СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ

Шепелев А.О.¹, Киселев Б.Ю.¹, Лысенко В.С.¹, Бубенчиков А.А.²

¹Магистрант, ²Кандидат технических наук, Омский государственный технический университет

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ

Аннотация

В статье рассматривается проблема рационального использования электрических ресурсов, мероприятия по снижению потерь электрической энергии в системах освещения с применением различных современных технологий освещения. Определены достоинства и недостатки каждого проводимого мероприятия. Рассмотрены способы и средства снижения потерь в системах освещения, а также достоинства и недостатки приборов искусственного освещения. Сформулированы выводы о положительных эффектах от применяемых способов снижения потерь.

Ключевые слова: потери, система освещения, электрическая лампа, датчик освещенности, датчик движения.

Shepelev A.O.¹, Kisselyov B.Yu.¹, Lysenko V.S.¹, Bubenchikov A.A.².

¹Undergraduate student, ²PhD in Technical Sciences, Omsk State Technical University

DECREASE LOSSES OF ELECTRIC ENERGY IN LIGHT SYSTEMS

Abstract

The article considers problem of rational using of power sources with measures to reduce electricity losses in light systems with application of different modern technology of light system. Determined advantages and disadvantages of each of the event. Considered methods and means to reduce losses of electricity in light systems, advantages and disadvantages devices of lamplight. Formulated conclusions on the positive effects of the applied methods of loss reduction.

Keywords: losses, light system, electric lamp, light sensor, motion sensor.

Проблемы рационального применения ограниченных энергетических ресурсов приобретает значительную актуальность для мирового сообщества, а её решение становится основной задачей для значительного числа государств, в том числе и для России. На электрическое освещение любых промышленных предприятий, гражданских строений и административных зданий приходится примерно от 30 до 80 % от суммарного потребления электроэнергии. Наибольший экономической эффект от расходования такого значительного потребления электрической энергии в настоящее время является крупной и важной задачей. В 2009 году был принят Федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» в рамках которого требовалось к 2014 году осуществить переход от неэкономичных ламп накаливания к более современным и энергоэффективным источникам света. Данный закон так же регламентирует составление энергетических паспортов объектов, на основании которого составляются рекомендации по снижению потерь.

Экономия электроэнергии не должна достигаться снижением норм освещенности, предусмотренных действующим СНиП 23-05-95 [1]. Уменьшение освещенности приводит к снижению зрительной работоспособности, ухудшению состояния людей, снижению производительности труда и т.д. Потери от ухудшения осветительных условий значительно превосходят стоимость сэкономленной электроэнергии.

Обычно, система освещения на различных предприятиях является комбинированной, поэтому попытки увеличить долю использования естественного освещения является задачей не менее важной, чем экономия на искусственном освещении.

В общем случае, меры по снижению потерь электрической энергии в системах освещения можно разделить на 3 вида:

• Увеличение доли естественного света;
• Применение современных технологий;
• Меры, не подпадающие под вышеуказанные категории.

Увеличение доли естественного света реализуется различными способами. Одним из таких способов является применение светлых материалов отделки внутренних помещений. Данный способ основан на повышенной отражательной способности светлых цветов. Использование в осветительных установках новых отражателей является одним из самых простых способов. В связи с потерей отражательных характеристик или вообще отсутствием отражателей, коэффициент полезного действия светильника может снизиться в 1,5 – 2 раза, а коэффициент использования осветительной установки в 2 – 2,5 раза. Очищение оконных проемов и стекол осветительных установок так может увеличить уровень освещенности, а, следовательно, и уменьшить количество включаемых ламп. Данное мероприятие снизит суммарные потери электрической энергии в осветительных установках. Данная мера принесет пользу только в совокупности с другими мерами по снижению потерь электрической энергии в освещении.

