ОЦіНКА ЕФЕКТИВНОСТі ЗАСТОСУВАННЯ СИМЕТРУЮЧИХ ПРИСТРОїВ В СИСТЕМАХ ОСВіТЛЕННЯ БУДіВЕЛЬ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 628. 972:621. 382 Б01: 10. 15 587/2312−8372. 2014. 32 239
ОЦ1НКА ЕФЕКТИВНОСТ1 ЗАСТОСУВАННЯ СИМЕТРУЮЧИХ ПРИСТРО1 В В СИСТЕМАХ ОСВ1ТЛЕННЯ БУД1ВЕЛЬ
Запропонований новий принцип електропостачання внутршньобудинкових систем освт-лення на основг свгтлодюдних джерел свтла шляхом застосування мереж живлення постшного струму в поеднант з симетруючим тиристорним регулятором напруги, чим забезпечуеться зменшення вгдхилення напруги, ргвня вищих гармонж I несиметрп струмгв, втрат потуж-ностг та напруги в мережах. Проведене поргвняння ргзних варгантгв живлення таких систем освтлення.
Клпчов1 слова: електропостачання, системи освтлення, свгтлодгодне джерело свтла, ти-ристорний регулятор напруги, симетрування.
Романова Т. I.
1. Вступ
В останнш час спостертеться загострення проблем електромагштно! сумшност (ЕМС), яке пов'-язано, з одного боку, i3 зростанням уваги до питань енерго-збереження й забруднення середовища проживання електромагштними перешкодами (ЕМП), а з шшого — з широким впровадженням мжроелектрошки, обчислю-вально! техшки й засобiв радюзв'-язку, як е джерелами вищих гармошк (ВГ) i ЕМП.
У даний час системи штучного освилення е одним iз потужних споживачiв електроенергп (ЕЕ). Це пов'-язано з використанням малоефективних джерел свила (ДС) та свплових приладiв (СП) на 1х основу що призводить до зб^ьшення втрат ЕЕ в освiтлювальних установках (ОУ) та ii витрат в мережах.
Тому актуальним е застосування нових ДС з ураху-ванням та можливктю коректування режимiв роботи з метою тдвищення ефективностi систем освилення на основi.
2. Мета та задач1 дослщжень
Метою дослщжень е оцiнка ефективностi застосування симетруючих пристро! в — тиристорних регуляторiв напруги — в системах освилення будiвель, виконаних на основi свгглодюдних джерел свiтла та свiтлотехнiчних пристро! в на основi.
Для досягнення поставлено! мети були поставлеш наступш задачi:
— провести технiко-економiчне порiвняння рiзних варiантiв живлення свiтлотехнiчних пристро! в на основi свiтлодiодних джерел свила-
— ощнити ефективнiсть застосування симетруючо-го тиристорного регулятора напруги з точки зору усунення несиметрп навантаження, зменшення рiвня вищих гармонiйних складових у мережi живлення на основi аналiзу результапв технiко-економiчноi оцiнки.
3. Анал1з л1тературних даних I постановка проблеми
В останнш час мае мкце значне збшьшення част-ки ЕЕ, що витрачаеться на освилення в мережах зi свiтлотехнiчними пристроями (СТП) на основi свило-дiодних джерел свила (СД ДС) [1], як найбшьш високо-ефективних ДС, що забезпечують значну економiю ЕЕ та покращення якостi освiтлення.
Проте досвiд застосування СД ДС свщчить про на-явнiсть проблеми забезпечення ЕМС таких систем iз мережею живлення [2].
Це призводить до збшьшення втрат напруги й по-тужност на елементах мережу викликаних протжан-ням ВГ струму та зниженням коефщента передано! потужностi, а також до тдвищення електромагшт-но! сприйнятливостi техшчних засобiв, i в кiнцевому результат — до зниження ефективностi та якост! х функцiонування.
