| ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4.4. Экономия электроэнергии и затрат
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
(4.31) |
где Uн и U - номинальное и фактическое напряжение на источнике света, В;
Pн и P - мощность, потребляемая источником света при номинальном и фактическом напряжении, Вт.
Анализ изменения мощности, потребляемой газоразрядными лампами при изменении питающего напряжения, следует производить для комплекта "лампа-пускорегулирующий аппарат". Основная доля дополнительной мощности, потребляемой освещением при превышении номинального напряжения, 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 ламп значительно меньше зависят от напряжения питающей сети, чем параметры ламп накаливания.
Мощность (отн. ед.), потребляемая комплектом "люминесцентная лампа-дроссель", меняется с изменением напряжения в пределах ±10% в соответствии с соотношением
 |
(4.32) |
где ΔP - прирост или уменьшение потребляемой мощности при изменении напряжения от номинального до фактического, Вт;
Pн - мощность, потребляемая при номинальном напряжении, Вт;
U - фактическое напряжение у ламп, В;
Uн - номинальное напряжение, В;
ΔU - изменение напряжения от номинального до фактического (ΔU=U - Uн), В.
При включении люминесцентной лампы последовательно с индуктивно-емкостным балластом коэффициент в правой части выражения (4.32) несколько меньше 2. В дальнейшем увеличение потребляемой мощности (в процентах номинальной) рассчитывалось по соотношению (4.33).
Зависимость мощности и срока службы ламп типа ДРЛ от изменения напряжения линейна в пределах изменения уровня напряжения от номинала на ±10%. Для мощности (отн. ед.) потребляемой комплектом "лампа ДРЛ-ПРА" справедливо соотношение
 |
(4.33) |
где KU=U/Uн.
Из этого следует, что изменение уровня напряжения на 1 % на зажимах комплекта вызывает изменение потребляемой мощности на 2,4%.
Результаты расчетов увеличения потребляемой мощности в зависимости от превышения напряжения для разных источников света, рассчитанные по соотношениям (4.31)-(4.33), приведены в табл. 4.10. Надежных данных о поведении в режиме перенапряжения таких перспективных и экономичных источников света, как металлогалогенные лампы типа ДРИ или натриевые лампы высокого давления типа ДНаТ, в отечественной литературе пока найти не удалось. По каталогам зарубежных фирм (Toshiba, Osram, Philips) были собраны и проанализированы некоторые данные относительно увеличения потребления мощности этими лампами в комплекте с ПРА при перенапряжениях в сетях. Эти данные приведены в табл. 4.10 [10].
| Увеличение потребляемой мощности, % для ламп | Превышение напряжения, % | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 10 | |
| Накаливания | 0 | 1,6 | 3,2 | 4,7 | 8,1 | 11,5 | 16,4 |
| Люминесцентных | 0 | 2,0 | 4,0 | 6,0 | 10,0 | 14,0 | 20,0 |
| Ртутных типа ДРЛ | 0 | 2,4 | 4,9 | 7,2 | 12,2 | 17,0 | 24,3 |
| Металлогалогенных | 0* 0** | 1,5 2 | 3 4 | 4,5 5 |
7,5 10 | 10,5 14 | 15 18 |
| Натриевых | 0* | 2,8 | 5,6 | 8,4 | 14 | 19,6 | 28 |
| Высокого давления | 0** | 2,0 | 8,0 | 11 | 18 | 23 | 34 |
*По каталогам фирмы «Toshiba», Япония.
** По каталогам фирмы «Osram», Германия.
Перенапряжения в сетях, как правило, существуют не постоянно, а лишь в течение некоторого времени. Поэтому анализ результатов, представленных в табл. 4.10, не позволяет сказать, каков будет истинный перерасход электроэнергии на освещение. Однако сопоставление приведенных величин дает возможность оценить, в какой из осветительных установок перерасход может быть больше при прочих равных условиях. Для металлогалогенных ламп влияние перенапряжении сказывается в достаточно большой степени (приблизительно так же, как и для люминесцентных ламп), а для натриевых ламп высокого давления относительное увеличение мощности выше, чем для других источников света.