Следующей мерой по снижению потерь электрической энергии является применение современных технологий. Осветительная нагрузка в промышленных предприятиях, в административных зданиях и т.д. преимущественно представлена газоразрядными лампами. В работе [2] указано, что для искусственного освещения производственных и жилых помещений, улиц, скверов и парков наиболее эффективным является использование газоразрядных ламп низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления по своей сути являются обычными люминесцентными лампами, которые используются повсеместно для освещения производственных, административных, учебных и жилых помещений. Основное их преимущество относительно обычных ламп накаливания является [3]:

• большая светоотдача (люминесцентная лампа – 20 Вт даёт такой же световой поток, как и лампа накаливания – 100 Вт);
• разнообразные световые оттенки;
• длительный срок службы относительно тех же ЛН (в среднем 12000 часов против 1000 у ЛН);

Люминесцентные лампы применяются только вместе с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА). Пускорегулирующая аппаратура делится на 2 типа:

• электромагнитная пускорегулирующая аппаратура (ЭМПРА);
• электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА);

Главными достоинствами ЭМПРА являются их относительно невысокая стоимость, простота в исполнении и слабая чувствительность к температурным перепадам. Потери в мощности при использовании электромагнитного балласта лежат в пределах 10-50%, в зависимости от мощности источника света – чем мощнее лампа, тем меньше потери. Согласно европейским стандартам, по уровню потерь мощности существуют три класса дросселей: B (особо низкие потери), C (пониженные потери) и D (нормальные потери) [4].

В то же время ЭМПРА обладает значительным количеством недостатков. К ним относятся:

• Достаточно большие потери мощности;
• Низкий коэффициент мощности;
• Стробоскопический эффект (особенно опасный на производстве) и т.д.

Всех этих недостатков лишены люминесцентные лампы с ЭПРА. В ЭПРА установлен конденсатор, который компенсирует реактивную мощность, отсутствие стробоскопического эффекта из-за высокой частоты мерцания ЛЛ с ЭПРА, порядка 60-85 кГц и т.д.

В настоящее время светодиодное освещение является одним из перспективнейших направлений технологий искусственного освещения, которое основано на использовании светодиодов как источника света [5]. Применение светодиодных ламп по сравнению с другими видами ламп имеет ряд достоинств, а именно: отсутствие вольфрамовых нитей накаливания, как в люминесцентных лампах и в лампах накаливания, которые могут испортиться либо путем перегрева или от тряски. Основным преимуществом светодиодных ламп является низкое энергопотребление (в среднем, не более 10% от энергии потребляемой лампой накаливания), при этом качество электроэнергии не ухудшается (уровень освещённости лучше, даже чем у ламп накаливания и люминесцентных ламп). Таким образом применение различных современных типов ламп снижает потребляемую электрическую энергию, что ведет и к снижению потерь. Применение современных технологий основано не только на замене ламп накаливания на более современные лампы, а также на использовании различного рода датчиков (освещенности, движения, звука и т.д.). Повсеместно в освещении улиц крупных мегаполисов в последнее время применяются датчики освещенности “день – ночь”. Когда начинает уменьшаться уровень солнечной активности (“смеркается”), датчик отдает сигнал на включение осветительных установок. При увеличении солнечной активности (рассвет), датчик освещенности отдает сигнал на отключение осветительных установок (Рис. 1).

Рис. 1 - Датчик освещенности Feron SEN27/LXP03

Датчик освещенности (фотореле) Feron SEN27 может включать или выключать свет в соответствии с освещенностью. Температура окружающей среды и влажности на действие датчика освещенности не влияют. Фотореле можно применять, например, при уличном освещении, садовом освещении т. д. [6]. Достаточно часто в жилых домах устанавливаются датчики движения. Датчики движения включается свет только тогда, когда датчик улавливает движение крупных объектов. Применение таких датчиков помогает серьезно экономить на электроэнергии, приходящейся на общедомовые нужды (Рис. 2).

Рис. 2 - Микроволновый датчик движения TDM ДДМ-02 SQ0324-0021

Микроволновый датчик движения TDM ДДМ-02 SQ0324-0021 является универсальным прибором для автоматического управления освещением (внутренним или уличным), а также устройствами сигнализации. Благодаря компактным размерам и способности обнаруживать объекты через препятствия, датчик можно установить практически в любом месте: под потолком, перед дверью и даже под стеклом светильника. Работает по принципу локации СВЧ. Применение такого приспособления позволяет значительно снизить расход потребляемой электроэнергии и продлить срок службы осветительного прибора [7]. Таким образом применение различных датчиков может существенно снизить потери электрической энергии.