Розширення номенклатури СТП на основi СД ДС i поява! х нових типiв i характеристик вимагае прове-дення додаткових дослщжень, що мають на мет оцiнку режимiв i рiвня ЕМС споживачiв з такими електро-приймачами, а також розроблення науково-техшчних основ пiдвищення рiвня! х ЕМС, наприклад, за рахунок використання додаткових пристро'-в.
Виконання задачi компенсацп реактивно'-! потуж-ностi може бути здшснено iз застосуванням сучасних фiльтро-компенсуючих пристро'-в (ФКП) iз розмщен-ням !х у будь-якiй точцi мережi вщ електроприймача до джерела живлення. При цьому, точкою! х оптимального розмщення е вузол електрично! мережу в якому розмiщення ФКП забезпечуе мжмум зве-дених витрат.
Цим обгрунтоване запропоноване в робот комп-лексне виршення питань зниження рiвня ВГ, регу-лювання та симетрування напруг i струмiв на основi застосування тиристорних регуляторiв напруги (ТРН) та проведення порiвняльноi оцiнки варiантiв живлен-ня СД ДС.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/5(20], 2014, © Романова Т. I.

4. Матер1али та методи дослщжень
Дослщження режимiв освiтлювальних електричних мереж зi СД ДС та СТП на 1х основi [2] дозволило виявити новi режими, пов'-язанi з несиметрieю струмiв i напруг, а також деградащею свiтлодiодних джерел свiтла. Також 1х застосування супроводжуеться гене-ращею перешкод, що передаються по мережi i через атмосферу.
Найважливiшою особливктю цих ДС е спотворення струму та напруги мережу яке пов'-язане з нелшшш-стю характеристик СД ДС i використанням в якост джерела 1х живлення електронних перетворювачiв [3].
Як правило, завдання мiшмiзащi рiвня несиметрii й несинусоiдальностi струмiв i напруг вирiшуеться комплексно з ршенням задачi регулювання напруги та управлшня технологiчними процесами (регулювання та тдтримування заданого значення параметрiв техноло-гiчного процесу) [4].
В тепершнш час для електропостачання житлових та громадських будiвель використовуеться в основному трифазна чотирипровщна система з глухозаземле-ною нейтраллю живильного трансформатора змшного струму напругою 380/220 В, з частотою 50 Гц. Вщ неi живляться трифазнi i однофазш силовi приймачi та освiтлювальне навантаження.
Наряду з багатьма перевагами ця система мае i ряд недолМв. Основш з них е:
— несиметричш режими, якi виникають при ви-падковому вмиканнi та вимиканш силових однофазних приймачiв та освилювального навантаження. При за-стосуваннi СТП на основi СД ДС несиметрiя виникае навiть при однакових ефективних струмах в фазах (за рахунок рiзних характерiв СД ДС та рiзноi iх деградацii, яка збшьшуеться з часом та впливае на значне зниження свiтлового потоку). Все це призводить до додаткових втрат, додаткових витрат ЕЕ, збшьшенню каттальних витрат на провiдниковi матерiали з кольорових металiв. Крiм того, в системi виникають ВГ струму i напруги, що також впливае на яюсть ЕЕ, втрати та зниження коефщенту потужностi-
— система змшного струму напругою 380/220 В
не забезпечуе повноi електробезпеки оточуючих-
— при експлуатацп системи 380/220 В е можлившть
несанкцiонованого вiдбору ЕЕ та ш.
З практики розрахунку електричних мереж з ФКП для одночасного виршення питань компенсацп реактив-ноi потужностi та зниження рiвня струмiв ВГ вiдомо, що при наявност великоi кiлькостi дрiбних i рiзнотип-них споживачiв з нелшшним навантаженням набагато економнiше застосування групових ФКП, шж на вводах до споживачiв [4].
При цьому, застосування вдивщуальних ФКП значно здорожуе варпсть електроприймачiв, хоча й знижуе втрати потужност в мережi. В результату можна го-ворити про те, що необхщшсть застосування складних iндивiдуальних ФКП з установленням в кожному СТП на основi СД ДС представляеться вельми сумшвною. В першу чергу це стосуеться споживачiв, у яких частка освилювального навантаження досить мала, наприклад, системи загальнобудинкового освилення будiвель.
