Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article120.php

Экономия электроэнергии - мнимая и действительная

Статьи / Самодельные устройства для освещения
Послано electrik 04 Апр, 2004 г. - 19:56

Константин Коломойцев, г.Ивано-Франковск
Анализ вариантов экономии электроэнергии, используемой для освещения. Приведены несколько практических схем.

В периодике последних лет часто (см., например, [1-6]) можно встретить доступные, по мнению их авторов, способы экономии электроэнергии, электролампочек и денег с помощью полупроводникового диода. Предлагается в коридоре, туалете, кладовке, на лестнице последовательно с патроном лампы включать диод (как на рис. 1), а в помещениях, где используется люстра и дверной выключатель, включить последовательно с лампами два диода с противоположной полярностью (рис.2). При этом рисуется радужная картина экономии угля, нефтепродуктов, газа и т.д. Однако следует сказать, что на деле не такой уж эффективный это конек -диод. При всей своей простоте такие схемы требуют непосредственного вмешательства в осветительную электропроводку, а это не всегда возможно и не для всех пользователей выполнимо; лампы горят только вполнакала, что значительно снижает их световой поток; имеет место заметное мерцание (с частотой, равной половине «обычной»).



Устанавливать же в люстру более мощные лампы с целью сохранения прежней яркости неэкономично [5, 6]: при питании через диод действующее напряжение на лампах снижается с 220 до 156 В, т.е. в V2 раз, (см. [7], стр.632), а основным параметром, характеризующим источник света, является его световая отдача, которая представляет собою затраты электрической мощности на создание светового потока. Для осветительных ламп, которые работают при напряжении ниже номинального, световая отдача снижается приблизительно в (U/ин)2 раз, где U - напряжение, при котором лампа реально работает, UH -номинальное напряжение лампы. Для рассматриваемого случая, когда U=0,71Uн, световая отдача ламп будет составлять лишь 0,5 номинальной. Поэтому, чтобы создать один и тот же световой поток в схеме с диодом, нужно затратить в несколько раз больше электроэнергии, чем при обычной схеме питания.



Рассмотрим это положение на конкретном примере. Пусть в люстру (рис.2) установлены лампы 220 В / 60 Вт. Лампа мощностью 60 Вт имеет световой поток 790 лм (см. табл.8.3 на стр.214 [6]). При включении через диод ее мощность снижается до 58%, т.е. до 34,8 Вт (чуть больше половины номинальной; не равна точно половине номинальной ввиду того, что лампа является нелинейным элементом- чем меньше температура, тем меньше сопротивление), и она генерирует световой поток только 27% номинального, т.е. 213,3 лм (см. табл.8.5 на стр.216 [6]). Таким образом, чтобы получить световой поток в 790 лм при питании через диод, необходимо установить 4 лампы накаливания вместо одной, которые будут потреблять мощность по 34,8 Вт каждая, а всего - 34,8x4 = 139,2 = 140 Вт. Отсюда видно, что использование схем питания через диод вызывает увеличение потребляемой мощности в 2,3 раза при сохранении прежнего светового потока 790 лм, что не позволяет использовать схему питания люстры для рабочего освещения и считать ее экономичной по расходу электроэнергии (да плюс ко всему еще вредное мерцание света). Из приведенного анализа также видно, что лампа мощностью 60 Вт, включенная через диод, потребляет 34,8 Вт и дает световой поток 213,3 лм, т.е. светит как лампа мощностью 25 Вт, световой поток которой- 210 лм, а перерасход мощности лампы с диодом составляет около 10 Вт. Так зачем нужна такая люстра с диодами, когда проще и доступнее просто вкрутить в обычную люстру «двадцатипятки» и получить то же самое, что предлагается на рис.2 с лампами в 60 Вт, но при отсутствии мигания, затрат на диоды и монтажные работы, или установить в обычную люстру «сороковки», которые при практически той же потребляемой мощности, что и «шестидесятки», включенные с диодом, дают каждая световой поток 460 лм, т.е. в два с лишним раза больший, чем «шестидесятка» с диодом? В отдельных случаях (в кладовках, коридоре, и т.д.) более важен продленный срок службы лампы, чем получение необходимой светоотдачи [2]. Вариации в этом случае могут быть самые разнообразные, но все они сводятся к понижению температуры нити накала работающей лампы. Одним из простых и недорогих способов является применение диода, что и нашло отражение в ряде публикаций на эту тему, например, в [1,2,4], Однако лучший результат может быть получен при использовании вместо диода конденсатора, т.к. в этом случае мигания лампы с половинной частотой нет. Можно использовать малогабаритные конденсаторы типа К73-11 2,2 мкФ на 250 В или типа К73-17 1 мкФ на 400 В. Для лампы мощностью 60 Вт необходимо три конденсатора по 2,2мкф, соединенных параллельно, для лампы мощностью 40 Вт- 2 конденсатора, 25 Вт-один. Действующее напряжение на лампах при этом будет 180 В, а на конденсаторах -126 В. Желательно конденсатор (для его авторазряда при отключении лампы) шунтировать резистором 0,5...1 МОм. Следует заметить, что использование диода позволяет избежать вмешательства в электропроводку кварти- ры (см.[2,4]), а при использовании конденсатора такое вмешательство неизбежно из-за больших габаритов конденсатора, но в этом случае обеспечивается лучшее качество освещения. Конденсаторы устанавливают на основании выключателя,предназначенного для скрытой проводки, со стороны распорных лапок, предварительно установив на нем дополнительную клемму.



