Исследование характеристик компактных люминесцентных ламп

7 Ноя 2011

Д.т.н. В.В. Черепанов, профессор; А.В. Коротаев, аспирант; ГОУ ВПО «Вятский Государственный Университет», г. Киров. В статье приведены результаты исследования зависимостей потребляемой активной и реактивной мощности, освещенности рабочей поверхности и спектральный состав тока ламп от напряжения сети для компактных люминесцентных ламп разных мощностей и производителей.

23 ноября 2009 г. принят Федеральный закон РФ № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», согласно которому с 1 января 2011 г. к обороту на территории Российской Федерации не допускаются электрические лампы накаливания (ЛН) мощностью 100 Вт, а с 1 января 2014 г. может быть введен запрет на оборот на территории Российской Федерации электрических ламп накаливания мощностью двадцать пять ватт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения.

Сейчас производители ламп предлагают альтернативу лампам накаливания - это компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) и светодиодная лампа.

В мире КЛЛ не являются новизной. Патентная заявка на КЛЛ со встроенным электронным балластом была подана в 1984 г. Основными достоинствами КЛЛ по сравнению с ЛН являются потребление электроэнергии (примерно в пять раз меньше при одинаковом световом потоке) и срок службы в 6-10 раз больше чем у ЛН. Кроме того, КЛЛ выделяет в несколько раз меньше тепла, чем ЛН, что позволяет использовать КЛЛ с большим световым потоком, чем ЛН в бра, люстрах и других светильниках. Например, вместо ЛН мощностью 60 Вт применить КЛЛ мощностью 15 Вт со световым потоком равным световому потоку ЛН мощностью 75 Вт. Так как в КЛЛ используется электронный баланс, мерцание светового потока отсутствует. КЛЛ хорошо работают при пониженном напряжении до 180 В.

Вместе с тем существуют и особенности КЛЛ, ограничивающие область их применения:

1. КЛЛ нельзя использовать с диммером (регулятором яркости) обычных типов. Диммеры для КЛЛ существуют, но требуют особого подключения с прокладкой дополнительных проводов.

2. КЛЛ не рекомендуется использовать совместно с выключателем с подсветкой, т.к. это приводит к периодическому, раз в несколько секунд, кратковременному зажиганию лампы и, тем самым, уменьшению ее срока службы.

3. КЛЛ не рекомендуется использовать совместно с датчиком движения, шума или освещенности, т.к. при частых включениях электроды лампы не будут успевать остывать, что приводит к быстрому их износу. Перерыв между включениями лампы должен быть не менее двух минут.

4. КЛЛ не рекомендуется использовать в закрытых светильниках с высокой степенью защиты, т.е. возникают проблемы с применением этих ламп в помещениях с пожаро- и взрывоопасной средой.

5. КЛЛ не рекомендуется использовать в помещениях с повышенной влажностью и запыленностью.

6. КЛЛ могут работать при температуре не ниже -25 ⁰С. А в северных районах нашей страны и -40 ⁰С не редкость. Возникает проблема с заменой ЛН на КЛЛ в системах уличного освещения, в частности, для освещения периметра охраняемых объектов.

Нами выполнены исследования зависимости характеристик КЛЛ от напряжения сети. Исследования выполнены для КЛЛ разных мощностей и производителей. В качестве исследуемых объектов были выбраны КЛЛ: Toshiba 25 Вт, Volpe 20 Вт, ECOLA 20 Вт, Navigator 15 Вт, IEK 11 Вт, Navigator 20 Вт, Uniel 9 Вт, Feron 11 Вт, Navigator 11 Вт.

Исследовались зависимости от напряжения потребляемой активной и реактивной мощности, освещенности рабочей поверхности и спектральный состав тока ламп. Часть полученных результатов исследований представлены на рисунках. Анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

1. Потребляемая активная мощность исследуемых КЛЛ при напряжении 220 В не соответствует заявленной производителем номинальной мощности. Отклонение потребляемой мощности колеблется в пределах ±(1÷6) Вт номинальной мощности в зависимости от производителя и мощности лампы.

2. КЛЛ работают в режиме генерации реактивной мощности. Генерируемая реактивная мощность, в зависимости от производителя и мощности лампы, составляет (33÷50) % от потребляемой активной мощности при напряжении 220 В. В связи с этим, большое значение имеет использование энергосберегающих ламп в качестве распределенного источника реактивной мощности, максимально приближенному к потребителю реактивной мощности, что позволит:

• разгрузить питающую сеть от реактивной мощности;
• снизить потери напряжения в сети, а также потери активной мощности в кабельных линиях и трансформаторах;
• увеличить пропускную способность кабельных линий и трансформаторов.