Поставленi в роботi задачi вирiшувались iз застосу-ванням методiв, що базуються на основних положеннях електротехшки та свiтлотехнiки.
Експериментальнi дослщження виконувались з використанням методiв свiтло- та електротехнiчних вимiрю-вань. Результати вимiрювань оброблялись з використанням методiв математичноi статистики. Обгрунтовашсть результатiв роботи забезпечено адекватним використанням математичних методiв.
5. Результати дослщжень застосування фшьтро-компенсуючих та симетро-регулппчих пристроив в осв1тлпвальних мережах з1 св1тлод1одними джерелами свгтла
Для аналiзу процесiв у мережах в загальному ви-падку будемо вважати, що однофазний СТП на ос-новi СД ДС працюе стльно з регулятором Р. В цих умовах ршення задачi симетрування вимагае розгляду застосування крiм однофазних iндивiдуальних регу-ляторiв Р1, Р2 … Рм (рис. 1) комплексних групових симетро-регулюючих пристроiв, наприклад, симетрую-чого ТРН [5], який призначений для отримання по-стшного струму, крiм того, ще вш повнiстю симетруе навантаження за фазами.
Рис. 1. Схема включення N-i кшькосп однофазних СТП на основ1 СД ДС в трифазну чотирипровщну систему за шдивщуальною схемою: Pi, Рг … Pn — ?дн?фазнi регулятори- 1 — СД ДС- 2 — драйвер АС/DC-
1, 2, … N — свшгатехшчш пристро! 3i СД ДС- U — напруга живлення- А, В, С — фази трифазно! системи- N — нульовий робочий провщ 1а, 1 В, Ic, In — фазш струми вiдп? вiдн? в фазах А, В, С та в нульовому робочому пр? в?дi N
У pa3i застосування симетруючих ТРН електро-приймачi з регулятором по вiдношенню до мережi перетворюються на симетричний трифазний електро-приймач. Це виключае виникнення несиметричних режимiв у мережах живлення при випадковому вклю-ченнi електроприймачiв i деградацii СД ДС, а також знижуе рiвень ВГ на сторон трифазноi мережi живлення. Б^ьш того, в цьому випадку ввдкриваеться можливiсть живлення СТП на основi СД ДС постш-ним струмом через драйвери DC/DC, що зiбранi за спрощеною схемою, за рахунок застосування груповоi мережi постшного струму
Згiдно з [4] у схемах живлення СТП на основi СД ДС дощльно застосування однофазних ТРН в по-еднаннi з фшьтрами ВГ або трансформаторiв з симет-руючим ТРН. Тому в цш роботi розглянутi наступнi варiанти живлення СТП на основi СД ДС (рис. 2, табл. 1):
Рис. 2. Схеми включения СТП на основ! СД ДС з однофазними i трифазними симетруючими ТРН: а — BapiaHT 1- б — BapiaHT 2- в — BapiaHT 3:
1 — СД ДС з драйвером АС/DC- 2 — драйвер АС/DC- 3 — однофазний регулятор напруги РНТО Pi, Р2, Рз) — 4 — фшьтр 3-Х гармоиiки- 5 — фiльтр 5-Х гармоиiки- 6 — СД ДС з драйвером DC/DC- 7 — драйвер DC/DC- 8 — симетруючий ТРН- 9 — трифазний трансформатор- 1, 2, … N — свгтлотехшчш пристро! зi СД ДС- U — напруга живлення- А, В, С — фази трифазноХ системи- N — нульовий робочий пров! д
Таблиця 1
TexHiKG-eKGHGMiHHi пар1вняння р1зних BapiaHTiB живлення СТП на основ! СД ДС
№ Вар1анти живлення СТП з1 СД ДС 1 найменування Хх основних елеменив Напруга/кшьюсть фаз К, Э, Q, Q,
вар. на вход! на виход1 грн. грн. грн. во.
