ЭНЕРГОАУДИТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ 1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОНСАЛТИНГ

ЭНЕРГОАУДИТ – ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ 1

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОНСАЛТИНГ – организационные вопросы энергосбережения 2

ИНЖИНИРИНГпрактическое энергосбережения 3

Перечень мероприятий по энергосбережению: 1. Замена электродвигателей. 2. Частотно-регулируемый электропривод. 3. Устранение перекоса фаз. 4. Компенсация реактивной мощности. 4

Перечень мероприятий по энергосбережению: 5. Замена ламп накаливания на люминесцентные. 6. Электронная пускорегулирующая аппаратура. 7. Инфракрасные датчики движения и присутствия. 5

Перечень мероприятий по энергосбережению: 8. Светодиодное освещение. 9. Замен светильников с ртутными лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНа. Т). 10. Зеркальные лампы. 11. Системы автоматического управления наружным и 6 уличным освещением.

1. Замена устаревших электродвигателей на современные энергоэффективные 7

На предприятиях и в хозяйствах должны планомерно проводиться работы по модернизации и замене морально устаревшего оборудования, в частности, по замене неэкономичных электродвигателей на электродвигатели новых серий, отвечающих современным требованиям энергоэффективности. 8

Для принятия решения о замене оборудования необходимо провести обследование технического состояния электродвигателей механизмов, проанализировать режимы работы, реальные загрузки и условия эксплуатации электродвигателей, а также разработать рекомендации по совершенствованию методов их эксплуатации и повышению эксплуатационной надежности. 9

Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода Задача выбора электродвигателя (постоянного тока, асинхронного, синхронного) при работе с длительной постоянной нагрузкой относительно проста - рекомендуется применять синхронные двигатели. Это объясняется тем, что современный синхронный двигатель пускается в ход также быстро, как и асинхронный, а его габариты меньше и работа экономичнее, чем асинхронного двигателя той же мощности (у синхронного двигателя больше максимальный момент Mmax на валу и выше коэффициент мощности cosφ). 10

При этом у асинхронных двигателей последнего поколения с помощью специальных устройств управления можно достаточно эффективно регулировать скорость вращения, осуществлять реверс с необходимым моментом для работы электропривода. При выборе вида двигателя привода, который должен работать в условиях регулируемой частоты вращения реверса, больших изменений нагрузки, частых пусков, необходимо сопоставить условия работы электропривода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей. 11

Наиболее надежным, экономичным и простым в эксплуатации при частых пусках и непостоянной нагрузке является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Если невозможно применить короткозамкнутый асинхронный двигатель, например, при больших мощностях, устанавливается асинхронный двигатель с фазным ротором. Из-за наличия коллекторно-щеточного узла двигатель постоянного тока сложнее по конструкции и выше по стоимости, чем двигатель переменного тока, требует более тщательного ухода в эксплуатации и изнашивается быстрее. 12

Однако, иногда, предпочтение отдается двигателю постоянного тока, который позволяет простыми средствами изменить частоту вращения электропривода в широком диапазоне. Тип двигателя (его конструкцию) выбирают в зависимости от условий окружающей среды. При наличии взрывоопасной атмосферы необходимо обеспечить ее защиту от возможных искрообразований в двигателе. Непосредственно сами двигатели должны быть защищены от попадания в них пыли, влаги, 13 химических веществ из окружающей среды.

Очень часто возникает необходимость в регулировании скорости вращения ротора двигателя. Существует два надежных метода (но существенно несовершенных) для регулирования частоты вращения двигателя. переключение числа пар полюсов обмотки статора; включение резисторов в цепи якорных обмоток ротора. 14

Первый метод обеспечивает лишь дискретное (ступенчатое) регулирование и практически применяется, в основном, для маломощных приводов, а второй рационален лишь при узких пределах регулирования при постоянстве момента на валу двигателя. 15

ЧРП Благодаря появлению в последнее время мощных полупроводниковых приборов положение в этой области существенно изменилось. Современные электронные преобразователи позволяют изменять частоту переменного тока в широком диапазоне, что дает возможность плавно регулировать скорость вращающегося магнитного поля, следовательно, эффективно регулировать частоту вращения синхронного и асинхронного двигателей. 16

Электродвигатель с оптимально выбранной мощностью для привода должен обеспечивать: надежность в работе; экономичность в эксплуатации; возможность работоспособного состояния в различных условиях. Установка электродвигателя меньшей мощности, чем это необходимо по условиям работы привода, снижает производительность электропривода и делает его работу ненадежной. При этом сам электродвигатель в подобных условиях может быть поврежден. 17

Установка двигателя завышенной мощности вызывает излишние потери энергии при работе электрической машины, обуславливает дополнительные капитальные вложения, увеличение массы и габаритов двигателя. 18

Двигатель должен нормально работать при возможных временных перегрузках и развивать пусковой момент на валу тот, который требуется для нормального функционирования исполнительного механизма. Во время работы двигатель не должен нагреваться до предельно допустимой температуры, в крайнем случае, на очень непродолжительное время. Поэтому в большинстве случаев мощность двигателя выбирается на основании условий нагревания до предельно допустимой температуры (так называемый выбор мощности по нагреву). 19

Затем осуществляется проверка соответствия перегрузочной способности двигателя условиям пуска машины и временным перегрузкам. Иногда, при большой кратковременной перегрузке, приходится выбирать двигатель, исходя из требуемой максимальной мощности. В подобных условиях максимальная мощность двигателя длительное время, как правило, не используется. 20

Для привода с продолжительным режимом работы при постоянной или незначительно меняющейся нагрузке мощность двигателя должна быть равна мощности нагрузки, а проверки на перегрев и перегрузку во время работы электропривода не нужны (это объясняется изначально определенными условиями работы электродвигателя). Однако необходимо проверить, достаточен ли пусковой момент на валу двигателя для пусковых условий данной электрической машины. 21

2. Частотнорегулируемый электропривод. 22

Одним из источников уменьшения экономических затрат и установки оптимальных режимов работы системы водоснабжения является внедрение автоматизированных систем подкачки воды с использованием частотных преобразователей. Практика использования частотных преобразователей показывает, что срок окупаемости их внедрения составляет менее одного года. Реализация данного проекта позволяет достичь двух основных целей: - снизить расход электроэнергии, воды и тепла; - значительно снизить вероятность аварий в системах холодной и горячей воды у потребителей, а также на сетях. 23

Наибольший эффект от внедрения данного мероприятия прослеживается при установке ЧРП на насосы горячего и холодного водоснабжения ТП, поскольку их режимы работы отличаются наибольшей нерегулярностью. 24

В качестве причин, согласно которым предлагаемое мероприятие до сих пор не реализуется в массовом масштабе во всех регионах, можно назвать следующие: - сокращение и низкий уровень заработной платы работников привело к тому, что эксплуатация систем теплоснабжения свелась только к поддержанию их жизнедеятельности; -повсеместно наблюдается отсутствие средств для оптимизации режимов теплоснабжения; - все имеющиеся средства, как правило, направляются на оплату долгов, топлива и электроэнергии, а остаток на крайне необходимые ремонтные работы. 25

На сегодняшний день единственной эффективной мерой для развития данного мероприятия и других энергосберегающих мероприятий в масштабах страны остается распространение информации рекламного характера. Источниками являются, как правило, энергоаудиторские фирмы и производители ЧРП. Так как установка ЧРП является мероприятием с малым сроком окупаемости, внедрение данного мероприятия не требует во многих случаях бюджетного финансирования. 26

Проблема, которую планируется решить путем реализации этого мероприятия, состоит в несовершенстве используемого насосного оборудования, применяемого в тепло- и водоснабжении. Насосное оборудование на ТП и повысительных станциях устанавливается с резервом по напору от 15% до 50%, поскольку при его подборе учитывается перспектива застройки района и суточные колебания напоров холодной воды, обеспечиваемых водоснабжающими организациями. 27

Кроме того, разбор воды потребителями в течение суток очень неравномерен: ночью практически отсутствует, а в утренние и вечерние часы находится на максимальном уровне. А поскольку насосы работают с одинаковой мощностью в течение суток, напор резко увеличивается в часы минимального водоразбора, и наоборот, падает в пиковые часы. При пуске насоса, не оснащенного частотнорегулируемым приводом, происходит гидравлический удар, способный повредить как разводящие сети, так и внутренние сантехнические системы в присоединенных зданиях. 28

Другая проблема, связанная с невозможностью регулирования производительности насосного оборудования, состоит в нерациональном расходе энергетических ресурсов - электрической и тепловой энергии, а также воды. Электрическая энергия расходуется по максимальной производительности насоса, хотя в ночные часы, ее расход мог бы быть снижен. Избыточный напор в системе в часы минимального разбора приводит к повышенным утечкам, что приводит к перерасходу холодной воды, тепла на приготовление горячей воды, а как следствие, объема канализирования стоков. 29

Установка ЧРП позволяет обеспечить минимально необходимые напоры в системе, и, кроме того, плавный пуск насосов, что, в свою очередь приводит к продлению ресурса ТП и тепловых сетей. Установка ЧРП является хорошо зарекомендовавшим себя энергосберегающим мероприятием, массово применяемым в России и за рубежом. Применяемые технологии являются испытанными, оборудование для ЧРП массово выпускается многими отечественными и иностранными производителями. Установка ЧРП в тепловых пунктах выгодна и потребителям, поскольку позволяет сэкономить средства на оплату холодной и горячей воды, а также канализирование стоков. Соответственно снижается объем бюджетных субсидий на компенсацию коммунальных платежей населению. 30

Для получения максимального эффекта от мероприятия проводится предварительное обследование насосного оборудования, изучаются гидравлические режимы работы. По результатам обследования выполняется проект на установку ЧРП и предлагаются мероприятия по замене насосов и запорной арматуры, что в совокупности повышает эффективность реконструкции. 31

В качестве примера, для жилого дома с максимальным потребным расходом 15 м 3/ч и напором 60 м современная станция повышения давления с ЧРП дает экономию электроэнергии (по сравнению с обычными отечественными установками) около 1 -2 к. Вт на каждый час работы. За год разница достигает 8000 -16000 к. Втч. Это позволяет быстро окупить первоначальные вложения и снизить общие затраты. 32

Проект установки ЧРП на ТП и насосных станциях является энергосберегающим. В результате реализации данного мероприятия снижается не только потребление энергоресурсов (электроэнергия, тепловая энергия и вода), но и происходит снижение выбросов в атмосферу и повышается надежность системы теплоснабжения. 33

3. Устранение перекоса фаз. 34

Несимметричная нагрузка фаз – одна из главных причин возрастания потерь электроэнергии в силовых трансформаторах. Она сказывается и в снижении качества электроэнергии, поставляемой потребителям, питающимся от этих трансформаторов. 35

Устранение перекоса фаз (напряжений), перекоса фазных нагрузок, выравнивание (симметрирование) напряжений (фаз), равномерное распределение нагрузок по фазам питающей сети существенно снижает расход электроэнергии, топлива генератора, обеспечивает безотказную работу электроприемников. 36

Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В. В идеальном состоянии фазное напряжение (напряжение между каждой из трех фаз и нулевым рабочим проводником) составляет 220 В. Линейные напряжения образуют равносторонний треугольник с вершинами UA, UB, UC. Фазные напряжения 0 A, 0 B и 0 C равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует. 37

При подключении нагрузки на разные фазы, которая всегда отличается и по величине, и по характеру - резистивная и реактивная (индуктивная и емкостная), в питающей сети возникает перекос фазных напряжений. Помимо вреда, который наносит электроэнергия низкого качества непосредственно электроприемникам, возникают уравнительные токи, вызывающие дополнительный расход электроэнергии, и, соответственно, топлива, масла, охлаждающей жидкости при питании от генератора. 38

Если бы сопротивления нагрузки были равны, то токи, через них протекающие так же были равны между собой. Учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120°, то их геометрическая сумма равнялась бы нулю. Однако при их неравенстве в результате суммирования возникает ток I 00', который называется уравнительным током. и напряжение U 00', которое называется напряжением смещения. 39

Чем больше уравнительный ток, тем больше потери электроэнергии. Чем больше напряжение смещения, тем выше риск повреждений, отключений, отказов, неустойчивой работы электроприемников, генератора электроэнергии, тем быстрее они изнашиваются, тем больше потребляют ресурсов. 40

Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции. Для трехфазных автономных источников неравномерность загрузки их фаз чревата механическими повреждениями подшипников валов, подшипниковых щитов генератора и приводного двигателя, закоксовыванию форсунок. 41

Условно негативные последствия перекоса фаз можно разделить на три группы: 1)последствия для электроприемников (приборов, оборудования), связанные с их повреждениями, отказами, увеличением износа, уменьшением периода эксплуатации; 2) последствия для источников электроэнергии (увеличение износа, повреждения, увеличение энергопотребление при питании от госсети, повышенный расход топлива, масла, охлаждающей жидкости при питании от генератора, повреждения генератора, уменьшение периода его эксплуатации); 42

3) последствия для потребителей, связанные с безопасностью, так как ухудшение качества изоляции может привести к: - электротравматизму; - возгоранию электропроводки или электроприемников; - а также последствия, связанные с увеличением расходов на: - электроэнергию; - расходные материалы для генератора; - ремонт электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз; - приобретение новых электроприемников, 43 отказавших вследствие перекоса фаз.

Для обеспечения заданного напряжения на каждой из фаз традиционно используются стабилизаторы напряжения. В бытовых условиях применяют однофазные стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают защиты отдельных электроприемников или их группы. В производственных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов напряжения. 44

Для решения задачи по устранению перекоса фазных напряжений и обеспечения заданного фазного напряжения необходимо использовать технологию, которая позволит выравнивать напряжение не на каждой из фаз по отдельности, а симметрировать фазы между собой, то есть симметрировать всю трехфазную систему. Такое устройство обладает значительно большей эффективностью, оно не только само потребляет меньше электроэнергии, но и снижает электропотребление из сети 45 для электроприемников.

Преимущества использования такой технологии: экономичность, надежность, безопасность Экономичность: - снижение уровня энергопотребления из сети при сохранении нагрузки; - снижение расходов на электроэнергию для питания электроприемников; - снижение расходов электроэнергии и других ресурсов на обеспечение необходимой величины фазных напряжений; снижение расходов на топливо, масло, охлаждающую жидкость при питании от генератора; 46

- снижение расходов на генератор, так как технология позволяет использовать генератор меньшей мощности для той же группы приборов; - снижение расходов на ремонт, сервисное обслуживание, приобретение электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз; - снижение расходов на ремонт, сервисное обслуживание, приобретение устройств, предназначенных для обеспечения заданной величины напряжения и обладающих низкой надежностью и низкой эффективностью (например, электромеханических и электронных трехфазных стабилизаторов напряжения). - обеспечение возможности подключать фазных потребителей мощностью до 50% трехфазной мощности. 47

Надежность 1. Надежность электроприемников. Защита, обеспечение их устойчивой и безотказной работы. 2. Надежность устройства для симметрирования фазных нагрузок и устранения перекоса фазных напряжений. Принцип работы устройства основан на перемагничивании обмоток. Отсутствие подвижных и электронных частей делает устройство исключительно надежным, практически безотказным. 3. Надежность источника электроэнергии. Защита генератора от механических повреждений подшипников валов генератора и приводного двигателя вследствие перекоса фаз. 48

Безопасность 1. Защита от электротравматизма, возгорания электропроводки или электроприемников, вызванных износом изоляции вследствие перекоса фаз. 2. Обеспечения безопасности за счет применения защитной меры зануление. 49

Представленная технология устраняет перекос фазных напряжений во всем диапазоне их изменений независимо от причины перекоса: (1) перекос в подводящей питающей сети, вызванный неисправностями в распределительной сети, (2) неравномерное распределение фазных нагрузок, (3) подключение мощного потребителя, (4) комбинированные причины. 50

Прикладные задачи, решаемые с помощью применения представленной технологии Устранение перекоса фазных напряжений, т. е. выравнивание фаз сети друг относительно друга. Равномерное распределение нагрузок по фазам. Обеспечение заданной величины линейных напряжений. Обеспечение заданной величины фазных напряжений. Преобразование трехфазной сети в одно-(двух) фазную: - с гальванической развязкой - без гальванической развязки питающей сети и потребителя; - с изменением (увеличением или уменьшением) выходного напряжения; Преобразование трехфазной трехпроводной сети в трехфазную четырехпроводную (т. е. формирование нулевого рабочего проводника для возможности подключения фазной нагрузки). 51

