VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Согласно закону РФ "Об энергосбережении..." от 23 ноября 2009 г., постановления Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321 “Об утверждении государственной программы Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики" установлен обязательный переход на энергосберегающие технологии, что подразумевает массовую замену традиционных ламп накаливания на более энергоэффективные электротехнические компоненты, в частности компактные люминесцентные лампы (ККЛ) и светодиодные светильники (LED).Увеличение числа потребителей, оснащенных электрическими преобразователями, встроенными источниками питания и пр. пускорегулирующей электронной аппаратурой, приводит к росту несимметрии в 3-фазной сети, несинусоидальности токов и напряжений. Негативное воздействие высших гармоник:

1. Возможен перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий

2.Искажение синусоидальности питающего напряжения.

3. Высшие гармоники, особенно кратные 3 - м создают дополнительные потери в трансформаторах.

4. Ухудшаются условия работы батарей конденсаторов.

Одновременно с этим выдвигается требование к сохранению качества электрической энергиисогласно требований ГОСТ 13109-67. Таким образом, ухудшение качества электроэнергии, вызванное использованием в ККЛ и LED отрицательно влияющей пускорегулирующей электронной аппаратуры, делает актуальным исследование влияния работы на ККЛ и LED на работу потребителей и энергосистему в целом.

Для оценки влияния работы энергосберегающих источников освещения, а именно компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) и LED – светильников на качество электропитания промышленных зданий проведены сравнительные испытания, направленные на оценку амплитуды высших гармоник, появляющихся в нейтральном проводе при трехфазной симметричной и несимметричной нагрузке однотипными потребителями. Схема экспериментального стенда приведена на рис. 1. В опытах исследовали компактные люминесцентные лампы типа gauss elementary 11W, LED светильники типаgausselementaryLD53226 6W и традиционные лампы накаливания мощностью 95 Вт. Осциллографирование тока нейтрале при соединении источников и приемников звездой выполняли посредством регистрации сигнала цифровым осциллографом Valleman PCS 500 включенным на обмотки шунта, выполненного на сопротивлении 33 Ом. Регистрация тока, напряжения и мощности потребляемых нагрузкой выполнялось комплектом измерительным K505 №1839.

Рис. 1 Схема электрическая принципиальная

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.

Лампы	Нагрузка	Токи				Напряжение						Мощность
		Ia	Ib	Ic	I0	Ua	Ub	Uc	Ua	Uc	Ua	Pa		Pc		Cos φ
Лампа Накаливания	Равномерная	0,83	0,85	0,86	0,06	226	220	216	380	380	376	185	184	184	553	0.98
	неравномер В1	0,81	0,43	0,86	0,35	228	220	220	380	377	376	184	96	184	464
	Неравномер В2	0,83	0,86	0,125	0,31	224	220	218	378	377	377	186	192	265	643
	Разомкнут фаза	0,81	0	0,83	0,64	224	220	210	377	377	371	180	0	175	355
LED	Равномерная	0,085	0,07	0,08	0,12	224	214	216	378	377	374	11	11	11	33	0.57
	неравномер В1	0,08	0,03	0,08	0,11	226	214	220	378	376	374	11	5	11	27
	Неравномер В2	0,08	0,075	0,12	0,15	226	216	220	376	375	374	11	11	17	39
	Разомкнут фаза	0,08	0	0,12	0,14	226	214	216	378	376	373	12	0	17	29
ККЛ	Равномерная	0,055	0,055	0,05	0,082	224	216	220	375	376	375	8	8	8	24	0.65
	неравномер В1	0,052	0,105	0,05	0,11	226	210	220	377	376	375	8	15	9	32
	Неравномер В2	0,05	0,1	0,1	0,12	226	228	218	376	375	375	7	16	15	38
	Разомкнут фаза	0,05	0	0,05	0,07	228	214	218	376	375	373	8	0	7	15

Известно [1, 2], что в традиционных лампах накаливания отсутствует встроенный источник питания, который мог бы влиять на генерацию высших гармоник. Поэтому для оценки качества сети, используемой в эксперименте за базовый принимали ток, текущий через нейтральный провод (рис. 2) при включении в нагрузку традиционных ламп накаливания (рис. 3, а). Видно, что в настоящее время уже имеет место влияние высших гармоник, амплитуда которых достигала 5 В.

При включении в режиме симметричной нагрузки LED наблюдали изменение характера нагрузки. Коэффициент мощности ухудшается в 1,7 раз с 0,98 до 0,57. При этом встроенный источник питания имеет емкостной характер. При симметричной нагрузкеLED не сопровождается значимым изменением амплитуды высших гармоник (рис. 3, б).

При включении в режиме симметричной нагрузки ККЛ так же наблюдали изменение характера нагрузки. Коэффициент мощности ухудшается в 1,5 раза с 0,98 до 0,65. При этом встроенный источник питания имеет емкостной характер. При симметричной нагрузке ККЛ так же не сопровождается значимым изменением амплитуды высших гармоник (рис. 3, в).

А

0

В1 В2

В

С

Рис. 2. Схема включения нагрузки.

Рис 3(a)осциллограмма равномерной нагрузки ламп накаливания

Рис 3(б) осциллограмма равномерной нагрузки LED

Рис 3 (в) осциллограмма равномерной нагрузки ККЛ.

При несимметричной нагрузке, когда ключ В1 разомкнут (см. рис. 2) из осциллограммы для ламп накаливания так же видно влияние высших гармоник, амплитуда которых в этом случае достигает 18 В (рис. 4, а). При включении в режиме не симметричной нагрузки LED так же наблюдали изменение амплитуды и формы колебаний, которая имея ярко выраженный негармонический характер сопровождалась снижением амплитуды в 1,8 раза до 10 В (рис. 4, б). При включении в режиме не симметричной нагрузки ККЛ так же наблюдали изменение амплитуды и формы колебаний, незначительно отличающийся от работы LED. При симметричной нагрузке ККЛ сопровождается изменением амплитуды высших гармоник до 8 В. (рис. 3, в). Можно заметить, что большая амплитуда при использовании ламп накаливания, в этом случае, может быть вызвана большей нессимметрией в потреблении мощности, которая в случае лам накаливания достигает 95 Вт, что в 16 раз выше, чем при использовании LED и в 8,6 раз, чем при использовании ККЛ.

Рис 4 (а) осциллограмма, неравномерная нагрузка, лампы накаливания.

Рис 3 (б) осциллограмма неравномерной нагрузки LED.

Рис 3 (в) осциллограмма неравномерной нагрузки ККЛ.

При несимметричной нагрузке, когда ключ В1 разомкнут, В2 замкнут (см. рис. 2) разница потребляемых фазных мощностей возрастает в 2 раза. При этом амплитуда колебаний при нагрузке лампами накаливания так же составляет 18 В, однако форма колебаний в большей степени отличается от гармонической. В аналогичных условиях амплитуда колебаний при LED и ККЛ приемниках возрастает в 1,3 раза, а форма колебаний значительно отличается от гармонической (рис. 5, б, в)

Рис 5 (а) осциллограмма неравномерной B2 нагрузке ламп накаливания

Рис 5 (б) осциллограмма неравномерной нагрузки LED.

Рис 45 (в) осциллограмма неравномерной В2 нагрузки ККЛ

При использовании осветительных приборов в промышленных зданиях нередки случаи, когда возникает несимметричный режим работы, вызванный отключением одной из фаз (рис. 6). В этом случае амплитуда меняется несущественно, однако в отличие от ламп накаливания имеющих форму сигнала близкую к гармонической, LED и ККЛ светильники имеют ярко выраженное влияние высших гармоник, амплитуда которых существенно возрастает

Рис6 (а) осциллограмма неравномерной нагрузки фаза ламп накаливания.

Рис 5 (б) осциллограмма неравномерной нагрузки фазы LED.

Рис 5 (в) осциллограмма неравномерной нагрузки фазы ККЛ

Результаты исследования показали, что использование LED и ККЛ вместо традиционных ламп накаливания сопровождается снижением потребляемой активной мощности, при этом наиболее экономичными являются LED. Однако коэффициент мощности ухудшается в 0,58 для LED и 0,66 для ККЛ. Причем реактивная составляющая принимает емкостной характер, что затрудняет использование традиционных способов компенсации реактивной мощности. Так же видно, что ККЛ и LED имеющие встроенный источник питания являются генераторами высших гармоник, что особенно влияет на качество электропитания при несимметричной нагрузке Это делает необходимый разработку электрических фильтров, включаемых совместно с LED и ККЛ, т.к. в противном случае массовое применение этих источников высших гармоник сделает невозможным выполнение требований ГОСТ 13109-67 предъявляемых к сохранению качества электрической энергии.

Список использования литературы

1. Общая энергетика и энергоснабжение: учебно-методическое пособие/ С.А. Балашова, Е.А. Чащин, А.А. Митрофанов, Ю.В. Молокин.- Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА им В.А. Дягтярева», 2013. – 256с.

2. Чащин, Е.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на машиностроительном предприятии: учебно-методическое пособие / Е.А. Чащин, Ю.В. Молокин, Н.П. Бадалян – Ковров ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2014. - 286

3. Дрехлэр Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: Пер. с чешк. – М.: Энергофтомиздат, 1985-112с.

Код для цитирования: Скопировать