Російський уряд включилося в загальносвітову боротьбу за енергозбереження та енергоефективність, почавши з поетапного заборони випуску та імпорту ламп розжарювання, що передбачає повсюдний перехід на енергозберігаючі лампи, і готово, за словами міністра економічного розвитку РФ Ельвіра Набіулліна, витратити на це близько 100 млрд рублів. Запеклі дебати між прихильниками і противниками заміни одних ламп на інші тривають вже не один місяць. Не будемо перераховувати всі доводи і заперечення - їх можна в надлишку знайти в інтернеті. Наведемо лише деякі міркування, які висловлюють учасники форуму на сайті ixbt.com :
- в США виділені величезні гроші компанії GE, щоб прискорити початок масового виробництва світлодіодних ламп, нове покоління яких перевершує за всіма показниками всі наявні, тому, можливо, є сенс поки використовувати лампи розжарювання, а потім перейти відразу на світлодіодні;
- якщо у вимикачів є підсвічування, то енергозберігаюча лампа може мерехтіти після виключення, так як живить ланцюг розривається в повному обсязі, а шунтируется лампою підсвічування;
- КЛЛ дуже вимогливі до якості електроенергії та не люблять стрибків напруги;
- при частому включенні-виключенні термін служби КЛЛ набагато коротше заявленого, особливо у ламп, які запалюються миттєво, без попереднього прогріву електродів;
- економити електроенергію за допомогою світла вельми проблематично: в сучасній квартирі основне споживання йде за рахунок електроплит, чайників, пральних і посудомийних машин;
- багато КЛЛ не можуть працювати з діммерний і сенсорними вимикачами, а ті, що можуть, коштують набагато дорожче.
Віктор Сергійович Пєтухов вирішив уважніше придивитися до енергозберігаючих ламп і оцінити цей предмет дискусій з позицій фахівця-електрика.
Ми розуміємо, що не всі погодяться з наведеними автором доводами, тому запрошуємо зацікавлені сторони продовжити дискусію і надсилати свої зауваження, пропозиції та думки по суті розглянутого питання до редакції за адресою: [email protected] .
Віктор Пєтухов, к.т.н., член IEEE, А & Alpha Consulting, м.Москва
Перш за все необхідно відзначити, що в професійній технічній літературі такі лампи називаються Compact Fluorescent Lamps (CFL), в російській - компактні люмінесцентні лампи (КЛЛ), а вже в другу чергу їх називають Energy saving lamps (енергозберігаючі лампи).
Про можливу шкоду здоров'ю CFL, пов'язаний з генерацією ними іншого спектра світла (в порівнянні з лампами розжарювання), мерехтінням, «брудним електрикою», електромагнітним випромінюванням і т.д., давно вже ведуться дебати. Однак ми не будемо розглядати ці питання, тому що не займалися дослідженнями і не є фахівцями в цій галузі, - матеріали на цю тему можна знайти в інтернеті.
Дійсно, енергозберігаюча лампочка потужністю всього 18 Вт світить (по яскравості, так як спектр її світла помітно відрізняється від спектра світла лампи розжарювання навіть візуально) як лампа розжарювання потужністю 75 Вт. Виходячи з цього, очікують як значного скорочення витрат електроенергії на освітлення, так і відповідного зниження активної струмового навантаження (а значить, і теплових втрат електроенергії) в проводах і кабелях ліній освітлювальних систем.
Для більш детального вивчення характеристик роботи енергозберігаючих ламп були зняті осцилограми прикладеної напруги і споживаного струму лампи розжарювання, звичайної люмінесцентної лампи і енергозберігаючої лампи (рис. 1-3). На підставі наведених малюнків можна зробити наступні висновки:
1. Випробувана енергозберігаюча лампа генерує в мережу реактивну потужність і використовує її для своєї роботи (споживаний струм відстає від прикладеної напруги).
2. Енергозберігаюча лампа є нелінійним (на відміну від ламп розжарювання) споживачем електроенергії, генеруючим в мережу вищі гармоніки струму.