1 Три однофазних тиристорних регулятора, потужшстю 500 Вт, з1 схемою управлшня, в т. ч.: 220/1 220/1 600 100 190 1,0
Однофазний тиристорний регулятор РНТ0−220−5 з1 схемою управлшня 220/1 220/1 200 33,3 63,3 —
Силовий трансформатор спшьно з симетруючим тиристорним регулятором напруги, в т. ч.: 380/3 120/ пост. струм 680 113,3 215,3 1,2
2 Трифазний трансформатор ТМ-0,5, потужшстю 500 Вт, 380/88, 7/51,3 В 380/3 (88,7/51,3)/3 480 80 152 —
Симетруючий тиристорний регулятор напруги, потужшстю 500 Вт, з1 схемою управлшня 88,7/3 120/ пост. струм 220 23,3 66,3 —
3 Фшьтро-компенсуючий пристрш спшьно з однофазними тиристорними регуляторами напруги, в т. ч.: 220/1 220/1 1200 200 380 2,0
Фшьтри 3-Х та 5-Х гармошк, ФКП-3(5), 6 шт. 220/1 220/1 600 100 190 —
Однофазний тиристорний регулятор, РНТ0−220−5 з1 схемою управлшня, 3 шт. 220/1 220/1 600 100 190 —
Примггка: Варiант 1 — з ТРН однофазними типу РТН0−220−5, 220 В, 5 А, як! встановлюються на кожну фазу. Варiант 2 — з трифазним трансформатором ТМ-0,5, 380/88, 7/51,3, 0,5 кВт, Цт = 380 В, Дф = 220 В, Дл2 = 88,7 В, Цф2 = 51,3 В та симетруючим ТРН 0,5 кВт, вх1д трифазний 380 В, вихщ — постшний струм 60−120 В. Варiант 3 — з ТРН однофазним типу РНТ0−220−5 спшьно з фшьтрами ВГ для нормованих у цьому випадку 3-Х I 5-Х гармошк.
Для TexHIK0-eK0H0MI4H0I оцiнки cnocooIB живлення СТП на ocHOBi СД ДС запропоновано загальноприйня-тий пiдхiд, заснований на розрахунку величини зведених розрахункових витрат Q = 0,15 К + Е [6], де 0,15 — нормативний коефщент ефективнот- К — каттальш витрати- Е — експлуатацшш витрати.
При цьому, каттальш витрати К мютять: варткть прoвoдiв i арматури лшш живлення (вiд розподшь-ного щита до навантаження), апаратури управлшня i захисту, транcфoрматoрiв, тиристорних регулятoрiв i фiльтрiв ВГ. При визначенш екcплуатацiйних витрат Е враховуються: вщрахування вiд капiтальних витрат на амортизацш, ремонт та обслуговування лiнiй живлення i СТП на ocнoвi СД ДС, апаратури управлшня i захисту,
транcфoрматoрiв, тиристорних регулятoрiв, обладнання фшьтргв ВГ, вартicть втрат i витрат ЕЕ.
Пoрiвнюванi варiанти зicтавлялиcя за умови одна-кового енергетичного ефекту, тобто для вах варiантiв значення навантаження i напруга мережi залишаються незмiнними. Для визначенocтi одинична потужшсть СД ДС приймаеться рiвнoю 5 Вт, напруга живлення — 60−120 В, потужност симетруючого ТРН i трифазного трансформатора складають 500 Вт.
При пoрiвняннi варiантiв пропонувалася рiвнicть капiтальних витрат i будiвельнo-мoнтажних рoбiт. Тому в подальших розрахунках цей показник не враховувався. Не враховувалися також oднакoвi за величиною складов1 каттальних вкладень i рiчних екcплуатацiйних витрат.
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 6/5(20), 2014
Результати розрахунюв при рiзних схемах пщключен-ня i рiзних способах регулювання приведет в табл. 1 та на рис. 3.
Q,/pHV)"f 0,6.0. 475 Т 2& gt-5
380 -- 2. 0
285 ¦¦ 15
m -- j, o
95 -L 0,5 ----
«! «2 № 3 «бор/англу
Рис. 3. Зведеш розрахунксш витрати Q для рiзних BapiaHTiB живлення СТП 3i СД ДС
6. Обговорення результатГв оцшпвання ефективносТ застосування фмьтро-компенсуючих та симетруючих пристро*1 В в освГтлювальних мережах 3i свгглодгодними джерелами свгтла
Як видно з табл. 1, найменше значення мають витрати для варiантiв 1 i 2.im того, необхiдно врахувати, що у варiантi 1 мають мкце неврахованi втрати вiд неси-метричних i несинусощальних режимiв, якi збшьшать загальнi витрати ще приблизно на 5%.
Варiант 2 слщ вважати бiльш прийнятним у зв'-язку з яюсною перевагою, викликаною повним усуненням несиметричних режимiв.
Розгляд варiанту 3 позбавлений сенсу iз-за вели-коi величини розрахункових витрат, як в 2 рази пере-вищують витрати за варiантом 1 i в 1,7 рази — за варiантом 2.
Для освгглення об'-екпв ЖКГ може бути рекомен-доване застосування варiанта 2, впровадження якого сприяе, крiм повному усуненню несиметричних режи-мiв, додатковому зменшенню втрат вщ ВГ за рахунок застосування живлячого трансформатора, з'-еднаного за схемою «трикутник^рка», а також зменшенню витрат за рахунок вщсутносп нейтрального проводу
Таким чином, застосування симетруючого ТРН (ва-рiант 2) забезпечуе зменшення витрат ЕЕ до 7% i втрат напруги на 3−4%. При цьому варпсть розподiльноi мережi зменшиться на 17%. Одночасно з цим збшь-шиться на 30% строк служби СТП на основi СД ДС. Це означав, що впровадження таких регуляторiв у системах внутршньобудинкового освилення зi СД ДС в рамках середнього мшта може забезпечити економiчний ефект, який вимiрювться сотнями тисяч грн. у рж [7]. Фактичний ефект може бути ще бшьшим, якщо врахувати його сощальну складову, пов'-язану з полшшенням якостi освiтлення об'-вкта, усуненням несанкщонованого вiдбору ЕЕ та зниженням напруги дотику до величини
менше 120 В, що забезпечуе тдвищену електробезпеку обслуговування [8].
Крiм того, при постшному струмi збiльшуеться на-дшшсть роботи, як силового, так i освилювального обладнання. При цьому бшьша частина пристроiв спожи-вчоi електрошки працюе вiд постiйного струму Перехщ на часткове живлення постiйним струмом, а згодом на живлення тшьки постшним струмом, сприятиме високiй енергоефективносп, надiйностi, електробезпецi та iн. [9].
7. Висновки
1. Для компенсацп реактивноi потужност в осви-лювальних мережах зi свiтлодiодними джерелами свила обгрунтована необхiднiсть застосування схем '-?х живлення вiд джерела постшного струму, що виключае необ-хщшсть застосування фiльтро-компенсуючих пристроiв.
2. Результати проведених дослщжень вказали на те, що застосування симетруючого тиристорного регулятора напруги з трифазним входом дозволяв повшстю усунути несиметрт навантаження i зменшити рiвень вищих гармонiйних складових у мережi живлення.
3. Обгрунтована доцшьшсть вiдмови вiд традицш-них чотирипровщних схем освiтлювальних електричних мереж i застосування комбiнованоi схеми електропоста-чання споживачiв [10], що передбачае живлення си-лових електроприймачiв вщ мережi змiнного струму 380/220 В, а освилювальних електроприймачiв — вщ мережi постiйного струму.
4. Запропоноваш рiшення забезпечують збiльшення на 20−30% коефщента потужностi i зменшення на 30−40% коефвдента несинусощальносп живильноi мережi, що дозволяв зменшити на 15−20% втрати по-тужност та напруги в нш, а також забезпечити електробезпеку в цш мережi та усунення несанкщонованого вщбору електроенергп в будинках.