4. Компенсация реактивной мощности. 52

Для перемещения электрической энергии от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы, используется часть самой передаваемой энергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня. Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения. 53

Классификация потерь включает в себя четыре составляющие. 1. Технические потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей. 2. Расход электроэнергии на собственные нужды, необходимый для работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала. 3. Инструментальные потери, определяются метрологическими характеристиками и режимами работы используемых приборов. 4. Коммерческие потери, обусловлены несоответствием показаний счетчиков оплате за электроэнергию потребителями и другими причинами в сфере организации контроля за потреблением энергии (т. е. , в первую очередь, воровством). 54

Нагрузочные потери активной мощности в элементе сети с сопротивлением R при напряжении U определяются по формуле: 55

В большинстве случаев значение P (активная мощность) и Q (реактивная мощность) на элементах сети изначально неизвестны. Как правило, известны нагрузки в узлах сети (на подстанциях). Значения данных величин определяются посредством измерений по нормативным методикам, позволяющим определить данные параметры для различных периодов нагрузок - сезонных минимумов и максимумов. Из формулы видно, что для снижения потерь мощности важно проводить мероприятия по уменьшению или ограничению потребления реактивной мощности потребителями. 56

В электрических цепях, содержащих комбинированную нагрузку, в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватели и др. ) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др. ) общую мощность, забираемую от сети, можно выразить следующей векторной диаграммой: 57

Активная энергия преобразуется в полезную - механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, т. к. приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей, а так же повышению активных потерь и падению напряжения. Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы. 58

59

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности. 60

61

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной. 62

Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами - индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор - нагрузка» ) позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора. 63

На уровне отдельных потребителей, особенно в жилых домах с однофазной нагрузкой, выравнивание фаз таким способом произвести нельзя из-за непрерывно меняющейся величины и характера нагрузки. Поэтому компенсация реактивной мощности на объектах должна производиться на каждой отдельной фазе. 64

При этом в каждом случае должны учитываться гармонические составляющие, при необходимости устройства по компенсации реактивной мощности должны иметь фильтры с автоматическим регулированием емкости. В данном случае важно правильно произвести подбор фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ). 65

Таким образом, для решения задачи по КРМ необходимо проводить работу в несколько этапов. 1. Централизованная (грубая) компенсация, которая проводится на подстанциях и включает в себя проведение мониторинга показателей качества электроэнергии, выравнивание фаз, фильтрацию тока и установку КРМ. 66

2. Индивидуальная (точечная) компенсация проводится на уровне каждой квартиры или параллельно нагрузке, посредством подключения установок КРМ (косинусных конденсаторов небольшой емкости). Данное мероприятие позволяет обеспечить синусоидальность тока, тем самым значительно уменьшая технические потери. Такие же мероприятия должны проводиться и внутри электроустановок зданий. 67

Хотя основными потребителями индуктивной мощности являются асинхронные электродвигатели. Т. к. в настоящее время наблюдается увеличение потребления индукционной мощности в социально-бытовой сфере за счет увеличения числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств. Применение полупроводниковых преобразователей приводит к ухудшению формы кривой тока, что ухудшает работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, все шире применяемые в квартирах и офисах, для продажи в России комплектуются дешевыми китайскими конденсаторами, срок службы которых обычно составляет несколько часов. Косинус φ у таких 68 источников света составляет менее 0, 5.

Предельные значения коэффициента реактивной мощности устанавливаются для потребителей электроэнергии, присоединенная мощность которых более 100 к. Вт. Необходимо поэтапное решение трех основных задач -повышения качества электроэнергии -компенсации реактивной мощности - обеспечение нормативных уровней специальных показателей качества электроэнергии: колебаний напряжения; несимметрии напряжений; высших гармоник. 69

5. Замена ламп накаливания на люминесцентные. 70

Сегодня еще очень широко используются в качестве источника освещения лампы накаливания. Эта технология не изменялась за последние 50 лет. В то же время в последние десятилетия появились новые технологии освещения, имеющие такие же функциональные характеристики, но обладающие существенно лучшими параметрами по экономичности и долговечности. Электронное устройство компактной люминесцентной лампы обеспечивает ее мгновенное включение и работу без мигания. 71

Электрическое поле между электродами заставляет пары ртути, которая входит в состав этих ламп, выделять невидимое ультрафиолетовое излучение. Нанесенный на внутренние стенки стекла люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Подбирая сорт люминофора, можно изменять цветность света лампы. Практически все основные мировые производители реализуют программы развития производства новых энергоэффективных технологий. 72

Сегодня на освещение расходуется более 15 % всей электроэнергии. При этом доля проникновения в освещение энергосберегающих технологий не превышает по стране 3%. Таким образом, при учете, что применение люминесцентных ламп позволяет экономить более 70 % потребляемой электроэнергии, энергосберегающий эффект от полного перехода на эту технологию освещения в масштабах всей страны составит более 10 % от всего объема электроэнергии, потребляемой в нашей стране. При сохранении существующего положения этот потенциал будет невостребован. Для сведения: целый ряд стран (регионов) осуществил запрет или установил дату запрета на использование обычных ламп накаливания в 73 освещении.

Эффективность метода - экономия 60 -80% потребляемой на цели освещения электроэнергии; Энергосберегающий эффект – до 10 % об всего потребления электроэнергии. 74

6. Электронная пускорегулирующая аппаратура. 75

Замена электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (балластов) (э/м ПРА) на более надежные и экономичные электронные (ЭПРА). Пускорегулирующий аппарат (ПРА) - устройство, с помощью которого осуществляется питание лампы от электросети, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания и работы разрядной лампы. Без ПРА принципиально невозможно обеспечить работу ни одной из разрядных ламп. 76

Электронный балласт позволяет: - продлить срок эксплуатации люминесцентных ламп за счет защиты от перенапряжения; - помогает добиться мгновенного включения лампы (так назваемый «горячий старт» ); - избежать мерцания люминесцентных ламп при включении; - в отличие от стандартного электромагнитного ПРА не издает шума в процессе работы; 77

Электронный балласт позволяет: - экономить электроэнергию за счет меньшего энергопотребления (до 20%); - обеспечить длительный срок службы (в среднем до 50 тыс. ч. , согласно техническим данным); - обеспечить стабильный световой поток в случае перепадов напряжения в сети, улучшить светопередачу; - осуществить возможность определения неисправности в лампе или ее отсутствие и отменить включение системы. 78

Электромагнитные пускорегулирующие аппараты из-за своих известных недостатков (мерцающего света, нестабильности освещённости при колебаниях напряжения сети, повышенного уровня шума, низкого коэффициента мощности, отсутствия возможности управления светом) не позволяют в полной мере раскрыть все возможности освещения с использованием люминесцентных ламп. Устранить эти недостатки и получить дополнительные возможности энергосбережения позволяют электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА), второе название которых - электронные балласты. 79

Современные электронные балласты обеспечивают: -мгновенное (без мерцаний и шума) зажигание ламп; -комфортное освещение (приятный немерцающий свет без стробоскопических эффектов и отсутствие шума) благодаря работе в высокочастотном диапазоне; -стабильность освещения независимо от колебаний сетевого напряжения; -отсутствие миганий и вспышек неисправных ламп, отключаемых электронной системой контроля неисправностей; - высокое качество потребляемой электроэнергии - близкий к единице коэффициент мощности благодаря потреблению синусоидального тока с нулевым фазовым сдвигом. 80

Электронные балласты являются достаточно дорогими устройствами, однако начальные затраты компенсируются их высокой экономичностью, которая характеризуется: - уменьшенным на 20 % энергопотреблением (при сохранении светового потока) за счет повышения светоотдачи лампы на повышенной частоте и более высокого КПД ЭПРА по сравнению с электромагнитным ПРА; - увеличенным на 50% сроком службы ламп благодаря щадящему режиму работы и пуска; - снижением эксплуатационных расходов за счёт сокращения числа заменяемых ламп и отсутствия необходимости замены стартеров; - дополнительным энергосбережением до 80% при работе в системах управления светом. 81

Электронные балласты производятся в массовом количестве и имеют высокий спрос на Западе, где интенсивно внедряются энергосберегающие технологии. В настоящее время электронные балласты находят растущее применение в изделиях ведущих электротехнических и светотехнических фирм. В России также растет интерес к электронным балластам как у потребителей, так и у производителей светотехнической продукции. 82

Работы по освоению производства элементной базы и электронных балластов для трубчатых ламп ведутся рядом российских фирм: АО Трансвит (г. Новгород), АО Искра (г. Ульяновск), НПК НЦ (г. Зеленоград), АО Элекс-Электрик (г. Александров), НПЦ СИТ (г. Брянск), ГП «Нижегородский завод им. М. В. Фрунзе» . Из ближнего зарубежья особо следует отметить АО Энеф (г. Молодечно), выпускающее относительно широкий спектр электронных балластов и светильников для трубчатых ламп. 83

7. Инфракрасные датчики движения и присутствия. 84

Обнаружение человека по изменению потока теплового (инфракрасного) на приемной площадке чувствительного элемента датчика, связанного с движением человек или резким изменением температуры находящихся в поле зрения датчика объектов. Датчики, способные обнаруживать только большие движения (идущих людей) называются датчиками движения. Датчики, обнаруживающие мелкие движения людей, в том числе сидящих или стоящих, называются датчиками присутствия. 85

Большинство инфракрасных датчиков могут работать и в том, и в другом режиме – в зависимости от времени задержки отключения света последнего зарегистрированного движения. Существуют датчики с функцией мониторинга естественной освещенности – датчик постоянно измеряет освещенность естественным светом и не включает (или отключает – для датчиков присутствия) светильники, если естественная освещенность превышает заданное пороговое значение, даже если в поле зрения датчика находятся люди. 86

В учебных аудиториях и помещениях с постоянными рабочими местами экономия электроэнергии – до 50%. В помещениях без постоянных рабочих мест – до 85%. В проходных помещения с большим потоком людей – до 55 -60%. В проходных помещениях с малым потоком людей – до 95%. 87

Автоматическое включение и выключение светильников во время пребывания людей: - в проходных помещениях (подъездах и на лестничных клетках многоквартирных жилых домов); - в коридорах, на лестницах, в рекреациях и вспомогательных помещениях учебных и административных зданий, медицинских учреждений; - в санитарно-гигиенических помещениях и раздевалках; - в производственных помещениях без постоянных рабочих мест – на складах, погрузочноразгрузочных терминалах, в котельных, трансформаторных и т. п. ; - в офисных кабинетах; 88 - в аудиториях и учебных классах.