3. Из рис. 3 видно, что освещенности рабочей поверхности КЛЛ одной и той же номинальной мощности различаются в зависимости от производителя.

4. Форма тока КЛЛ существенно отличается от синусоиды. Величина третьей гармоники превышает 70% тока первой гармоники. Гармоники 5, 7 и 11 также имеют существенное значение и достигают (20÷50) % тока первой гармоники. За счет высших гармоник возможен перегрев нулевых рабочих проводников кабельных линий вследствие их перегрузки токами третьей гармоники. Поэтому возникает необходимость в увеличении их сечения. Возможно также ускоренное старение изоляции проводов и кабелей из-за протекания по ним несинусоидального тока, приводящего к повышенному нагреву наружной поверхности жил кабеля вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости.

Замена ЛН компактными люминесцентными лампами породила две проблемы: проблему утилизации КЛЛ и проблему экономической целесообразности их применения.

КЛЛ, как и обычные люминесцентные лампы содержат ртуть, амальгаму ртути и, в некоторых случаях, токсичные соединения ртути. В одной КЛЛ содержится 3-5 миллиграмм ртути. Эксперты считают, что в каждом регионе должно быть не менее двух заводов по утилизации КЛЛ, т.е. порядка 170 заводов потребуется построить для этих целей. Активного строительства этих заводов пока не наблюдается. Для населения строительство заводов утилизации КЛЛ проблему не решит. Мы полагаем, что найдется мало энтузиастов, которые за свои деньги и в свое свободное время повезут 2-3 перегоревших лампочки на завод для сдачи их на утилизацию. Намного проще их выбросить в бак для твердых бытовых отходов. Поэтому для решения проблемы утилизации надо не только построить заводы, но и создать в каждом городе сеть приемных пунктов в жилых микрорайонах и выплачивать жителям деньги за сданные перегоревшие лампы. В этом случае даже выброшенные в бачки для отходов КЛЛ с помощью «бомжей» дойдут до приемных пунктов. Но над этой стороной проблемы, похоже, никто не думал и средства на создание сети приемных пунктов государством не предусмотрены.

Существует и экономическая сторона вопроса. Замена ЛН на КЛЛ существенно снижает потребление электроэнергии и соответственно плату за потребленную электроэнергию. Но стоят КЛЛ значительно дороже ЛН. Возникает вопрос срока окупаемости затрат на приобретение КЛЛ и их эксплуатацию. Мы выполнили расчеты срока окупаемости в ценах 2010 г. и получили следующие результаты:

• при непрерывном горении КЛЛ в течение суток она окупается менее, чем за полгода;

• при работе КЛЛ в помещении со средним временем использования 4 часа в сутки срок окупаемости составит примерно 2 года;
• если применение КЛЛ потребует замены люстры, то при стоимости новой люстры 1200руб. срок окупаемости составит 7лет;
• при проживании на даче только в летнее время (20 недель в году) и включении освещения на 8 часов в неделю срок окупаемости превышает 10лет;
• в гаражах, овощных ямах и других редко используемых помещениях при среднем времени использования освещения 15 минут в сутки срок окупаемости превышает 15 лет.

Из приведенных результатов расчетов видно, что для населения замена ЛН на КЛЛ в большинстве случаев экономически не выгодна. Не выгодно их применять и в производственных помещениях с малым числом часов включения освещения (склады, подсобные помещения и т.д.). Увеличить экономическую заинтересованность населения в применении КЛЛ можно лишь резким снижением стоимости КЛЛ. А это возможно только при развертывании производства КЛЛ в России. По данным Минэкономразвития на это потребуется 100 млрд руб.

Таким образом, замена ЛН на КЛЛ не во всех случаях технически возможна и экономически целесообразна. Возникает вопрос в целесообразности дальнейшего запрета оборота ЛН мощность ниже 100 Вт, так как это вынудит население и государственные предприятия приобретать КЛЛ вопреки экономической целесообразности. Кроме того, отсутствие в городах системы утилизации перегоревших КЛЛ приведет к ухудшению экологической обстановки в стране.

Источник: http://www.energosovet.ru/

Начало активности (дата): 07.11.2011

← Возврат к списку