Для люстры можно рекомендовать схему рис.3 (см. «Радио» 9/93, с.32), которая обеспечивает четыре ступени регулирования освещенности: первая ступень - замкнут выключатель SA2 и лампа EL2 работает вполнакала, т.к. включена через диод, при этом осуществляется дежурное освещение; вторая ступень - замкнуты выключатели SA2 и SA3, в этом случае все лампы горят вполнакала; третья ступень - замкнуты выключатели SA1 и SA2 (SA3), горит лампа EL2 или лампа EL1 полным накалом с номинальной светоотдачей; четвертая ступень - замкнуты все выключатели, обе лампы или группы ламп горят полным накалом, обеспечивая номинальную светоотдачу люстрой. Детали: трехполюсный (трехклавишный) стандартный выключатель и диод КД202М или ему подобный на ток 3 А и обратное напряжение не ниже 400 В. Монтируется диод на основании выключателя со стороны распорных лапок, при этом необходимость в установке дополнительной клеммы отсутствует, т.к. диод присоединяется к имеющимся контактам выключателя SA1. Семилетняя эксплуатация такой люстры автором пока не потребовала замены ламп.



лучший результат можно получить, если использовать схему, приведенную нарис.4, прототип которой описан в [5]. Схема позволяет в ночную смену переключать светильники помещения по схеме последовательного включения на линейное напряжение 380 В. Для этого из всех ламп, которые должны работать в ночное время, формируют две примерно одинаковые по мощности группы параллельно соединенных ламп EL1 и EL2. Фазные провода этих групп через выключатели SA3, SA5 и автоматические выключатели SA1, SA2 подключены к фазам А и В сети, а нулевые - через замкнутый контакт выключателя SA4 к нейтрали N сети. Для обеспечения электробезопасности при эксплуатации светильников их корпуса 1 должны быть надежно занулены отдельным защитным проводником 2 сечением, равным фазному. Защита от коротких замыканий в схеме обеспечивается установкой автоматических выключателей SA1 и SA2, вместо которых можно использовать предохранители. При включении SA3 и SA5 на группы подается фазное напряжение 220 В и лампы работают с номинальной светоотдачей. В ночную смену выключают выключатель SA4 в цепи нулевого провода, и группы ламп EL1 и EL2 оказываются включенными последовательно на линейное напряжение 380 В. В результате каждая группа ламп находится под напряжением 380/2 = 190 В, ее световой поток - 56%, световая отдача-72%, ток- 92%, мощность-78%, срок службы-1000%. Таким образом, приведенная схема обеспечивает снижение расхода электроэнергии в ночные часы и увеличение срока службы ламп при лучшем качестве освещения (отсутствует мерцание) в сравнении с диодными схемами. Детали: при нагрузках до 6 А в качестве выключателей SA3 - SA5 можно использовать обычный трехполюсный выключатель или три однополюсных. При использовании трехполюсного выключателя необходимо разъединить между собой его подвижные контакты, которые соединены общей шинкой, распилив ее в двух местах. Автоматический выключатель типа ВА16 - 26 на 380 В и ток 6,3 А. Возможно использование автоматического резьбового выключателя-предохранителя типа ПАР - 6,3 (ПАР - 10) на 6,3 А и 10 А соответственно, который поступает в розничную торговлю. При больших нагрузках в качестве выключателей необходимо использовать пакетные выключатели и автоматические выключатели на соответствующий нагрузке ток.
Литература
1. Савицкий Е.Н. Зачем светить зря? - Сделай сам, 1992, №3.-с. 123 2. Почарский В.,ДаниленкоЛ. Таблетки для лампочки. -Изобретатель и рационализатор, 1992, №5, в.- с.23 3. Поройков В.А. Сбережем и сэкономим//РадiоАматор. -1998. -№5. -с.7
4. Коломейцев К.В. Таблетка для лампы накаливания// РадioАматор. -1996,-№3
5. Афанасьева В.И., Тульчин И.К. Снижение расхода электроэнергии з электроустановках зданий. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -224 с.
6. Тарнижевский М.В., Афанасьева Е.И. Экономия энергии в электроустановках предприятий жилищно-коммунальногохозяйства.-М.: Стройиздат, 1989. -275с.
7. Зевеке Г.В., Ионкин П.А. и др. Основы теории цепей. -Энергия, 1975. -752

С вопросами можете обращаться по почте info@electrik.org [1] или посетив мой сайт: electrik.org [2].
Всего хорошего.

2004 г. Кузнецов Олег



Ссылки в этой статье
  [1] info@electrik.org
  [2] http://electrik.org

   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov