Характеристики ламп ДРЛ показывают (рис.7), что при изменении уровня напряжения в пределах ± 10% они изменяются практически прямолинейно и могут быть аппроксимированы следующими линейными уравнениями:

для потребляемой комплектом мощности:

; (4)

для тока лампы:

; (5)

для напряжения на лампе:

; (6)

для светоотдачи:

. (7)

Из уравнений (4) - (7) следует, что изменение уровня напряжения на зажимах комплекта лампа-дроссель на 1% вызовет изменение потребляемой мощности на 2,4%, а тока на 2,1%. Светоотдача лампы при этом сохранится практически постоянной. Мало изменяется также напряжение на самой лампе: около 1% на каждый процент изменения напряжения сети. Коэффициент пульсации светового потока  при отклонениях напряжения в пределах ± 10%  практически не изменяется. Коэффициент стабильности горения  при вышеуказанных пределах отклонения напряжения для комплектов с лампами ДРЛ составляет (0,6÷0,7), что соответствует нормам. Недостатком ламп ДРЛ следует считать недопустимость большого снижения напряжения питания. Уже при кратковременном (2-3 периода) снижении напряжения на зажимах комплекта на 10% может произойти погасание лампы, повторное зажигание которой возможно только через 5÷10 мин [13].

На основе анализа характеристик рассмотренных источников света можно сделать следующие выводы. Наиболее чувствительными к изменению питающего напряжения по потребляемой мощности и световому потоку являются ЛН, в том числе и КГ, а также ксеноновые лампы типа ДКсТ. Снижение напряжения, даже в допустимом по нормам пределе – 5% , ведет для ЛН и ДКсТ к потере 15÷20% светового потока, а для других ГРЛ – в среднем 8÷12%. Повышение напряжения в допустимом по нормам пределе (т.е. на 5%), вызывает увеличение мощности, потребляемой всеми источниками света, на 7÷15%. При этом срок службы ЛЛ сокращается на 20÷30%, а ламп ЛН и ДКсТ – в 2 раза. Это обуславливает необходимость жесткой стабилизации напряжения на зажимах источников света. Поэтому стабилизация напряжения позволяет повысить экономичность использования осветительных установок [14,15]. Необходимо учитывать, что уменьшение или регулирование напряжения сети однозначно определяет степень снижения тока и напряжения на ЛЛ, а также её мощности и светового потока. Для ламп высокого давления (для ДРЛ) это справедливо только в отношении мощности и светового потока (Светотехника, 1986, №12, С.14).

Зависимость светового потока ламп от отношения фактического напряжения у ламп - , к номинальному- :

для ЛН: ; (8)

для ДРЛ: ; (9)

для ЛЛ (с ПРА типа УБК): ; (10)

где  - световой поток при, отличном от, лм;

 - световой поток при , лм.

Экономия электроэнергии ∆ от применения регулирования снижением напряжения (кВт×ч/год):

для ЛН: ∆; (11)

для ДРЛ: ∆; (12)

для ЛЛ (с ПРА типа УБК): ∆, (13)

где  - мощность одной лампы при ;

- время снижения напряжения в течение года, час;

Зависимость срока службы ламп от напряжения:

для ЛН: ; (14)

для ЛЛ и ДРЛ: , (15)

где  - номинальный срок службы ламп, ч.

Мощность, потребляемая осветительной установкой:

; (16)

где  – нормируемая освещенность;

 – нормируемый коэффициент запаса;

 - коэффициент потерь в ПРА (для ДРЛ - 1,1);

 - световая отдача лампы (для ДРЛ - 50 лм/Вт);

 - коэффициент пропорциональности.

Для оценки перерасхода электроэнергии, происходящего от перенапряжений, необходимо определить возможный рост потребляемой мощности в зависимости от питающего напряжения:

для ЛН:  (17)

Анализ изменения мощности, потребляемой газоразрядными лампами при изменении питающего напряжения, следует проводить для комплекта «лампа - ПРА». Основная доля дополнительной мощности, потребляемой освещением при превышении , приходится именно на балластное сопротивление ПРА. При росте напряжения питающей сети ток лампы и, следовательно, ток в цепи включенного последовательно балластного сопротивления увеличивается, напряжение на балластном сопротивлении также повышается, а на лампе - уменьшается. Поскольку активное сопротивление лампы сравнительно мало, изменение потребляемой ею мощности практически неощутимо, в то время как потребление мощности балластом возрастает значительно. Электрические параметры всех газоразрядных ламп зависят от схем их включения. При любых схемах параметры газоразрядных ламп значительно меньше зависят от напряжения питающей сети, чем параметры ламп накаливания.

Мощность, потребляемая комплектом «ЛЛ - дроссель», меняется с изменением напряжения в пределах ± 10% в соответствии с соотношением:

 (18)

где - прирост или уменьшение потребляемой мощности при изменении напряжения от номинального, до фактического, Вт;

 – мощность, потребляемая при номинальном напряжении, Вт;

 – фактическое напряжение у ламп, В;

 – номинальное напряжение, В;

 – изменение напряжения (), В;

При включении ЛЛ последовательно с индуктивно-емкостным балластом коэффициент в правой части приведенного выше уравнения (18), несколько меньше 2.

Зависимость мощности и срока службы ламп типа ДРЛ от изменения напряжения линейна в пределах изменения уровня напряжения от номинальных на ± 10%. Для мощности, потребляемой комплектом «лампа ДРЛ - ПРА» справедливо отношение:

. (19)

Таким образом, изменение уровня напряжения на 1% на зажимах комплекта вызывает изменение потребляемой мощности на 2,4%.

Годовой расход электроэнергии в установке общего освещения при заданной (фактической) освещенности равен:

, кВт×ч; (20)

где  - число светильников, шт.;

 - мощность всех ламп каждого светильника, кВт;

 - коэффициент, учитывающий потери мощности в ПРА газоразрядных ламп (для ЛН - С = 1);

- потери мощности в осветительной сети, кВт;

 - число часов использования освещения в году.

С учетом норм освещения для расчета количества светильников применяется формула;

, (21)

где  - минимальная освещенность, лк;

 - коэффициент запаса;

 - площадь помещения, м2;

 - число ламп в каждом светильнике, шт;

 - световой поток каждой лампы, лм;

h - коэффициент использования светового потока, т.е. отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп.

Коэффициент h меняется в широких пределах (0,16 ÷ 0,84) и зависит от следующих факторов: КПД и формы кривой распределения силы света светильников; расчетной высоты расположения (возрастая с ее уменьшением); площади помещения (возрастая с ее увеличением); отношения длины помещения А к его ширине Б (уменьшаясь с увеличением этого отношения); коэффициентов отражения потолка , стен и расчетной поверхности rр. Коэффициенты отражения rр имеют достаточно большое значение для экономии, за счет рациональной цветовой окраски помещений, например при светлых потолках и стенах коэффициент h больше, чем при темных, на 8 ÷ 18%.

Для оценки соответствия нормам фактической освещенности для действующих осветительных установок может использоваться формула:

; (лк). (22)

Известно [13], что световой поток  ламп к концу срока их службы значительно уменьшается, например для ЛН – на 15%, ЛЛ – на 40 ÷ 45%, ДРЛ – на 30%. Замена изношенных ламп в процессе эксплуатации может производиться по мере выхода их из строя или методом групповой замены – через определенные интервалы времени, несколько меньше расчетного срока службы (серьезным недостатком последнего метода является большой расход ламп).

Коэффициент полезного действия светильников снижается, и форма кривой силы света изменяется, в процессе их эксплуатации без регулярной чистки, за счет загрязнения производственными веществами. Для различных производственных помещений КПД светильников может снижаться в 2 ÷ 10 раз. Поэтому поддержание светильников в надлежащей чистоте имеет большое значение для рационального использования электроэнергии в электроосветительных установках.

Годовая экономия эксплуатационных затрат на лампы при работе на сниженном напряжении составит (руб/год):

;           (23)

где n – количество ламп, шт;

m – коэффициент, учитывающий зависимость срока службы ламп от напряжения (для ЛН – m = 14; для ЛЛ и ДРЛ – m =3,2);

- стоимость ламп, руб/шт;

- стоимость замены лампы, руб/шт.

Суммарная годовая экономия от снижения питающего напряжения составит (руб/год):

. (24)

Стоимость съэкономленной электроэнергии составит (руб/год):

; (25)

где - стоимость 1 кВт×ч электроэнергии, руб.

Оценим возможную экономию электроэнергии, получаемую при регулировании (снижении) питающего напряжения для различных ламп (соответственно – уровень напряжения, в% от номинального; световой поток,% от номинального; экономия электроэнергии, кВт×ч/год; - мощность номинальная осветительной установки, кВт): для ламп накаливания (ЛН) – 90; 68; 0,15; 85; 56; 0,23; для ламп ДРЛ – 90; 67; 0,24; 85; 51; 0,36; для люминесцентных ламп (ЛЛ с компенсированным ПРА) – 90; 90; 0,13; 85; 84; 0,19; где - время работы лампы на сниженном напряжении.

Напряжение в осветительных сетях отклоняется от номинального значения в диапазоне – 10 ÷ +25%. При годовом числе часов горения ламп, равном 3600, напряжение в течение примерно 660 часов составляет 110% от номинального. При перенапряжениях возрастает мощность, потребляемая источником света, с перерасходом электроэнергии, и средний фактический срок службы лампы уменьшается. Например, увеличение напряжения питания на 5% приводит к снижению срока службы лампы накаливания в двое, а газоразрядных ламп – в 1,2 раза.

Согласно СНИП II – 4 – 79 на нормы проектирования искусственного освещения и инструкции по рациональному использованию электроэнергии (Светотехника, 1981, №5. С. 4 – 14) не допускается экономить электроэнергию в осветительных установках за счет применения устройств, уменьшающих мощность, потребляемую осветительными установками, если это приводит к нарушению требований норм. В лампах накаливания допускается снижение напряжения до 0,8 от номинального (); люминесцентные лампы устойчиво зажигаются при снижении напряжения до 0,8, а лампы ДРЛ (согласно ГОСТ 16354 – 70) – до 0,85.

Колебания напряжения приводят к перерасходу электроэнергии или снижению нормируемой освещенности. Напряжения у ламп не должно быть выше 105% номинального, а для газоразрядных ламп – не ниже 85%. Расчетное падение напряжения в осветительной электросети допускается не более 2,5%. Снижение напряжения на 1% вызывает уменьшение светового потока ламп: накаливания – на 3 – 4%, люминесцентных ламп – на 1,5% и ламп ДРЛ – на 2,2%. Падение напряжения при запуске электродвигателей может достичь 15 – 20% от номинальной величины в сети. Значительно повышается напряжение в электросети в ночное время, когда остаются включенными на ночь конденсаторные установки для компенсации низкого cos, при малой величине реактивной мощности.

3.       Применение экономичных источников света на основе газоразрядных ламп

Большое значение для рационального расходования электроэнергии играет применение экономичных газоразрядных источников света – ЛЛ и дуговых ртутных ламп (ДРЛ). Традиционные ЛН имеют низкий энергетический КПД, так как видимое излучение их составляет не более 6% потребляемой мощности, а ДРЛ имеют более высокий КПД – не менее 17%. Для ЛЛ не рекомендуется применять освещенности менее 75 ÷ 100 лк, так как тогда создается впечатление сумеречности. Световая отдача ГРЛ значительно превосходит таковую для ЛН, например (лм/Вт): для ЛН - 10÷ 20; ЛЛ - 42÷ 62; ДРЛ - 35÷55; ДРИ - 64÷ 90.

Световой поток новых ЛЛ больше, чем у ЛН при мощностях до 40 Вт в 5,8 ÷ 6 раз и при мощностях 80 ÷ 200 Вт в 3,7 ÷ 4,2 раза. Лампы ДРЛ при одинаковой мощности имеют световой поток больше, чем у ЛН в 2,7 ÷ 3,2 раза. Например, для ламп мощностью 200 Вт (250 Вт для ДРЛ) световой поток составляет (лм): ЛН – 2700; ЛЛ – 10000; ДРЛ – 11000.

В процессе эксплуатации эти соотношения изменяются. Наиболее экономичными являются ЛЛ типа ЛБ, поэтому применение более эффективных по цветопередаче ламп типов ЛХБ, ЛД и ЛДЦ должно быть экономически обоснованно, так как у них световой поток составляет 62÷ 95% от ЛБ. Необходимо учитывать, что эксплуатация ЛЛ в закрытых светильниках приводит к снижению светового потока ламп на 21 – 25%.

Выбору для целей общего освещения ламп ДРЛ способствует большая мощность этих ламп в сравнении с ЛЛ. По энергетической экономичности лампы ДРЛ с учетом потерь в ПРА и снижения светоотдачи в процессе эксплуатации не уступают ЛЛ. Сравнение удельных расходов электроэнергии - для различных типов ламп с учетом потерь в ПРА газоразрядных ламп (кВт×ч/1000лм/1000ч) показывает, что: для ЛН типа НГ - 220 мощностью 1000 Вт в начале эксплуатации -= 55, в конце срока службы -= 64, а для ламп ДРЛ мощностью 1000 Вт, соответственно – 22 и 31; для ламп ЛЛ типа ЛХБ мощностью 200 Вт, соответственно – 22 и 42. Видно, что лампы ДРЛ в условиях длительной эксплуатации не уступают ЛЛ и, даже превосходят по энергетической экономичности. Необходимо учитывать, что к концу срока службы ГРЛ существенно уменьшается их превосходство в экономичности по сравнению с мощными лампами ЛН. Применение ламп ДРЛ мощностью 250, 400 и 700 Вт в сравнении с ЛЛ целесообразно при большой высоте помещении, более тяжелом тепловом режиме работы и отсутствии специальных требований к качеству освещения, где спектральный состав света ламп ДРЛ не противопоказан. Основные параметры ламп типа ДРЛ представлены в таблицах 1 и 2.

Энергетическая эффективность и срок службы различных типов источников света (ИС), как известно, резко различаются. За период своей работы газоразрядные лампы (ГРЛ) вырабатывают в 50 ÷ 100 раз больше световой энергии на 1 условный Ватт потребляемой мощности по сравнению с ЛН. Например, для сравнения приведем основные характеристики ИС (соответственно, средний срок службы, ч; индекс светоотдачи, Ra; световая отдача, лм/Вт; световая энергия, вырабатываемая за срок службы на условный Ватт, в Млм×ч и в относительных единицах): для ЛН – 1000; 100; 8÷17; 0,013 и 1; для ЛЛ - 10000÷ 12000; 92÷ 57; 48÷ 80; 0,911 и 69; для КЛЛ - 5500÷ 8000; 85; 65÷ 80; 0,46 и 35; для ДРЛ - 12000÷ 20000; 40; 50÷ 54; 0,632 и 48; для натриевых ламп высокого давления (НЛВД) - 10000÷ 12000; 25; 85÷ 120; 0,96 и 94; для металлогалогенных ламп (МГЛ) – 3000÷ 10000; 65; 66 – 90; 0,78 и 60.

Возможная экономия электроэнергии, которая может быть получена в ОУ за счет замены менее эффективных ИС на более эффективные ИС (при условии сохранения нормируемых уровней освещенности) составляет (в%): ЛН на КЛЛ – 60÷80; ЛН٭ на ЛЛ – 40÷54; ЛН٭ на ДРЛ – 41÷47; ЛН٭ на МГЛ – 54÷65; ЛН٭ на НЛВД – 57÷71; ЛЛ на МГЛ – 20÷23; ДРЛ на МГЛ – 30÷40; ДРЛ на НЛВД – 38÷50. Знак ٭ означает, что замена ламп осуществляется при снижении нормируемой освещенности ЛН на одну ступень в соответствии с действующими нормами освещения.

Лампы КЛЛ имеют в 8 ÷ 10 раз больший срок службы и в 5 раз большую световую отдачу по сравнению с ЛН, поэтому их необходимо использовать в наиболее «отзывчивых» сферах – в жилом секторе, в административных и общественных зданиях. КЛЛ малых размеров, имеющих встроенные в лампу ЭПРА и стандартный резьбовой цоколь (Е27, Е14, В22) могут заменить напрямую в существующих светильниках ЛН мощностью от 25 до 100 Вт. Применение таких КЛЛ может быть наиболее эффективным именно в таких видах ОУ, где сегодня наиболее массовыми ИС являются ЛН. Для сравнения приведем характеристики ЛН и КЛЛ, соответственно мощность (Вт), световой поток (лм) (и отношение световой отдачи КЛЛ к световой отдаче ЛН, в относительных единицах): для ЛН – 25, 200; 40, 420; 60,710; 75, 940; 100, 1360; 2•60, 1460; для КЛЛ – 5, 200(4,3); 7, 400(5,3); 11, 600(4,5); 15, 900(4,7); 20, 1200(4,3); 23, 1500(5,4).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9