Реферат: Эпра 1 Чем оправдано применение эпра

1. Что нужно знать об ЭПРА


1.1 Чем оправдано применение ЭПРА


ЭПРА для ламп высокого давления имеют много преимуществ перед электромагнитными ПРА. Отличные массогабаритные показатели, отсутствие стробоскопического эффекта, стабильность светового потока в условиях перепадов питающего напряжения, оптимальный алгоритм поджига лампы, отсутствие импульсов перезажигания, принципиальное отсутствие выпрямительного эффекта, возможность организации мгновенного перезажигания, возможность регулирования светового потока. Но в условиях дефицита энергетических ресурсов, динамики опережающего роста стоимости электроэнергии, становится актуальной проблема энергосберегающих технологий транспортировки и потребления электроэнергии. Поэтому важнейшими являются энергетические показатели и степень воздействия ЭПРА на питающую сеть.

Активные потери в ЭПРА при испытаниях на номинальном напряжении 220В незначительно меньше активных потерь в качественном электромагнитном ПРА и по световой отдаче эти аппараты практически одинаковы. Поэтому при прямом сравнении аппаратов может создаться впечатление, что с точки зрения энергоэкономичности ЭПРА особых преимуществ не несут. Однако, если вспомнить, что осветительная сеть является протяженной и разветвленной структурой, в которой электрическую энергию необходимо доставить к каждой осветительной установке, то для корректного сравнения энергетических показателей осветительных установок необходимо учитывать воздействие нелинейной нагрузки на трехфазную сеть переменного тока. Необходимо учитывать и суточное колебание питающего напряжения, особенно, когда в ночное время (основное время работы осветительных установок) питающее напряжение в подавляющем количестве случаев выше номинального на 5-10%, потребляемая мощность электромагнитного ПРА с лампой ДнАТ увеличивается на 15-30%, в то время, как потребляемая мощность ЭПРА остается неизменной или даже снижается на 1-2% из-за увеличения КПД (см. главу 4.1.6).

В ЭПРА применен активный корректор коэффициента мощности. По сравнению с электромагнитным ПРА, ЭПРА за счет высокого коэффициента мощности (не менее 0.98) снижает потребление реактивной мощности почти в 10 раз, уровень третьей гармоники не менее, чем в 5 раз, пусковой ток полностью отсутствует.

Высокий коэффициент мощности и низкий уровень третьей гармоники (не более 3% для худшего случая) снижают потребление активной мощности в осветительной системе, включая распределительные устройства, и в целом оказывают положительное влияние на питающую сеть (см. главу 1.2).

В отличие от электромагнитного ПРА, высокий коэффициент мощности в ЭПРА автоматически поддерживается во всем диапазоне питающего напряжения и в течение всего срока службы во всем предельно допустимом температурном диапазоне (см. главу 4.2.3).

Применение ЭПРА с функцией управления световым потоком может снизить общее потребление активной мощности на 50%.

Осветительная система на основе ЭПРА без дополнительных капиталовложений полностью соответствует действующей и разрабатываемой нормативной базе.


1.2 Немного из теоретических основ электротехники
^ 1.2.1 Происхождение реактивной мощности

В цепи переменного тока нагрузка может быть либо чисто омической (активной, например – лампа накаливания), либо комплексной. Комплексная нагрузка состоит из активной и реактивной составляющей. Реактивная составляющая может носить индуктивный или емкостной характер. Для примера, электромагнитный ПРА – это комплексная нагрузка с индуктивным характером.

Когда нагрузка имеет активный (омический) характер, протекающий ток (^ I) синфазен (не опережает и не запаздывает) с напряжением (U). Для такой нагрузки подводимая и потребляемая мощности одинаковы. Никаких дополнительных проблем для системы энергоснабжения и потребителя в этом случае нет.

В случае индуктивного характера (двигатели, трансформаторы на холостом ходу, дроссели), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение. Большинство потребителей имеет в той или иной степени, индуктивный характер.




Полный ток (^ I) (см. ниже), потребляемый комплексной нагрузкой с индуктивным характером, определяется векторной суммой I = (Iа ² + Iр ²)½.