Массовое внедрение по России: - снижение расхода электроэнергии не 2 млрд. к. Вт/ч год; - снижение установленной мощности не менее 500 МВт; - снижение пиковых нагрузок на системы энергоснабжения; - улучшение экологической обстановки. 89

8. Светодиодное освещение. 90

Источником света в светильнике является светодиод, который позволяет без излишних затрат преобразовывать электрический ток в свет. Благодаря чему потребление электроэнергии светодиодами значительно сокращается. И, несмотря на высокую цену светодиодных светильников, их использование не только полностью окупает вложенные затраты в течение от 1, 5 года до 2, 5 лет (в зависимости от вида светильника), но и позволяет в дальнейшем значительно экономить расходы на электроэнергию и техническое обслуживание. 91

Преимущества светодиодного освещения: - экономия электроэнергии по сравнению с лампами накаливания в 8 раз, а по сравнению с лампами ртутными, люминесцентными экономия порядка в 2 раза; -гарантированный ресурс работы самих светодиодов 50 -100 тыс. часов. Он обеспечивается только применении высококачесвенных светодиодов ведущих производителей Osram (Германия), Crее, (США). В составе светильника ресурс несколько снижается и составляет около 25 -50 тыс. часов. Для сравнения ресурс лампы накаливания составляет 1 000 часов; 92

-Высокая световая эффективность: лампа накаливания дает 10 Лм на 1 Вт потребляемой мощности, люминесцентная лампа обеспечивает 70 Лм на 1 Вт потребляемой мощности, ртутные лампы 60 Лм на 1 Вт, световая эффективность одного светодиода составляет 100÷ 139 лм на 1 Вт потребляемой мощности. Прогресс не стоит на месте, и уже на сегодняшний день компания Crее выводит на рынок светодиоды световой эффективностью светодиода 200 Лм на 1 Вт. -Устойчивость к механическим воздействиям (отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации); -Стабильная работоспособность при температуре от -40 до +40 С; -Устойчивость к колебанию сетевого напряжения -устойчив диапазон 187 -242 В; - Отсутствие специальных условий утилизации. 93

Назначение светодиодного освещения: - освещение в офисных помещениях, административных зданиях, торговых центрах; - освещение лестничных клеток, а также любых нежилых помещений; - освещение дорог, улиц, мостов, придомовых территорий; - освещение производственных помещений, складов, цехов. 94

Более высокая цена по сравнению с ртутными, люминесцентными лампами. Снижение себестоимости светодиодных светильников возможно при увеличении объемов реализации готовой продукции. Также при использовании светодиодных светильников можно сэкономить на закупке кабеля с меньшим сечением, т. к. данные светильники потребляют ток в 3 раза меньше, если провести сравнение с газоразрядной лампой. 95

Сан. Пин 2. 2. 1/2. 1. 1. 1278 -03 (пункты 3. 1. 5 и 3. 1. 9. ): - «Световые приборы для общего и местного освещения, предназначенные к эксплуатации со светодиодами, должны иметь защитный угол, исключающий попадение в поле зрения прямого излучения» . - «Замена ламп накаливания на новые источники света (компактные люминесцентные лампы, светодиоды) в эксплуатируемых осветительных установках допускается при соблюдении нормативных требований к общему искусственному освещению» . 96

9. Замен светильников с ртутными лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНа. Т). 97

Появление новых технологий в системах уличного освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве систем уличного освещения может составлять более 50 %. 98

В большинстве территорий РФ имеет место сильный физический износ осветительного оборудования, освещенность дорог ниже нормы в 2 -3 раза, светильники имеют устаревшую конструкцию (эксплуатация отражателя без защиты от попадания влаги и пыли приводит к потере светотехнических характеристик и снижению КПД), в светильниках используются низкоэффективные лампы накаливания (светоотдача 12 лм/Вт) и ртутные лампы типа ДРЛ (светоотдача 55 лм/Вт). 99

Большую экономию электрической энергии дает модернизация уличного освещения, основанная на замене светильников с ртутными лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНа. Т). 100

Помимо энергосбережения (в части электроэнергии) модернизация систем уличного освещения позволяет сократить потребляемую мощность. Это особенно важно для регионов, в которых ощущается дефицит мощностей. 101

Реконструкция системы уличного освещения приводит к целому ряду важных социальных аспектов. Известно, что социальная и экономическая сферы неразрывно связаны между собой и изменения социального характера обычно влекут за собой изменения в финансовой сфере. 102

Согласно статистическим данным повышение уровня освещенности напрямую влияет на криминальную обстановку в населенном пункте, снижая, число уличных преступлений. Снижение преступлений на улицах города в темное время суток является не только положительным социальным фактором, но и позволяет экономить средства. 103

10. Зеркальные лампы. 104

При использовании данной этой технологии затраты на строительство или модернизацию уличного освещения окупают себя менее, чем за 1 год только за счет значительного снижения расходов на потребляемую электроэнергию. При этом показатели по освещенности и равномерности освещенности будут не хуже, чем у запланированных существующих систем. Использование уличных светильников и зеркальных ламп не требует затрат на очистку их от пыли и грязи. 105

Светильники данного типа имеют самую высокую степень защиты оптического отсека от воздействия окружающей среды - IP 67 (отражающее покрытие находится на внутренней поверхности вакуумированной колбы лампы). КПД оптической системы светильников составляет 95% и практически не снижается на протяжении всего срока службы. 106

Это невозможно обеспечить традиционными светильниками с лампами ДНа. Т и внешним отражателем. КПД их оптических систем изначально не превосходит 85%, а в процессе эксплуатации может снижаться до 50 -60% (светильники с защитным стеклом), и даже до 40% (светильники без защитного стекла). Помимо этого светильник на базе зеркальной лампы, не имеющий защитного стекла, не нуждается в чистке оптической системы, расходы на чистку просто отсутствуют в смете. 107

Светильники данного типа обеспечивают надежную воспроизводимость и стабильность светораспределения (КСС) на протяжении всего срока службы. Соответственно, на весь период эксплуатации сохраняются нормированные количественные (уровень яркости и освещенности) и качественные (равномерность) светотехнические показатели осветительной установки. 108

Светильники с традиционными лампами изначально имеют определенный разброс по КСС из-за технологически неточного воспроизведения профиля металлического отражателя. При эксплуатации в результате загрязнения или окисления рабочей поверхности металлического отражателя происходит не только снижение абсолютных значений силы света, но и изменение светораспределения. Искажение КСС происходит таким образом, что в первую очередь снижаются значения максимальных сил света и размывается область максимума. Это приводит к снижению зоны действия светильников, появлению плохо освещенных полос на дорожном покрытии, 109 резкому снижению равномерности.