Відзначимо, що досліджувалися струмові характеристики енергозберігаючої лампи, яка була придбана майже 5 років тому. Може бути, сучасні лампи споживають практично синусоїдальний струм? На жаль. Аналогічні осцилограми були отримані і для енергозберігаючої лампи, придбаної в 2008 році, і для енергозберігаючої лампи, купленої на початку жовтня 2009 року. Вид осцилограми струму для цих ламп практично не змінився.
Таким чином, всі 3 досліджувані енергозберігаючі лампи, придбані в різний час в роздрібній торговельній мережі м Москви, є генераторами гармонік струму.
НАСЛІДКИ ГАРМОНІК СТРУМУ
Наслідки гармонік струму детально розглянуті в [1, 2], а також в презентації на сайті http://www.motor-diag.com/present.html «Вплив нелінійних електроспоживачів на умови експлуатації електроустановок». Згідно з основними положеннями цих робіт, до наслідків гармонік струму для електроустановок 0,4 кВ можна віднести:- перегрів і руйнування нульових робочих провідників кабельних ліній;
- додаткові втрати в силових трансформаторах (аж до виходу з ладу);
- помилкове спрацьовування запобіжників і автоматичних вимикачів;
- підвищений знос, спучування і передчасне руйнування конденсаторів установок компенсації реактивної потужності;
- прискорене старіння ізоляції проводів і кабелів;
- погіршення якості (несинусоидальность) подання напруги;
- збої в роботі і фізичний вихід з ладу комп'ютерного обладнання;
- передчасний вихід з ладу електродвигунів;
- резонансні явища в електроустановках 0,4 кВ;
- зниження коефіцієнта потужності електроустановок.
Ризик виникнення подібних проблем в системах електропостачання будівель різного призначення (виробничих, торгових, офісних, житлових та ін.) В нашій країні значно вище, ніж в європейських країнах. Це пов'язано з тим, що на Заході проблема гармонік відома, і застосовуються технічні засоби для її вирішення. Відзначимо, що такі кошти вельми дорогі і з лишком з'їдають всю економію від енергозберігаючих ламп.
А у нас навіть в середовищі головних енергетиків професійного розуміння цієї проблеми поки немає, починаючи з того, що використовувані в нашій країні трансформатори спроектовані в розрахунку на частоту струму тільки основної гармоніки 50 Гц. У зв'язку з цим, з високим ступенем ймовірності при застосуванні енергозберігаючих ламп може бути отримана не економія ресурсів, а збільшення числа аварійних збоїв і поломок систем електропостачання, а при найбільш несприятливому збігу обставин - і пожеж через «несправність електропроводки», якщо не понести значні витрати на установку пристроїв по усуненню гармонік або й обмежити генерацію струму в самих лампах.
Ми детально вивчили публікації з питання наслідків генерації гармонік від енергозберігаючих ламп.
Виявилося, що є кілька десятків публікацій (наприклад [3, 5]), що свідчать про негативні наслідки застосування енергозберігаючих ламп. І тільки в одній публікації [4] стверджується, що ніякого суттєвого впливу гармоніки струму, що генеруються енергозберігаючими лампами, не роблять, оскільки в мережі і так є нелінійні навантаження, по потужності істотно перевищують потужність енергозберігаючих ламп.
Як не парадоксально це звучить, але автори обох публікацій праві, а зроблені ними протилежні висновки пояснюються тим, що умови роботи систем електропостачання суттєво різнилися. Тому, оскільки енергозберігаючі лампи можуть генерувати гармоніки струму, необхідно заздалегідь моделювати умови роботи системи електропостачання будівлі після такої заміни ламп і приймати компенсаційні технічні рішення. Крім того, непогано було б відстежувати, до яких наслідків призводить така заміна.
Чи є шляхи вирішення?
З урахуванням усього сказаного щодо наслідків гармонік, закономірне запитання: а чи є енергозберігаючі лампи, не генерують гармоніки струму? Автори публікацій [3, 5] безпосередньо вказують на те, що проводили випробування таких ламп; аналогічна інформація наведена і в [6]. Правда, коштують такі лампи дорожче на 35-40%, тому на російському ринку ми не зустріли поки енергозберігаючих ламп, які не генерують гармонік.