Iа - активный ток, Iр - реактивный ток индуктивного характера

К этим токам привязаны мощности, потребляемые комплексной нагрузкой с индуктивным характером.

Р – активная мощность привязана к Iа (по всем гармоникам суммарно)

Q – реактивная мощность привязана к Iр (по всем гармоникам суммарно)

S – полная мощность, потребляемая комплексной нагрузкой. (по всем гармоникам суммарно)

Щитовой амперметр, если не указано другое, измеряет полный ток.

Полная мощность (^ S), потребляемая комплексной нагрузкой в сети переменного тока, состоит из активной (P) и реактивной мощности (Q). S = (P² + Q²)½ =U*I


Активная мощность - это мощность, которая превращается в полезную работу, например механическое движение, световое излучение, тепловое излучение и т.д. P= U*I*Cos (φ)

Реактивная мощность - это мощность, связанная с наличием реактивного сопротивления. Q= U*I*Sin (φ)

Реактивная мощность не производит никакой полезной работы, хотя она и неизбежна для обеспечения нормальной работы такого оборудования, как дроссель, трансформатор, двигатель. Данные устройства в процессе работы за счет ЭДС самоиндукции генерируют реактивную мощность, которая, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети. В моменты, когда синусоиды напряжения и тока имеют противоположные знаки, мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. Хотя на выработку реактивной мощности не тратится энергия генератора, но для ее передачи по сети требуется дополнительная, активная энергия генератора.

Генерация реактивной мощности нагрузкой сопровождается отрицательными явлениями, такими как:

повышение активных потерь (т. к. величина полной мощности повышается);

снижение полезной нагрузочной способности (т. к. увеличивается токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор), что лишает потребителя возможности перспективного развития;

большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети) ;

увеличение платы поставщику электроэнергии.

Параметр, определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)

Cos (φ) = P1гарм / S1гарм

где:

P1гарм - активная мощность первой гармоники 50 Гц

S1гарм - полная мощность первой гармоники 50 Гц

Чем ниже значение ^ Cos (φ), тем менее эффективно работают энергетические установки.

Иногда параметр Cos (φ) называют Коэффициент мощности. Это справедливо только в том случае, если нагрузка имеет линейный характер. В случае, когда в токе потребления присутствуют высшие гармоники, Коэффициент мощности≠ Cos (φ). Чем хуже гармонический состав тока, тем значительнее разница.

^ Коэффициент мощности (PF) = P / S

^ 1.2 .2 Экономический эффект от уменьшения потерь, связанных с реактивной мощностью
При работе осветительной установки на основе газоразрядной лампы неизбежно протекает реактивная мощность. Но это не значит, что реактивную мощность надо постоянно передавать по всей распределительной сети, ее можно локализовать, поставив в каждой осветительной установке компенсатор реактивной мощности. Это может быть как специальный компенсирующий конденсатор (в случае электромагнитного ПРА), так и активный корректор коэффициента мощности (в случае электронного ПРА).

На рис. 1 пример двух потребителей индуктивного характера, которые получают одинаковую активную мощность, но при разном коэффициенте Cos (φ1), Cos (φ2):



S1 - потребитель 1;

S2 - потребитель 2.

Видно, что первый потребитель нагружает сеть в два раза большей реактивной мощностью Q, чем второй потребитель, который работает с лучшим коэффициентом мощности. Соответственно, первый потребитель тратит, в зависимости от устройства его сетей, от 5 до 15% денежных средств больше при оплате за фактически потребленную электроэнергию.

Схематичное перераспределение мощности в электросети потребителя, при использовании локальной компенсации, показано на рис. 2




Экономический эффект от увеличения Cos (φ) складывается из следующих составляющих:

снижение загрузки силовых трансформаторов (при снижении потребления реактивной мощности снижается потребление полной мощности)

снижение тепловых потерь в подводящих кабелях;

обеспечение питания нагрузки по кабелю с меньшим сечением (не допуская перегрева изоляции)

за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей подключение дополнительной активной нагрузки;

снижение расходов на оплату реактивной электроэнергии. Оплата за реактивную энергию составляет от 12% до 50% от оплаты активной энергии в различных регионах России;

подавление сетевых помех, снижение несимметрии фаз, увеличение надежности распределительных сетей.

В среднем на действующих объектах в подводящих кабелях теряется 10…15% от потребляемой активной энергии. Потери пропорциональны квадрату значения тока, протекающего по кабелю. Для расчетов примем коэффициент потерь Кп=12%.

Пусть типовое значение Cos (φ)=0,85

После модернизации Cos (φ)=0,98

Относительную активную составляющую тока (совпадающую по фазе с напряжением) примем равной единице.

Относительный полный ток составляет до модернизации I1=1/0,85=1.176

Относительный полный ток составляет после модернизации I2=1/0,98=1,02

Снижение потребления активной мощности составит:

ΔWc= [(I12-I22)/I12]·Кп·100%= 2,97%

Т.е. в этом примере затраты на активную энергию уменьшились на ^ 2,97%

В общем случае для действующего объекта снижение потребления активной энергии за счет увеличения Cos (φ)

ΔWc={ [1/cos2φ1- 1/cos2φ2]/ [1/cos2φ1] }·Кп·100%

где:

cos φ1 – косинус фи до модернизации (например, 0,5 , что свойственно для электромагнитного ПРА с неисправным или отсутвующим компенсирующим конденсатором )

cos φ2 – косинус фи после модернизации (например, 0,98)

Кп - коэффициент потерь (например, Кп=0,12)

Тогда, для нашего примера, ΔWc = 8,88% только в подводящих кабелях и без учета потерь в силовом трансформаторе и распределительных устройствах.

В случае полной замены электромагнитных ПРА на ЭПРА в осветительной сети, отличные энергетические показатели последнего предоставляют потребителю возможность рационально использовать всю установленную мощность. Для примера, пусть выделено 100 кВА и используются осветительные установки мощностью лампы 250Вт. Тогда для случая применения электромагнитного ПРА с типовым средним за весь срок службы коэффициентом мощности 0.85 при установке 309 светильников вся установленная мощность будет выбрана. Если применяются светильники аналогичной мощности, но с ЭПРА, то при установке 309 светильников будет выбрано 86,7 кВА, т.е. остается неиспользованный резерв установленной мощности в 13,3 кВА, которым потребитель может распорядиться по своему усмотрению.

^ 1.2.3 Современные требования к коэффициенту мощности

Согласно Приложению к Приказу Минпромэнерго №49 от 22 февраля 2007 г. «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)» установлены следующие предельные коэффициенты реактивной мощности (tg φ /cos φ) в зависимости от точки присоединения потребителя к электрической сети.

В настоящее время готовятся к выпуску Методические указания, устанавливающие новые скидки и надбавки к тарифу по оплате электроэнергии потребителем в зависимости от степени компенсации реактивной мощности нагрузки, в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию, поставляемую ему по договору электроснабжения.
^ Происхождение высших гармоник

Идеальный синусоидальный ток можно наблюдать только в сетях с линейной нагрузкой. Осветительная установка на основе газоразрядной лампы является принципиально нелинейной нагрузкой. Задержка тока на угол по отношению к моменту перехода синусоиды питающего напряжения через ноль, определяет потребность осветительной установки на основе газоразрядной лампы в реактивной мощности. Как было выше сказано (глава 1.2.1), она может достигать значения номинальной мощности преобразователя (рис.3).





Рис.3 Потребление реактивной мощности


Если разложить полученный ток такой нагрузки с помощью преобразования Фурье, то получим гармонический ряд с частотой основной гармоники равной частоте сети (рис.4).


, (1)

где (2)

- частота высшей гармоники

- частота основной гармоники (частота сети 50Гц)

- коэффициент пульсации

- число натурального ряда




Рис.4 Разложение тока нагрузки на основную и высшие гармоники


Токи высших гармоник, воздействуя на полное сопротивление сети, вызывают искажения напряжения сети (рис.5).




Рис.5 Искажение напряжения сети высшими гармониками

Степень искажений характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности Ки и коэффициентом амплитуды (крест-фактором) нагрузки Ка.

Ки - отношение действующего значения высших гармонических к действующему значению основной (первой) гармоники;

Ка - отношением пикового значения потребляемого тока к его действующему значению.

Допустимые уровни высших гармоник ограничиваются действующими стандартами. Весьма жесткие требования приведены в таблице. Указаны максимально допустимые значения уровней напряжения высших гармоник в точках подключения к сети. В случае их превышения поступают требования электроснабжающей организации по их снижению, например, при помощи сглаживающих фильтров. Требования действующих российских стандартов для осветительных сетей существенно менее жесткие.

Допустимые уровни высших гармоник согласно IEC-1000-2-2*

Номер гармоники

Частота гармоники

Допустимый уровень

2

100 Гц

2,0 %

3

150 Гц

5,0 %

4

200 Гц

1,0 %

5

250 Гц

6,0 %

6

300 Гц

0,5 %

7

350 Гц

5,0 %

8

400 Гц

0,5 %

9

450 Гц

1,5 %

10

500 Гц

0,5 %

11

550 Гц

3,5 %

12

600 Гц

0,2 %

13

650 Гц

3,0 %

14

700 Гц

0,2 %

15

750 Гц

0,3 %

16

800 Гц

0,2 %

17

850 Гц

2,0 %

18

900 Гц

0,2 %

19

950 Гц

1,5 %


IEC* - Международная Электротехническая Комиссия


^ 1.2.5 Эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и тока
Эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и тока, могут быть разделены на эффекты мгновенного и длительного воздействия.

Проблемы мгновенного воздействия включают:

искажение формы питающего напряжения;

падение напряжения в распределительной сети;

эффект гармоник, кратных трем (в трехфазных сетях);

резонансные явления на частотах высших гармоник;

наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;

повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;

вибрация в электромашинных системах.

Проблемы длительного воздействия включают:

нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах;

нагрев конденсаторов;

нагрев кабелей распределительной сети.

Резонансные явления на частотах высших гармоник.

При наличии высших гармоник в электрических цепях со сосредоточенными и распределенными параметрами, возникает опасность появления резонансных явлений. При возникновении резонансного или близкого к нему режима на какой-либо высшей гармонике тока или напряжения эта составляющая оказывается больше, чем амплитудное значение первой гармоники тока (напряжения) на тех же участках цепи. Это отрицательным образом может отразиться на работоспособности отдельных элементов и узлов системы.

^ Нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах.

Дополнительные потери, вызывающие перегрев трансформаторов при наличии высших гармоник, возникают из-за скин-эффекта (другое название- поверхностный эффект) в меди обмотки (увеличение активного сопротивления обмотки с ростом частоты), а также увеличением потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе трансформатора.

^ Нагрев конденсаторов.

Дополнительные потери при наличии высших гармоник в конденсаторах обусловлены увеличением "угла потерь" в диэлектрике и ростом действующего значения тока конденсатора. Возникающий перегрев в конденсаторе может приводить к пробою диэлектрика. Кроме этого, конденсаторы чувствительны к перегрузкам, вызываемым присутствием высших гармоник напряжения. Содержание высших гармоник ведет к повышению тока в конденсаторах, т.к. реактивное сопротивление конденсаторов с возрастанием частоты уменьшается.

^ Нагрев кабелей распределительной сети.

Дополнительные потери в кабелях силовой сети, приводящие к повышению температуры проводников, при наличии высших гармоник тока вызываются следующими основными причинами:

увеличением действующего значения негармонического тока;

увеличением активного сопротивления проводника из-за скин-эффекта;

увеличением потерь в диэлектрике изоляции кабеля.
^ 1.2.5 Эффекты гармоник кратных третьей
Высшие гармоники тока кратные трем (т.е. 3, 9, 15, 21 и т. д.), определяющие высокое значение коэффициента амплитуды и генерируемые однофазными нагрузками, имеют специфическое результирующее воздействие в трехфазных системах. В сбалансированной (симметричной) трехфазной системе гармонические (синусоидальные) токи во всех трех фазах сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу, и в результате сумма токов в нейтральном проводнике равна нулю. Следовательно, не возникает и падения напряжения на проводнике нейтрали в кабеле. В случае, когда нагрузки активная, например, лампы накаливания, это утверждение справедливо.

1.2.5.1 Подключение нагрузки по схеме фаза-ноль.

В случае нелинейной и подключенной по схеме фаза-ноль нагрузки, коей является традиционный электромагнитный ПРА, необходимо рассматривать влияние каждой гармоники. Большинство гармоник действительно самокомпенсируются в нейтрали. Это не относится к гармоникам, кратным третьей:

n = 3 (2 k + 1) , где k = 0, 1, 2, ... ( 1 )

В трехфазных цепях они сдвинуты на 360 градусов друг к другу, совпадают по фазе и образуют нулевую последовательность. Нечетные гармоники, кратные третьей, суммируются в проводнике нейтрали (рис. 6).


Рис.6. Графическая иллюстрация формирования тока нейтрали при нелинейной нагрузке.

В результате, с учетом того, что они составляют большую долю в действующем значении фазных токов, общий ток в нейтрали может превышать фазные токи.



Гармоники, кратные третьей, приводят к падениям напряжения как в нейтрали, так и в фазных проводниках, вызывая искажения формы напряжения на других нагрузках, подключенных к этой сети.

^ 1.2.5.2 Подключение нагрузки по схеме фаза-фаза.

Если нелинейная нагрузка подключена по схеме фаза-фаза, то путь протекания тока пролегает мимо нулевого провода. А коли это так, то и нет эффекта суммирования нечетных гармоник, кратных третьей в нулевом проводе. Этот факт является одним из положительных моментов применения трехфазного электромагнитного ПРА. Но надо понимать, что общий гармонический состав тока, тем не менее, не улучшается, и все другие негативные эффекты (см. главу 1.2.5) сохраняются.

^ 1.2.6 Способы компенсации реактивной мощности и улучшения гармонического состава тока в осветительной сети

Для компенсации реактивной мощности в электромагнитном ПРА применяется компенсирующий конденсатор. Это простейшее бездроссельное компенсационное устройство, являющееся чисто ёмкостными. Следовательно, компенсирующий конденсатор в любой момент может создать резонансный контур с индуктивностью сети и при повышенном уровне гармоник со стороны других потребителей, это в свою очередь, приводит к снижению ресурса работы компенсирующего конденсатора (см. главу 1.5.2). Типовое значение Cos (φ) поднимается до 0.85. Увеличивая емкость конденсатора можно увеличить Cos (φ). Например, можно поднять величину Cos (φ) с величины 0.9 до 0.99. Но мощность конденсатора необходимая для этого увеличивается в 2 раза, его стоимость в 1,5 раза, что экономически нецелесообразно. Кроме того, при данном способе компенсации, если Cos (φ) свыше 0.97 резко увеличивается вероятность резонансных процессов и уход в режим перекомпенсации. Коэффициент мощности PF тем не менее будет меньше, т.к. уровень третьей гармоники остается порядка 20% (см. главу 1.2.1).

Т.к. величина компенсирующего конденсатора выбирается из заранее рассчитанного фиксированного уровня потребляемой мощности, то при отклонении от этого уровня возникает режим перекомпенсации (пониженная мощность при старте лампы, отклонение питающего напряжения, см. главу 4.1.5).

Режим перекомпенсации опасен тем, что он является источником перенапряжений в питающей сети, и кроме этого, резко увеличивается ток потребления.

Для компенсации реактивной мощности в ЭПРА применяется активный корректор коэффициента мощности. Конструкцией обеспечивается значение коэффициента мощности PF не хуже 0.97, Ки не более 10% в номинальном режиме и PF не менее 0.85 при старте лампы.

При эксплуатации ЭПРА с активным корректором мощности гармонический состав потребляемого тока почти на порядок лучше гармонического состава тока потребления электромагнитным ПРА. Но необходимо учитывать, что гармонический состав потребляемого тока – величина не постоянная и зависит как от величины питающего напряжения, так и от потребляемой мощности. Для ЭПРА общий коэффициент гармоник меняется от 3 до 10% . Наихудшее (максимальное) значение достигается при максимально допустимом питающем напряжении.


1.3 Разновидности ЭПРА.


На сегодняшний день для ламп типа ДнАТ, ДРИ в основном выпускаются две категории ЭПРА, различающиеся по частоте тока лампы. Во-первых, это высокочастотные ЭПРА, где частота тока лампы достигает величины порядка 130 кГц, а регулирование мощности лампы осуществляется за счет изменения частоты тока лампы. Во-вторых, низкочастотные ЭПРА, где частота тока лампы неизменна и имеет значение 100 Гц (возможны некоторые отклонения от этой величины, но порядок таков), регулирование мощности лампы осуществляется за счет изменения амплитуды тока лампы. Форма тока лампы – прямоугольная.


^ 1.3.1 Высокочастотные ЭПРА.


Достоинство высокочастотного ЭПРА в невысокой цене, высокому КПД и высокой надежности, недостаток один – из-за явления акустического резонанса не каждую лампу можно применить с данной категорией ЭПРА.


^ 1.3.2 Низкочастотные ЭПРА.


Достоинство низкочастотных ЭПРА в их универсальности. Рабочая частота тока лампы приближена к частоте 50Гц, т.е. частоте тока лампы на выходе электромагнитного ПРА, а именно для этих ПРА разрабатывались все традиционные лампы типа ДнАТ, ДРИ. Соответственно, при работе лампы с данным типом ЭПРА вероятность акустического резонанса крайне низка. Недостаток - в значительно более высокой цене как по отношению к электромагнитному ПРА, так и к высокочастотному ЭПРА. Кроме того, они имеют более сложную конструкцию.


1.4 Технология.


Производство ЭПРА основано на современных технологиях с использованием новейших компонентов. Схемотехнические решения и технологии рассматриваемых ЭПРА, защищены патентами на изобретение в Российской Федерации, Европейском сообществе, США. Микропроцессор используется для эффективного управления ЭПРА и рационального использования лампы в любых обстоятельствах. Этот интеллектуальный ЭПРА непрерывно регулирует мощность лампы даже тогда, когда значительно изменяется напряжение лампы и\или сетевое напряжение. ЭПРА допускают удаленное управление световым потоком лампы.


1.5 Надёжность.


Благодаря использованию высоких технологий, отработанных практикой схемотехнических решений и комплекса мероприятий по снижению рабочей температуры элементов надёжность балластов пятого поколения сопоставима с показателями надежности качественных электромагнитных ПРА. Для обеспечения более длительного срока службы были разработаны специальные компоненты и оригинальные конструктивные решения.

^ 1.5.1 Напряжение питающей сети, как фактор надежности


Для надежной работы как ЭПРА, так и электромагнитного ПРА необходимо, чтобы светильник строго соответствовал ГОСТ Р МЭК 60598-1-99.

Анализ статистики отказов ЭПРА ранних поколений показал, что по мере совершенствования технологии производства и устранения «детских болезней» конструкции, основной причиной катастрофического отказа ЭПРА являются всплески напряжения с аномально большой амплитудой и энергией. В стандарте ГОСТ 29280-92 «Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость» регламентированы условия испытаний технических средств на отклонения напряжения питающей сети:

размах колебаний напряжения максимум 12% от значения Uном. +/-10% с интервалом повторения 5…10 с и продолжительностью колебаний 2…3 с.;

глубина провалов напряжения 30 и 50% от значения Uном. +/-10% с длительностью провала 0,5 с.;

глубина прерывания напряжения 100% с длительностью прерывания от 1 мс до 60с.

В сети электропитания периодически возникают аварийные процессы, сопровождающиеся выбросами напряжения. К таким процессам относятся восстановление напряжения после отключения «близкого» короткого замыкания в высоковольтных линиях электропередачи, аварийное отключение мощной нагрузки (например, дуговой печи), которое не может достаточно быстро отработать регулятор напряжения в электросети, автоматическое повторное включение (АПВ) при авариях в энергосистемах.

