Стенд для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии

Введение. В Российской Федерации существует большое количество нормативных документов, которые регламентируют требования к светотехническим и электрическим характеристикам КЛЛ и светодиодных ламп, но их требования не всегда влияют на качество выпускаемых ламп. В то же время потребители заинтересованы в покупке качественных «недорогих» КЛЛ и светодиодных ламп.

В трудах авторов [15–16, 22] указывается, что в свою очередь качество «недорогих» КЛЛ и светодиодных ламп оставляет желать лучшего. Срок службы различных типов КЛЛ и светодиодных ламп часто не соответствует значению, указанному в технической документации к лампе. Это в свою очередь связано с параметрами электрической сети и качеством выпускаемой лампы. Параметры электрической сети в Рос- сии регламентируются [12], т.е. характеристики КЛЛ и светодиодных ламп зависят от качества электроэнергии. В [1–14, 17– 21, 23] указано, что искажение качества электроэнергии приводит к снижению срока службы ламп, а также увеличению потерь электроэнергии. Снижение качества энергии для потребителей может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате – к уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий.

Согласно [15, 16] основными качественными показателями светотехнических устройств, которые должны реализовываться на местах, предназначенных для освещения, являются: потребляемая мощность, световой поток, световая отдача, пульсации светового потока, светопередача, срок службы и др. В каталогах для КЛЛ и светодиодных ламп указаны значения вышеуказанных параметров при испытании их всего лишь по двум ПКЭ «Медленное изменение напряжения» и «Отклонение частоты». При этом в [12] указано множество других показателей качества электроэнергии, которые влияют на многие электрические и светотехнические параметры КЛЛ и светодиодных ламп. В источниках [16] указано, что использование вышеуказанных ламп также оказывает влияние на ПКЭ. При этом достаточно полных данных о влиянии отклонений ПКЭ от номинальных значений на заявленные производителями электрические и светотехнические характеристики КЛЛ и светодиодных ламп не существует. Также не в полном объеме изучен вопрос искажения ПКЭ при использовании КЛЛ и светодиодных ламп.

Исходя из вышеизложенного, разработка стенда для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии является актуальной задачей.

Методика исследования. Влияние различных типов ламп на качество электроэнергии определялось по следующей методике:

– для исследования были приняты лампы различных типов и производителей;

– в измерении использовались 30 ламп одного производителя;

– лампы для исследования были одной мощности;

– испытания производились не мене 5 часов;

– во время измерений лампы не отключались;

– для измерений ПКЭ применялся анализатор качества электроэнергии «Ресурс-UF2»;

– измерения ПКЭ проводились при температуре от 22 до 26 °C;

– анализ полученных данных производился в программе «Монитор Ресурс-UF2».

Результаты исследований и их обсуждение. Для исследования влияния КЛЛ и светодиодных ламп на качество электроэнергии был разработан стенд. Принципиальная электрическая схема стенда для исследования влияния КЛЛ и светодиодных ламп на качество электроэнергии представлена на рисунке 1. Внешний вид разработанного стенда представлен на рисунке 2.

Разработанный стенд позволяет выполнять следующие функции:

– определять влияние различных типов ламп на качество электроэнергии;

– подключать различное количество ламп (не более 30 шт.) с цоколем Е 27;

– определять потребление электроэнергии различными лампами;

– производить измерения ПКЭ как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

– при измерении ПКЭ отключать или подключать необходимое количество ламп;

– при измерении ПКЭ использовать различные модели анализатора качества электроэнергии.

На вышеуказанном стенде были проведены испытания ламп различных производителей и типов. Отклонения ПКЭ измерялись анализатором качества электроэнергии «Ресурс-UF2».

Для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии были приняты следующие лампы:

– светодиодные лампы мощностью 10 Вт трёх производителей: Navigator (Xiamen Nexx Optical Electronic Technology Co LTD), Gauss (ООО ТПК «Вартон»), Philips (Signify);

– лампы накаливания мощностью 75 Вт компании Старт (AZ COMPANY);

– КЛЛ мощностью 15 Вт трёх производителей: Camelion (Литарк Лайтинг энд Электроник Лтд.), Космос (Ханжоу Дзинин Электрик Эпли-енсе Ко Лтд.), Navigator (Xiamen Nexx Optical Electronic Technology Co LTD).

Результаты, полученные в ходе проведенных испытаний, представлены на рисунках 3–9.

QF1 – автоматический выключатель; QA1 – устройство защитного отключения; Wh – счетчик активной энергии; SA1-SA4 – клавишные выключатели; EL1-EL30 – цоколи типа E27 для установки ламп

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема стенда для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии

Рисунок 2 – Внешний вид стенда для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии

Коэффициентыи-ыхгармонических составляющих напряжения Ua

Ном ер гармоники

Рисунок 3 – Отклонение ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения» при испытании светодиодных ламп Navigator

График кратковременной дозы фликера

PstN ---PstA ---PstB ---PstC ---PstAB ---PstBC ---PstCA

Время

Рисунок 4 – Отклонение ПКЭ «Доза фликера» при испытании светодиодных ламп Navigator

Коэффициенты »ых гармонических составляющих напряжения Ua

Ном ер гармоники

Рисунок 5 – Отклонение ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения» при испытании светодиодных ламп Gauss

Коэффициенты м-ых гармонических составляющих напряжения Ua

■ Киа(п)нд

■ Киа(п)в еКиа(п)нб еКиа(п)пд ие нт.

Ном ер гармоники

Рисунок 6 – Отклонение ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения» при испытании светодиодных ламп Philips

График кратковременной дозы фликера

---PstN ---PstA ---PstB ---PstC ---PstAB ---PstBC ---PstCA

Rst

Время

Рисунок 7 – Отклонение ПКЭ «Доза фликера» при испытании светодиодных ламп Philips

Рисунок 8 – Отклонение ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения» при испытании КЛЛ

Рисунок 9 – Отклонение ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения» при испытании ламп накаливания

По результатам проведенных испытаний было установлено, что все испытанные лампы вызывают выход за нормативные значения ПКЭ «Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения». При этом выход выше указанного показателя может привести к несинусо-идальности напряжения. Светодиодные лампы компаний Navigator и Philips также вызывают выход за нормативные значения ПКЭ «Доза фликера», что может привести к сбоям в работе автоматики, оборудования, увеличению потерь в сетях, преждевременному износу оборудования, браку в производстве, профессиональным заболеваниям и повышенной утомляемости работников предприятий.

Исследуемые лампы могут искажать качество электроэнергии. При этом искажение качества электроэнергии в свою очередь может привести к снижению срока службы ламп, увеличению потерь электроэнергии в электрической сети, к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате – уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий.

Результаты измерений могут быть использованы производителями ламп для усовершенствования драйверов исследуемых ламп. Устранение искажения качества электроэнергии, вызванное исследуемыми лампами, позволит производителям получить конкурентное преимущество на рынке светотехнической продукции.

Представленная методика измерения может быть использована при разработке нормативного документа, позволяющего устанавливать требования к ПКЭ светотехнической продукции.

Выводы. Разработан стенд для исследования влияния различных типов ламп на качество электроэнергии, с помощью которого произведены измерения ПКЭ при использовании светодиодных, КЛЛ и ламп накаливания. Результаты проведенных измерений показывают, что все исследуемые лампы искажают качество электроэнергии. Поэтому производителям необходимо проводить исследования выпускаемых ламп не по двум показателям, как регламентируется нормативными документами, а учитывать все ПКЭ, которые указаны в ГОСТ 32144-2013.

Результаты проведенных исследований позволят потребителям выбирать лампы, которые не искажают качество электроэнергии, а производителям разрабатывать новые типы драйверов, которые не вызывают искажения качества электроэнергии. Кроме этого, на основании проведенных исследований могут быть сформированы рекомендации для электросетевых компаний по повышению качества электроэнергии и сокращению потерь электроэнергии.