Светильники данного типа конструктивно унифицированы и обеспечивают возможность оптимального выбора или замены светораспределения в зависимости от конкретной светотехнической задачи. Особенности технологии изготовления ламп данного типа позволяют получать широкую КСС, оптимизированную для определенных условий освещения - тип дорожного покрытия, ширина проезжей и пешеходной части улицы, высота опор и вылет консоли и т. д. 110

111

112

Значительный экономический эффект при использовании светильников с данными лампами достигается в первую очередь за счет сокращения числа световых точек и соответству-ющего снижения затрат на оборудование, электроэнергию и обслуживание, а также за счет повышения качества уличного освещения. При переходе на светильники с лампами данного типа рекомендуется использовать мощность на одну ступень ниже, чем лампы ДНа. Т и на две ступени, чем ДРЛ. Все это обеспечивает этим светильникам безусловное преимущество при сравнении, как с открытыми, так и закрытыми светильниками с 113 традиционными лампами.

Наименование параметра Вариант1 Вариант2 Вариант3 Тип лампы ДРЛ 250 ДНа. Т 150 ДНа. З/Reflux 100 -2/G Тип светильника РКУ 250 ЖКУ 150 под ЖКУ 33 -100 трубчатую лампу 002. 01 G под ДНа. Т лампу Рефлакс Эл. потребляемая мощность 0, 275 комплекта лампа+светильник, к. Вт Эл. потребляемая мощность 1100 комплекта лампа+светильник за 1 год (4000 часов), к. Вт 0, 165 0, 110 660 440 Стоимость электроэнергии за 1 3795 год (3. 5 руб/к. Вт*ч) с одного светильника, руб Стоимость эл. энергии за 1 год 189 750 для 1 км улицы, двухстороннее расположение опор (50 световых точек, шаг опор 40 м), руб 2310 1540 115 500 77 000 114

Светильник ЖКУ 16 -150 -001, ЖКУ 16 -250 -001, ЖКУ 16 -400 -001. Консольный уличный светильник ЖКУ 115

При замене светильника РКУ 250 с лампой ДРЛ 250 на светильник ЖКУ 33 -100 -002. 01. G с лампой ДНа. З/Reflux 100 -2/G за год с одной световой точки происходит экономия затрат на электроэнергию в объеме 2255 рублей, что соответствует стоимости нового комплекта Рефлакс «лампа+светильник» , т. е. затраты при модернизации освещения окупят себя за 1 год только за счет сокращения расходов на потребляемую электроэнергию. При этом показатели по освещенности и равномерности освещенности будут выше. 116

Семейство зеркальных натриевых ламп ДНа. З/Reflux разработано коллективом российских светотехников и инженеров, и выпускается на заводе в г. Саранске. Зеркальная лампа ДНа. З/Reflux защищена патентами Российской Федерации и практических всех ведущих стран мира и экспортируется в Канаду, Норвегию, Голландию, Казахстан, Белоруссию, Украину. 117

Пилотные проекты – части Ленинградского, Каширского шоссе в г. Москве. Существующие объекты - трасса МКАД-аэропорт «Домодедово» , улицы в гг. Москва, Электросталь (Моск. обл. ), Саранск, Чимкент (республика Казахстан). 118

11. Системы автоматического управления наружным и уличным освещением. 119

Система управления наружным освещением - это систематизированный набор средств влияния на подконтрольный объект для достижения определённых целей данным объектом. Системы управления разделяют на два больших класса: - Автоматизированные системы управления (АСУ) - с участием человека в контуре управления; - Системы автоматического управления (САУ) - без участия человека в контуре управления. 120

В настоящее время стало очевидным, что внедрение автоматизированной системы управления наружным и уличным освещением позволяет осуществлять телекоммуникационный контроль состояния сетей и приборов уличного освещения, управлять режимами горения светильников, дистанционно управлять освещением улиц по заранее заданному графику, а также вести учет энергопотребления и следить за эффективным использованием электроэнергии. 121

Современные системы автоматизации - это не просто дань моде, они имеют и экономические преимущества: - в автоматическом режиме строго соблюдается расписание, т. к. исключается влияние человеческого фактора; - нет необходимости выезжать на проверку включения или отключения освещения; - в случае не отключения освещения не происходит потерь электроэнергии, т. к. диспетчер оперативно об этом оповещается и принимает соответствующие меры (ранее о не отключении сообщали через несколько часов граждане - потери могли быть значительными); 122

- для осуществления технического учета энергии нет необходимости выезжать и снимать показания со счетчиков визуально; - телеизмерения позволяют оперативно выявлять несанкционированные подключения к сетям освещения и выявлять хищения электроэнергии; - с помощью телеизмерений напряжений, токов и мощностей можно осуществить первичную диагностику осветительной сети в случаях какихлибо аварий; - более надежная система, построенная из современных компонентов, требует меньше затрат на свое обслуживание. 123

Существующие системы управления наружным освещением можно подразделить на несколько классов. Во-первых, - это местное управление, - обеспечивающееся посредством установки коммутационных и управляющих аппаратов непосредственно в линиях, питающих осветительную аппаратуру (на щитах подстанций, магистральных щитах и т. д. ). Такие системы применяются только в небольших обособленных осветительных сетях, имеющих один центр питания. 124

В разветвленных предусматривается дистанционное управление освещением, - как правило, это достигается благодаря установке магнитных пускателей в линиях питающей и групповой сетей. Такая система включается с единого диспетчерского пункта. Причем, сигналом на включение линии, питающейся от подстанции, будет являться наличие напряжения на конце линии, питающейся от предыдущей подстанции. 125

То есть, - в установках наружного освещения городов и населенных пунктов широко применяется каскадная схема дистанционного управления, при которой управление участками распределительных линий наружного освещения осуществляется путем подключения катушки магнитного пускателя второго участка в линию первого, катушки пускателя третьего участка в линию второго, и т. д. 126

Возможна и телемеханическая схема, при которой включение и отключение магнитных пускателей производится из диспетчерского пункта с помощью телемеханических устройств. Кроме этого, широко используются и автоматическое программное или фотоавтоматическое управление - с установкой магнитных пускателей в линиях освещения и программного реле, фотореле или фотоэлектрического автомата, включающих освещение в зависимости от уровня естественной освещенности или времени суток. 127

Для уличного освещения городов и населенных пунктов системы дистанционного управления освещением предусматривают два режима работы осветительных установок - вечерний и ночной. При вечернем режиме включены все осветительные приборы, при ночном, когда интенсивность движения падает, - часть осветительных приборов отключается (обычно отключают светильники, подключенные к какойнибудь одной или двум фазам). Однако при этом увеличивается до недопустимых пределов коэффициент неравномерности освещенности дорожного полотна. 128

В-третьих, - отсутствие оперативного контроля состояния осветительных сетей и за доступом в шкафы уличного освещения (ШУО). Перечисленные выше системы управления нельзя назвать высокоэффективными c точки зрения энергосбережения из-за целого ряда причин. Во-первых, - ручные системы включения - отключения освещения, как показывает практика их эксплуатации, несут большой перерасход электроэнергии (часто связанный с человеческим фактором). Во-вторых, - как уже было отмечено, - низкоэффективное управление мощностью системы с целью хищения цветных металлов и оборудования (что особенно важно в последнее 129 время).

Таким образом, можно сделать вывод о необходимости создания автоматизированных систем управления освещением (АСУО), позволяющих не только включать - отключать освещение улиц, но и регулировать энергопотребление системы, контролировать целостность оборудования и несанкционированный доступ, вовремя сигнализировать оперативному персоналу об аварийных ситуациях в сети. 130

ЦДП - центральный диспетчерский пункт, ГПУ - головной пункт управления, КПУ - конечный пункт управления 131

Однако такие системы управления при переключении освещения в ночной режим используют метод отключения одной - двух фаз. Но это повышает, как уже говорилось выше, неравномерность освещенности дорог. 132

Избежать этого позволяет использование в уличных светильниках электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) вместо традиционных электромагнитных. Эти устройства позволяют управлять потребляемым током лампы и ее световым потоком. Таким образом, чтобы добиться снижения потребляемой мощности системы нет необходимости в полном отключении части осветительных приборов. А это значит, что световой поток всех светильников будет изменяться равномерно, не увеличивая неравномерность освещенности дорожного полотна. 133

ЦДП - центральный диспетчерский пункт, ГПУ - головной пункт управления, КПУ - конечный пункт управления, МП - магнитный пускатель, ИЭ - исполнительный элемент. 134

Однако это существенно удорожает схему. Ведь кроме приемника - преобразователя управляющих сигналов в каждом ЭПРА необходимо будет проводить свою выделенную линию для управляющих сигналов к каждому светильнику. Выходом из такой ситуации будет использование устройства, позволяющего передавать сигналы управления непосредственно по линиям осветительной сети. 135

Все системы передачи информации по сети 220 В можно разделить на две большие группы: 1. Системы, использующие в качестве информационного сигнала модуляцию тока низкой частоты 50 Гц, 2. Системы, формирующие в линии собственный сигнал на одной или нескольких несущих частотах, отличающихся от 50 Гц. 136

Первая группа устройств отличается чрезвычайно высокой помехоустойчивостью при простых схемах приёмников, но обладает очень низкой скоростью передачи информации и требует применения в передатчиках тиристорных коммутаторов высокой мощности. Кроме того, для обеспечения выборочного управления освещением в отдельно взятой ветке, необходимо устанавливать коммутаторы ещё и в прилегающих к ней шкафах управления, что приведёт к необходимости глобальной реконструкции всей системы освещения. 137

Системы данного типа обладают следующими достоинствами: 1. Существенно большей скоростью передачи, точнее, возможностью передавать большие пакеты информации между импульсными помехами в линии. 2. Возможностью использовать информационный канал не только для управления освещением, но и для связи (обмена информацией) между узлами системы, вплоть до формирования "интеллектуальных" светильников, т. е. светильников с возможностью передачи информации о текущем состоянии на центральный пульт. 138

3. Информационный сигнал может быть использован для проверки целостности линии электропередачи, а также оценки её состояния при отключенном электричестве, что немаловажно именно для систем наружного освещения. 5. Возможностью интеграции в существующие системы освещения без их структурных и аппаратных изменений или доработок. 139