Максимум напряжения питающей сети наблюдается в ночное время, при минимальной загрузке энергосистемы. Наибольшие колебания напряжения приходятся на начало рабочего дня и обеденный перерыв. Экстремумы амплитуды импульсных помех приходятся на время массового включения и выключения оборудования - начало и конец рабочего дня, обеденный перерыв. В летний период количество выбросов напряжения увеличивается.

В целом следует считаться, что в осветительной сети возможно длительное снижение напряжения с 220 В до 160...180 В и длительное повышение напряжения до 240…264 В. На время до нескольких минут напряжение может возрасти до 280 В, а на несколько секунд – до 300…320 В. Европейскими нормами IEC/EN 60950 для сети 220 В устанавливается величина выбросов напряжения до 400 В при длительности 0,2 с. Энергия таких всплесков может доходить до десятков и сотен кДж.

Фактически, наличие в энергосистемах изношенного, выработавшего свой ресурс оборудования, доля которого уже превысила 15% всех мощностей, и отсутствие возможности его восстановления связано с технологическими отказами, авариями и, как следствие, снижением надёжности электроснабжения. В этой ситуации, выброс напряжения с величиной до 1кВ – явление не редкое.


^ 1.5.2 Сопоставление надежности ЭПРА и электромагнитного ПРА.


Корректное сравнение требует полноценной статистики. На сегодняшний день, данные о ресурсе ЭПРА носят гипотетический характер, поскольку опыт эксплуатации находится в стадии формирования. Но некоторые аспекты, обеспечивающие увеличение уровня надежности уже определены (см. главы 4.1.6, 4.2.1).

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения" надежность трактуется как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Согласно ГОСТ 27.002-89 отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

На сегодняшний день потребитель, как правило, применяет котловой метод сравнения, т.е. берется общее количество светоточек с ЭПРА и фиксируется количество съемов. Объективно, ранние модели ЭПРА существенно проигрывали электромагнитным ПРА по данному показателю, в т.ч. и из-за наличия «детских болезней» в разработке. По мере совершенствования технологии производства, качества элементной базы, устранения ошибок проектирования количество съемов существенно понизилось. Накапливая опыт эксплуатации, стало очевидно, что доминирующей причиной отказов является крайне низкое качество питающей сети (в том понимании, как это трактует ГОСТ 13109-97) и параметры помехоустойчивости устройств, указанные в стандартах для осветительных сетей, занижены, относительно фактических. ЭПРА пятого поколения спроектированы с учетом более жестких норм (см. главу 4.1.6) таким образом, чтобы сохранять полноценную работоспособность после воздействия аномальных всплесков напряжения. Начальный опыт эксплуатации ЭПРА пятого поколения показывает, что утверждение о более низкой надежности ЭПРА по сравнению с электромагнитным ПРА становится спорным. Кроме того, не всегда очевидным является метод сравнения.

Для примера, если сравнивать расчетную надежность только дросселя и ЭПРА, то очевидно, что сравнение будет не в пользу последнего. Но в состав электромагнитного ПРА входят компенсирующий конденсатор и зажигающее устройство. На надежность этих двух компонентов существенное влияние оказывает тот же фактор, что и на надежность ЭПРА (см. главу 1.5.1). При этом когда отказывает зажигающее устройство или сам дроссель, то световая точка однозначно перестает работать. Но наиболее чувствительным элементом является компенсирующий конденсатор. Раньше справедливым было полагать, что минимальный срок службы конденсатора составляет не менее 10 лет. Однако сегодня наблюдаются более частые отказы. Одной из причин, называемых специалистами компании Electronicon, значительное увеличение нагрузки за счет влияния высших гармоник, повышения колебаний напряжения сети и увеличения частоты включения.