Превышение напряжения в сети приводит также к снижению срока службы источников света и, следовательно, к увеличению приведенных и эксплуатационных затрат на освещение. Зависимость срока службы источников света от фактического уровня напряжения чаще всего выражается эмпирическими формулами (4.27) и (4.28).
Поскольку количество ламп (шт.), необходимых для эксплуатации, обратно пропорционально сроку их службы, можно оценить относительное изменение количества необходимых ламп в зависимости от превышения напряжения, по соотношению
 |
(4.34) |
где Nн и N - количество ламп, необходимых для эксплуатации освещения при номинальном и фактическом уровнях питающего напряжения;
τн и τф - срок службы ламп при расчетном и фактическом напряжении.
Результаты расчетов приведены в табл. 4.11. Из нее видно, что увеличение напряжения питания на 5% приводит к снижению срока службы ламп накаливания вдвое, а газоразрядных ламп – в 1,2 раза. Соответственно этому резко возрастает количество ламп, необходимых для эксплуатации осветительных установок, а значит, и эксплуатационные расходы. Приведенные расчеты показывают, что для обеспечения рационального расходования электроэнергии и снижения затрат на освещение необходимо эффективно ограничивать превышение напряжения.
| Параметр | Повышение напряжения, % | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 10 | |
| Относительный срок службы ламп, % накаливания |
100,0 | 87,1 | 75,8 | 66,2 | 50,5 | 38,7 | 78,0 |
| газоразрядных | 100,0 | 95,0 | 93,0 | 90,0 | 85,0 | 80,0 | 73,0 |
| Количество ламп, необходимых для эксплуатации, % накаливания |
100,0 | 114,0 | 132,0 | 151,0 | 198,0 | 258,0 | 1284,0 |
| газоразрядных | 100,0 | 105,0 | 108,0 | 111,0 | 118,0 | 125,0 | 137,0 |
В России находят применение тиристорные преобразователи напряжения типа ППТТ-3-220, выпускаемые ОАО "Электровыпрямитель".
Применению ограничителей напряжения должно предшествовать определение уровней напряжения в осветительных сетях и технико-экономическое обоснование целесообразности применения ограничителей.
В приведенных выше расчетных формулах используются известные зависимости потребляемой мощности и срока службы ламп от уровня напряжения (4.22)-(4.28)
Уровни эффективного напряжения на лампах в реальных условиях определяются с учетом временной продолжительности в течение года каждого значения КU. Для определения уровней напряжения следует пользоваться статистическими анализаторами качества напряжения типа САКН или современными приборами типов AR.4М или ППКЭ-1-50. Методика использования анализаторов приведена в [15].
Обоснование применения ограничителя можно выполнить на основе расчета срока окупаемости затрат на его установку
 |
(4.35) |
где Тогр - срок окупаемости ограничителей, лет;
Когр - капитальные затраты на приобретение и установку ограничителей, руб.;
Эдоп - дополнительные издержки на освещение (ущерб) при превышении номинального напряжения на зажимах источника света (исключаемые при использовании ограничителей) на один ограничитель, руб/год;
Ээ,о - эксплуатационные издержки на один ограничитель, руб/год;
Тинв - срок представления инвестиций, лет.
Если срок окупаемости установки ограничителя будет меньше срока, установленного инвестором средств, Тинв капиталовложения будут выделены и проект реализован.
Экономия от исключения дополнительных затрат, вызываемых превышением номинального напряжения Эдоп, определяется из следующих соображений. Повышение напряжения сверх номинального вызывает дополнительные эксплуатационные издержки, включающие стоимость перерасхода электроэнергии и стоимость замены преждевременно перегорающих ламп. Значение этих издержек (руб./год) определяется [14] с помощью следующих выражений:
 |
(4.36) |
Формула (4.36) справедлива при наличии статистического анализатора. При отсутствии анализатора, т. е. при использовании средних значений 
и
, соотношение (4.36) принимает вид:
 |
(4.37) |
Обозначения, принятые в формулах (4.36) и (4.37): а - постоянная составляющая тарифа на электроэнергию, руб./(кВт·год); b - переменная составляющая тарифа на электроэнергию - дополнительная плата по тарифу, руб./(кВт·ч); Ру,н - установленная номинальная мощность ламп, подключенных к ограничителю, кВт; kU max - уровень напряжения в часы максимума энергосистемы, отн. ед.; R - число дней эксплуатации осветительной установки в году; kU п,с - среднее значение настройки измерительного канала прибора (отн. ед.);
 |
(4.38) |
где kUв, kUн - верхний и нижний пределы настройки уровня напряжения каждого канала измерения, отн. ед.;
сп - среднее время пересчета прибора (период измерения);
pп - число срабатываний каждого канала (показания интегрирующих счетчиков) за период измерения;
C0 - стоимость замены 1 кВт ламп, включая их стоимость, руб./кВт;
τн - срок службы ламп при расчетном напряжении, ч;
- среднее арифметическое значение уровня напряжения по осветительным установкам предприятия, определяется на основе усредненных данных энергослужб, отн. ед.;
n - число участков гистограммы уровней напряжения, равное числу каналов прибора САКН;
- время существования среднего значения уровня напряжения kU, ч.
Значения коэффициентов q, k, l, c приведены в табл. 4.12. Эксплуатационные издержки (руб./год) на регулирование в любом случае составляют:
 |
(4.39) |
где Pа, Pэ - коэффициенты отчислений на амортизацию и эксплуатацию;
Когр - стоимость ограничителя, руб.;
kз.о - коэффициент загрузки ограничителя;
Pогр - мощность ограничителя, кВт;
Т - число часов использования осветительной установки в год;
η - КПД ограничителя.
| Тип ламп | q | k | l | c | Номинальный срок службы ламп τ, ч |
|---|---|---|---|---|---|
| Лампы накаливания: общего назначения |
1,58 | 0 | 14 | 1 | 1000 |
| галогенные | 1,58 | 0 | 14 | 1 | 2000 |
| Ксеноновые типа ДКсТ | 1 | 2,5 | 14 | 3,5 | 500 |
| Ртутные типа ДРЛ | 1 | 2,43 | 3,72 | 3,43 | 10000 |
| Люминесцентные с компенсированными и некомпенсированными ПРА |
1 | 1 | 3,72 | 2 | 12000 |
Приведенная методика может быть использована для определения экономической целесообразности применения не только преобразователей напряжения типа ППТТ-3-220, но и для других аппаратов, выполняющих аналогичные функции, например, стабилизаторов напряжения СТС, АРПК и др. [10, 14].
Определяющую роль в вопросе экономической эффективности применения преобразователей ППТТ-3 играет степень зависимости срока службы источников света от напряжения, поэтому среднее превышение напряжения, при котором применение ограничителей окупается, наименьшее у ламп накаливания и наибольшее - у люминесцентных ламп.
Приведенный выше пример расчета выполнен для осветительных ламп накаливания общего назначения, предназначенных для работы при расчетном напряжении Uн = 220 В. С 1981 г. промышленностью выпускаются лампы накаливания на повышенные значения расчетного напряжения Uн, равные 225, 235 и 240 В и имеющие при своем расчетном напряжении те же световые потоки, что и лампы на напряжение 220 В.
Выбор ламп накаливания по значению расчетного напряжения следует производить с учетом того, какое напряжение будет длительно поддерживаться в осветительной установке.
В случаях отсутствия данных в проектах освещения рекомендуется предусматривать лампы на 220-230 В (расчетное напряжение 225 В). Если при эксплуатации установки напряжение окажется выше или ниже указанного, организации, эксплуатирующие освещение, смогут заказывать лампы на другие ступени напряжения. В ведомостях электрооборудования, составляемых к проектам освещения, следует указывать не расчетное напряжение ламп, а интервалы напряжения, обозначаемые на каждой лампе (215-225, 220-230, 230-240, 235-245 В).
© Красноярский государственный аграрный университет |