Енергозберігаючі лампи в чомусь близькі до комп'ютерного обладнання: і ті, і інші генерують гармоніки струму (якщо в самих пристроях немає схеми, яка пригнічує ці гармоніки). Нами було проведено порівняльний аналіз осцилограм струмів блоків живлення (БП) двох ноутбуків - старого (віком 7 років) і нового. Як видно з наведених осциллограмм (рис. 4-5), в блоці живлення нового ноутбука застосовані пристрої (схеми) компенсації гармонік (при цьому новий БП приблизно в 1,5 рази більше за розмірами і важче старого), тобто це свідчить про те, що для блоків живлення ноутбуків ця проблема вирішена.
Крім безпосереднього технічного, відзначимо і юридичний аспект застосування енергозберігаючих ламп. Емісія гармонік регулюється (струм до 16 А) ГОСТ Р 51317.3.2-2006 [7]. З цього документа випливає, що продаються у нас енергозберігаючі лампи задовольняють вимогам цього ГОСТу при потужності лампи менш 25 Вт. Дійсно, практично всі представлені на прилавках магазинів енергозберігаючі лампи мають потужність не більше 23 Вт. Можна припустити, що такі лампи ніяких проблем з гармоніками не створять - незалежно від їх числа, тому що кожна лампа задовольняє вимогам зазначеного ГОСТу. Однак навряд чи це припущення відповідає дійсності (це питання докладніше буде розглянуто в наступних номерах журналу).
І нарешті, співробітникам нашої компанії дуже часто доводиться чути на об'єктах скарги замовників на те, що при включенні люстри часто спрацьовують автоматичні вимикачі фідера освітлення.
Згідно [8], лампа зі схемою-коректором гармонік має пусковий струм в 30-100 номіналів, а лампа без схемикорректора - в 10-30 номіналів (для лампи розжарювання 10-15 номіналів). Тобто через що виникає збільшення пускового струму при використанні енергозберігаючих ламп (у порівнянні з лампами розжарювання) фідери освітлення можуть відключатися незрівнянно частіше, якщо не замінити автомати на інші, того ж номіналу, але з більшою уставкой електромагнітного розчеплювача (скажімо, замість серії В використовувати серію D).
Поводячи підсумок, відзначимо, що енергозберігаюча лампа дійсно має яскравість світіння, аналогічну яскравості світіння лампи розжарювання істотно більшою електричної потужності.
Однак оскільки енергозберігаючі лампи можуть генерувати гармоніки струму, є ризик багатьох негативних наслідків для мереж 0,4 кВ.
Таким чином, просто механічна заміна ламп розжарювання на енергозберігаючі без додаткових заходів по боротьбі з генерацією гармонік з високим ступенем ймовірності не дасть очікуваного ефекту.
література
1. Вищі гармоніки в мережах електропостачання 0,4 кВ // Новини електротехніки. 2002-2003. № 6 (18) - 1 (19).
2. Резонансні явища в електроустановках будинків як фактор зниження якості електроенергії // Новини електротехніки. 2003. № 6 (24).
3. The effect of modern compact fluorescent light on voltage distortion. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 8, № 3, July 1993.
4. A NEMA Lighting Systems Division Document Power Quality Implications Of Compact Fluorescent Lamps In Residences. http://www.nema.org/stds/LSD8.cfm .
5. Harmonics from Compact Fluorescent Lamps. IEEE Transactions on industry applications, vol. 29, № 3, May / June тисяча дев'ятсот дев'яносто три.
6. Harmonic performance of standard and compact fluorescent lamps. http://www.energy-consortium.us/PDFs/N%20Watson%20Harmonic%20Performance%20of%20CFLs.pdf .
7. ГОСТ Р 51317.3.2-2006 Сумісність технічних засобів електромагнітна. Емісія гармонійних складових струму технічними засобами з споживаним струмом не більше 16 А (в одній фазі).
8. Cahier technique № 205. Power supply of lighting circuits. http://www.schneider-electric.com/documents/technicalpublications/en/shared/electrical-engineering/protectiondevices-monitoring/low-voltage-minus-1kv/ect205.pdf .
Може бути, сучасні лампи споживають практично синусоїдальний струм?
Чи є шляхи вирішення?
З урахуванням усього сказаного щодо наслідків гармонік, закономірне запитання: а чи є енергозберігаючі лампи, не генерують гармоніки струму?