Очень часто при отказе компенсирующего конденсатора, светоточка продолжает функционировать, но ее энергетические параметры абсолютно не соответствуют заявленным. Cos (φ) становится менее 0.5, уровень третьей гармоники превышает максимально допустимый, пусковой ток увеличивается, а сама светоточка становится источником проблем в виде существенных искажений питающего напряжения (см. главу 1.2). Тем не менее, потребитель, имеющий в результате более или менее удовлетворительно работающий объект, считает это повреждение незначительным. Но с другой (энергетической) точки зрения - такое повреждение создает предпосылки для отказов других устройств, подключенных к данной сети, в т.ч. и принадлежащих другим потребителям. В этом смысле, для предотвращения спорной ситуации, такую светоточку лучше отремонтировать, а значит это может трактоваться как отказ изделия.


2. Срок службы и температура


Температура электронных компонентов – самый важный параметр для обеспечения продолжительного срока службы и надежности. Наиболее чувствительным элементом является накопительный конденсатор. Хотя ЭПРА спроектированы таким образом, чтобы температура компонентов была минимально низкой для возможно широкого спектра применения, крайне важно и то, что исполнение светильника оказывает существенное влияние на отвод тепла от ЭПРА. Рабочее положение ЭПРА, его исполнение должны выбираться в зависимости от конструкции конечного изделия.


3. Подключение ЭПРА.


^ 3.1 На что обратить внимание


В случае применения высокочастотного ЭПРА из-за высокой частоты тока и вызванных этим обстоятельством сопутствующих эффектов важно учитывать некоторые особенности монтажа.

- Провода в светильнике должны устанавливаться таким образом, чтобы проводка питающей сети и ламповая проводка были разнесены настолько далеко, насколько это возможно.

- Избегайте касания проводки лампы с проводкой питающей сети.

- Проводка лампы не должна быть сильно изогнутой и должна быть защищена от повреждения изоляции.

- Нельзя допускать механического напряжения (давления, нагрузки) на электрические соединители.

- Избегайте больших петель в проводке; они могут работать как антенна, что может повлиять на характеристики электромагнитной совместимости.

- Для ламповой проводки предпочтительно использовать провода с малой индуктивностью и высокой электропроводностью, кроме того, осветительная арматура должна быть высокого качества. Частота тока лампы может достигать 130 кГц и влиянием поверхностного эффекта пренебрегать нельзя.

Не используйте экранированные провода в ламповой проводке.

Для соответствия требованиям электромагнитной совместимости ЭПРА должны заземляться.


^ 3.2 Электромагнитная совместимость (ЭМС)


Все модели ЭПРА проходят испытания в соответствии с производственными требованиями. Необходимо помнить, что характеристики электромагнитной совместимости могут измениться после монтажа в светильник, поэтому необходима осторожность во время прокладки проводов. Смотрите предыдущую главу.


4. Эксплуатация ЭПРА.


4.1 Установка/монтаж


4.1.1 Лампы, управляемые балластом


Поскольку система «лампа – ЭПРА» должна быть согласована с целью достижения максимальной эффективности и максимального срока службы, в ней могут быть использованы только лампы, применение которых должно быть одобрено как производителем ЭПРА, так и производителем ламп. В случае применения высокочастотного ЭПРА важно, чтобы токопроводящие элементы конструкции ламп обладали максимально возможной электропроводностью, что позволит минимизировать воздействие тока высокой частоты вследствие поверхностного эффекта и дополнительно повысить КПД системы «лампа – ЭПРА» без существенных усилий. Сравнительные испытания показывают, что в случае оптимизации конструкции лампы под ток высокой частоты, КПД системы (светоотдача) может увеличиться на 2%. Особенно важна данная оптимизация для мощных ламп.


^ 4.1.2 Срок службы лампы


Влияние ЭПРА на срок службы лампы, безусловно, положительное. Это обусловлено отсутствием импульсов перезажигания, невозможностью возникновения выпрямительного эффекта, невозможностью перегрузки лампы при повышенном напряжении питающей сети. В отличие от электромагнитного ПРА, ЭПРА стабилизирует мощность лампы (смотри раздел 4.1.3), нагружая лампу до ее номинальной мощности. Т.е. независимо от состояния лампы (старение, износ, дефекты), естественно в предел