Дополнительными мерами по снижению потерь электрической энергии является разбитие на осветительные зоны. Значительный эффект от данной меры может быть достигнут в цехах промышленных предприятий, административных зданиях и учебных заведения. Часто в цехах промышленных предприятий осветительные установки включаются по всей территории, даже в тех участках цеха, где рабочие непосредственно не находятся. То есть, разбиение на осветительные зоны основано на выборочном включении света; включение осветительных нагрузок только в тех местах, где непосредственно производятся работы.

Таким образом рассмотренные мероприятия по снижению потерь электрической энергии в системах освещения помогут снизить потребляемую энергию, что в целом уменьшит потери. Данные мероприятия должны осуществляться в комплексе, чтобы положительные эффекты от каждого из способа проявили себя. Поэтому решение проблемы энергопотребления должно быть найдено с применением комплексного подхода.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-08-00243 а»

Литература

1. Строительные нормы и правила: СНиП СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение [Текст]: нормативно-технический материал. – Москва: [б.и.], 2011. – 75 с.
2. Овчинников В.С. Энергосберегающие технологии в системах освещения/В.С. Овчинников//Электрооборудование судов и электроэнергетика: сборник научных трудов/Калининград: КГТУ, 2000. – С. 19 - 21.
3. Википедия: Свободная энциклопедия [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Люминесцентная_лампа (дата обращения 20.03.2016).
4. ЭПРА-Консалтинг [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://epra-consulting.ru/PRA.php (дата обращения 20.03.2016).
5. Семеняк М.В. Светодиодные источники света в системах наружного и внутреннего освещения/ М.В. Семеняк, В.Н. Горюнов // Вестник Омского Государственного Аграрного Университета. – 2011. – № 2 (2). – С. 59 – 62.
6. Интернет-магазин STOP ELEKTRO [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://stop-elektro.ru/shop/osveshenie-komplektuyushie/datchiki-dvizheniya-osveshennosti/light-sensor-25a-feron-sen27/ (дата обращения 20.03.2016).
7. Все инструменты.ру [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vseinstrumenti.ru/electrika_i_svet/spec_osv/datchiki_dvizheniya/camelion/lx-20b_6440/#tab-1 (дата обращения 20.03.2016).

References

1. Stroitel'nye normy i pravila: SNiP SP 52.13330.2011. Estestvennoe i iskusstvennoe osveshhenie [Tekst]: normativno-tehnicheskij material. – Moskva: [b.i.], 2011. – 75 s.
2. Ovchinnikov V.S. Jenergosberegajushhie tehnologii v sistemah osveshhenija/V.S. Ovchinnikov//Jelektrooborudovanie sudov i jelektrojenergetika: sbornik nauchnyh trudov/Kaliningrad: KGTU, 2000. – S. 19 - 21.
3. Vikipediya: Svobodnaya ehnciklopediya [ehlektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lyuminescentnaya_lampa (data obrashcheniya 20.03.2016).
4. EHPRA-Konsalting [ehlektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa: http://epra-consulting.ru/PRA.php (data obrashcheniya 20.03.2016).
5. Semenjak M.V. Svetodiodnye istochniki sveta v sistemah naruzhnogo i vnutrennego osveshhenija/ M.V. Semenjak, V.N. Gorjunov// Vestnik Omskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta. – 2011. – № 2 (2). – S. 59 – 62.
6. Internet-magazin STOP ELEKTRO [ehlektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa: http://stop-elektro.ru/shop/osveshenie-komplektuyushie/datchiki-dvizheniya-osveshennosti/light-sensor-25a-feron-sen27/ (data obrashcheniya 20.03.2016).
7. Vse instrumenty.ru [EHlektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa: http://www.vseinstrumenti.ru/electrika_i_svet/spec_osv/datchiki_dvizheniya/camelion/lx-20b_6440/#tab-1 (data obrashcheniya 20.03.2016).