Лгтература
1. Справочная книга по светотехнике [Текст]: справ. изд. / под ред. Ю. Б. Айзенберга. — 3-е изд., перераб. — М.: [Б. и. ], 2008. — 952 с.
2. Govorov, P. P. Electromagnetic compatibility of light-emitting diode light sources with a network [Text] / P. P. Govorov, T. I. Romanova, V. P. Govorov // Proceedings International Scientific Conference «UNITECH'-11», Gabrovo, 18−19th of November 2011. — Gabrovo: Technical University of Gabrovo, 2011. — Vol. 1. — Р. 64−68.
3. Манторски, З. Гармонические искажения в сети от источников света, управляемых электронными приборами [Текст] / З. Манторски // Светотехника. — 2008. — № 2. — С. 30−33.
4. Жежеленко, И. В. Электромагнитная совместимость потребителей [Текст]: моногр. / И. В. Жежеленко, А. К. Шидловский, Г. Г. Пивняк и др. — М.: Машиностроение, 2012. — 351 с.
5. Носанов, Н. И. Симметрирующий тиристорный регулятор мощности для однофазных электроприемников [Текст] / Н. И. Носанов // Промышленная энергетика. — 1976. — № 11. — С. 41−44.
6. Денисов, В. И. Технико-экономические расчеты в энергетике [Текст] / В. И. Денисов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 216 с.
7. Носанов, Н. И. Перспективы применения светодиодных источников света на объектах ЖКХ [Текст]: зб1рник тез доп. III м1жнар. конф. «Науково-техшчне та оргашзацшно-економ1чне сприяння реформам у буд1вництв1 i житлово-
комунальному господарствЬ, Макивка, 12−13 кв1тня 2012 р. / Н. И. Носанов, Т. И. Романова. — Ч. II. — Макивка: Дон-НАБА, 2012. — С. 35−37.
8. ГОСТ 30 331. 3−95. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током (МЭК 364−4-41−92) [Текст]: Межгосударственный стандарт. — Введ. 01. 01. 2002. — М.: ИПК издательство стандартов, 2002. — 17 с.
9. Wright, M. Lighting industry progresses on DC-power grids that pair well with LEDs [Electronic resource] / Maury Wright. — Available at: www/URL: http: //www. ledsmagazine. com/articles/ print/volume-10/issue-6/features/lighting-industry-progresses-on-dc-power-grids-that-pair-well-with-leds-magazine. html
10. Пат. № 94 427. Украша, МПК (2014. 01) TO2J 5/00, F21 L 4/00. Комбшована система електропостачання постшно-змшного струму [Текст] / Говоров П. П., Носанов М. I., Романова Т. I. — № u 2014 6 341- заявл. 10. 06. 2014 р.- опубл. 10. 11. 2014 р., Бюл. № 21. — 6 с.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИММЕТРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ ЗДАНИЙ
Предложен новый принцип электроснабжения внутридо-мовых систем освещения на основе светодиодных источников
света путем применения питающих сетей постоянного тока в сочетании с симметрующим тиристорным регулятором напряжения, чем обеспечивается уменьшение отклонения напряжения, уровня высших гармоник и несимметрии токов, потерь мощности и напряжения в сетях. Проведено сравнение различных вариантов питания таких систем освещения.
Ключевые слова: электроснабжение, системы освещения, светодиодный источник света, тиристорный регулятор напряжения, симметрирование.
Романова Тетяна 1ватвна, асистент, кафедра електротехтки та автоматики, Донбаська нащональна академ1я будiвництва та архтектури, Макпвка, Украта, e-mail: ttatianai@mail. ru.
Романова Татьяна Ивановна, ассистент, кафедра электротехники и автоматики, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Макеевка, Украина.
Romanova Tetiana, Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeevka, Ukraine, e-mail: ttatianai@mail. ru
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/5(20], 2014

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой