых нескольких минут, происходит быстрый рост уровня освещения до пикового значения, а затем из-за их перегрева происходит спад уровня освещения до определенного установившегося значения. При эксплуатации ламп с УПРУ5П, лампы более равномерно разогреваются до установившегося значения. Использование Универсальных Пуско-Регулирующих Устройств пятого поколения (УПРУ5П), позволяет экономить в данном случае 10-15% электроэнергии практически без потери уровня освещения объектов. Большой пусковой ток, высокая рабочая температура у ламп мощностью выше 250 Вт, резкий нагрев горелки до высокой температуры при включении лампы, приводят к ее более быстрому износу по сравнению с лампами меньшей мощности. Поэтому использование УПРУ5П с лампами большой мощности, является особенно целесообразным, так как позволяет не только значительно продлить срок службы таких ламп, но и сохранить длительное время их световые характеристики.

Электрическая схема УПРУ5П представляет собой буферный каскад с высокими регулировочными характеристиками (т.е. в зависимости от сопротивления нагрузки меняется выходное напряжение, при этом ток остается малоизменяемым по значению). При запуске мощных электроагрегатов напряжение может понизиться до 130 вольт! При этом устройства компенсируют снижение напряжения, не позволяя линии освещения погаснуть. Данные функциональные возможности повышают уровень производственной и технологической безопасности. При замыканиях в светильниках, в устройстве срабатывает защитный режим «холостого хода», который не позволяет току превысить определенную величину.

Устройства обеспечивают непрерывное протекание тока через лампу, что снижает пульсации светового потока ламп. Пульсации светового потока ламп вызывают зрительное и физическое утомление работающего персонала и снижение производительности труда.

Высокий коэффициент пульсаций источников света способствует возникновению стробоскопического эффекта, при этом изменяется визуальное восприятие скорости вращения деталей станков и механизмов, возникает опасность травматизации людей. Коэффициент пульсаций светового потока при применении ламп ДРЛ, ДРИ достигает 70%, у ДНаТ достигает 90%, тогда как по СНиП коэффициент пульсаций не должен превышать 20-30%.

Снижение коэффициента пульсаций обычно производится подключением соседних светильников к разным фазам трехфазной сети. Однако во многих случаях эта мера оказывается недостаточной и по сути примитивной. Происходит это потому, что лампы часто располагают на значительном расстоянии друг от друга и несколько соседних ламп, находящихся в других группах, запитываются от одной и той же фазы. В результате, на уменьшение коэффициента пульсаций, такие изменения влияют незначительно.

Технически правильным решением будет, модернизация УПРУ5П системы освещения, что понизит пульсации излучения, и качество освещения будет полностью соответствовать нормам СНиП.

Одним из показателей, характеризующим питающую сеть, является сдвиг фазы между током и напряжением. Значительный индуктивный сдвиг фаз приводит к возрастанию тока в цепи и снижению действующего напряжения, что требует увеличения сечения проводов, количества групп на щитках, размеров защитных и коммутационных аппаратов, а в отдельных случаях - мощности трансформаторов на подстанциях. Устройства повышают действующий коэффициент мощности в сети питания, соответственно облегчаются режимы работы трансформаторных подстанций.

К снижаемым в линии освещения устройствами УПРУ5П потерям энергии относятся:

1. Тепловые потери, происходящие:

а) в лампе, расход энергии на обогрев: колбы лампы, арматуры светильника и воздуха

б) индуктивном балласте, расход энергии на обогрев: магнитопровода и обмотки, арматуры светильника и воздуха

в) проводах, расход энергии на обогрев: проводника и воздуха

2. Световые потери:

а) текущий спад светового потока ламп, происходит из-за перегрева ламп работающих в светильнике,

б) временной или эксплуатационный спад светового потока ламп, происходит из-за износа лампы и ее элементов.

3. Электромагнитные:

а) в индуктивном балласте, расход энергии на образование электромагнитного поля переменной частоты,

б) источники, создающие индуктивный сдвиг тока, снижают напряжение сети и соответственно ухудшают действующий коэффициент мощности

Неблагоприятные факторы, действующие при стандартной схеме включения ламп Преимущества эксплуатации ламп при использовании Универсальных Пуско-Регулирующих Устройств пятого поколения (УПРУ5П)
Высокое значение пускового тока лампы, разрушает электроды ламп, а большой перепад температур создает механические напряжения в материале горелки, что приводит к появлению микротрещин в ней и утечке рабочего газа, его давление снижается, светоотдача уменьшается, и лампа через некоторое время перестает зажигаться. Пусковые токи в момент включения ламп, практически равны значению рабочих токов, что позволяет избежать ускоренного разрушения электродов ламп и обеспечивает постепенный нагрев горелки, исключая появление в ней микротрещин. Светоотдача ламп не снижается.
«Зазеркаливание» - затемнение горелки лампы, возникающее в процессе эксплуатации из-за распыления материала электродов, снижение давления рабочего газа, ухудшение свойств люминофора под воздействием температуры, значительно и быстро уменьшают светоотдачу лампы по мере её работы, происходит перераспределение расхода энергии из УФ и видимого спектра излучения в ИК область, т.е. обогрева арматуры светильника и воздуха. Уменьшение значений пусковых и рабочих токов снижает распыление материала электродов и уменьшает рабочую температуру горелки лампы. Более комфортные температурные условия эксплуатации, долговременно сохраняют свойства люминофора и прозрачность горелки на первоначальном уровне. В результате существенно замедляется процесс падения светоотдачи и эксплуатационного старения лампы.
Колебания напряжения сети изменяют ток в лампе, что приводит к существенным перепадам рабочей температуры горелки лампы, что значительно ускоряет её износ и механическое старение. Устройства стабилизируют токи ламп, что увеличивает их сроки службы. При изменениях питающего напряжения в диапазоне от 130 до 380 вольт, устройства позволяют безопасно эксплуатировать лампы в светильниках.
Износ, механическое старение ламп, изменения температуры, ухудшают электрические характеристики лампы настолько, что типовая ПРА не обеспечивает надежного зажигания лампы, и лампу приходится заменять. Устройства компенсируют изменяющиеся со временем электрические характеристики ламп, обеспечивая их надежное зажигание и дальнейшую эксплуатацию.
Значительный нагрев от ламп арматуры светильников приводит к потемнению, растрескиванию и разрушению светоотражателя и защитного стекла, температурному старению и разрушению изоляции проводников, к сокращению срока службы индуктивных балластов и др. комплектующих светильника. Стабилизация температурного режима ламп, увеличивает сроки службы светильников и его комплектующих.
Акустические шумы индуктивных балластов, создают дополнительный фактор утомления работающих людей и снижают производительность труда. Изменение режима питания ламп снижает акустические шумы, генерируемые индуктивными балластами.
Пульсаций светового потока от ламп, включенных по типовой схеме, влияют на зрительное утомление и производительность труда работающих людей, а также к повышенному фактору травматизации из-за стробоскопического эффекта. Устройство обеспечивает беспрерывное прохождение тока через лампу, что существенно снижает пульсации светового потока ламп.
Большое значение пускового тока, протекающего при включении линии освещения, приводит к повышенному износу коммутационной аппаратуры и проводников, что способствует их более быстрому износу. Снижение пусковых токов потребляемых светильниками линии освещения, увеличивает сроки эксплуатации проводников и коммутационной аппаратуры в сети питания.
Токовые перегрузки в электрических цепях, возникающие при замыканиях в светильниках, вызванных повреждением проводов и ламп, приводят к погасанию линии освещения или ее участков. При замыканиях в одном или нескольких светильниках, вызванных повреждением проводов и ламп, устройства позволяют локализовать перегрузку на себя и эксплуатировать линию освещения дальше.
Эксплуатация устройств пятого поколения в системах освещения предприятий предоставляет следующие экономические и технические преимущества:
– снижать энергопотребление на освещение до 40%;
– многократно продлевать сроки эксплуатации ламп, соответственно снизив затраты на замену, утилизацию, покупку новых ламп;
– замедлить спад светового потока ламп в процессе эксплуатации и улучшить качество освещения;
– продлевать сроки эксплуатации индуктивных балластов, соответственно снизив затраты на замену и покупку новых;
– программировать, регулировать и управлять световым потоком ламп в светильниках линии освещения;
– продлевать сроки эксплуатации компонентов светильника;
– обеспечить защиту от погасания линии освещения, при значительных отклонениях напряжения;
– обеспечить электромагнитную совместимость ламп и индуктивных балластов разных производителей;
– обеспечить защиту индуктивных балластов и ламп при аварийных режимах питания;
– повысить уровень производственной, технологической и экологической безопасности при эксплуатации линий освещения


Внимание! Вся информация размещенная на данном сайте является авторской и запрещена для копирования без соответствующего разрешения производителя!

Приглашаем к сотрудничеству региональных дилеров, энергосервисные и лизинговые компании.

Адрес для корреспонденции:

455000, г. Магнитогорск, ул. Ленинградская, д. 2, оф. 64

Тел.: 8 (909) 096-17-15

Электронная почта: niiwest@mail.ru