Внутреннее освещение

Расход электроэнергии на освещение промышленных предприятий непрерывно растет и составляет в среднем по отраслям промышленности 5-10% их общего потребления.
Электрическое освещение наряду с другими устройствами технического оснащения производственных помещений создает комфортные условия для производительного труда, уровень освещенности значительно влияет на производительность труда. Поэтому задачу экономии электроэнергии, потребляемой осветительными установками, следует понимать так: при минимальных затратах электроэнергии путем правильного устройства и эксплуатации средств освещения обеспечить оптимальную освещенность помещений и рабочих мест и высокое качество освещения, создать обстановку для наиболее производительного труда работающих.

Рациональное устройство естественного освещения производственного помещения и создание достаточной освещенности рабочих поверхностей, требующейся технологическим процессом производства, должно быть предусмотрено при проектировании здания. Иногда об этом забывают, применяя проекты зданий, предназначенных для производств с меньшими требованиями к уровню освещенности. Недостаточная естественная освещенность в подобных зданиях ниже допустимой для данного типа производства, особенно в облачные зимние дни, приводит к необходимости использования электрического освещения в дневное время.
Рассмотрим возможность экономии электроэнергии при проектировании и эксплуатации осветительных установок (ОУ).

Чрезвычайно важно правильно выбрать тип источника света. Одной из основных характеристик ламп является световая отдача Н, характеризующаяся отношением светового потока лампы к её электрической мощности. Для промышленности рекомендуются следующие типы ламп: лампы накаливания (ЛН) – Н = 10-20 лм/Вт, люминесцентные лампы (ЛЛ) – Н = 42-62 лм/Вт; дуговые ртутные люминесцентные (ДРЛ) – Н = 35-55 лм/Вт и дуговые ртутные с исправленной цветностью (ДРИ) – Н = 64-90 лм/Вт.

Для характеристики сравнительной эффективности ламп накаливания, люминесцентных ламп и ламп ДРЛ приводим в табл. 2 данные о световых потоках ламп сравниваемой мощности.

Таблица 2

Из табл. 2 следует, что световой поток новых люминесцентных ламп больше, чем ламп накаливания при мощностях до 40 Вт, в 5,8-6 раз и при мощностях 80-200 Вт в 3,7-4,2 раза.

Применение ламп ДРЛ мощностью 250, 400, 700 и 1000 Вт в сравнении с люминесцентными лампами целесообразно при большой высоте помещений (граница по высоте между ними не установлена), более тяжелом тепловом режиме работы, трудности доступа к светильникам и отсутствии специальных требований к качеству освещения, где спектральный состав света ламп ДРЛ не противопоказан.

При сравнении эффективности применения газоразрядных ламп и ламп накаливания следует учесть некоторые существенные особенности газоразрядных ламп. Как известно, газоразрядные лампы обладают падающей вольт-амперной характеристикой: при увеличении тока лампы напряжение на ней уменьшается. В связи с этим включение лампы непосредственно в сеть привело бы к быстрому неограниченному росту тока и перегоранию лампы. Поэтому газоразрядные лампы должны обязательно включаться последовательно с балластным сопротивлением, ограничивающим ток. При переменном токе это сопротивление может быть активным (например, лампа накаливания), индуктивным (дроссель) или емкостным (конденсатор). Для уменьшения потерь в балластном сопротивлении предпочтение отдается дросселям и конденсаторам. Широкое применение имеют дроссели, имеющие в 3-4 раза больший срок службы (до 10 лет), чем конденсаторы. Балластное сопротивление с устройством, обеспечивающим зажигание лампы, а также некоторыми другими элементами, например для подавления помех, повышения cos ? и др., называется пускорегулирующей аппаратурой лампы (ПРА).

Потери мощности в ПРА люминесцентных ламп составляют 5-40 % номинальной мощности их. Они обусловлены потерями в постоянно включенном в цепь горящей лампы балластном сопротивлении (дросселе, конденсаторе). Для включения люминесцентных ламп в ПРА имеются ионные биметаллические тепловые реле времени (стартеры). Стартерные ПРА часто выходят из строя, возникают отказы зажигания и мигание ламп, средний срок службы стартера 2000-3000 ч – это меньше, чем срок службы люминесцентных ламп. Недостатки стартерных схем в эксплуатации вызвали появление различных схем бесстартерного зажигания люминесцентных ламп. В бесстартерных ПРА осуществлен подогрев электродов лампы, который не отключается при горении лампы, что ведет к увеличению потерь электроэнергии. Однако по расходу электроэнергии бесстартерные ПРА по сравнению со стартерными в большинстве случаев более экономичны.
Весьма экономичны также групповые (на 30-80 люминесцентных ламп) ПРА, где потери составляют 5-10 %.

Во всех промышленных осветительных установках следует, как правило, применять газоразрядные источники света (люминесцентные, ртутные, металлогалогенные и натриевые лампы).
Экономичные компактные люминесцентные лампы (интегральные, с электронной ПРА, встроенной в резьбовой цоколь) предназначены для использования в административных помещениях для прямой замены ламп накаливания. В табл. 3 приводятся данные и упрощенный расчет, иллюстрирующие экономический эффект от замены ЛН на компактные ЛЛ. Затраты снижаются: на замену ламп накаливания – в 10 раз, на оплату электроэнергии – в 5,4 раза.

Для общего освещения (коридоров, вестибюлей, лестниц) предназначены энергоэкономичные светильники с КЛЛ и ЭПРА ФП001-11-001, ФП001-11-002.
Загрязнение светильников веществами, находящимися в воздухе производственных помещений: пылью, грязью, конденсатом паров и газов – приводит к резкому снижению их КПД и изменению формы кривой силы света.

В пыльных и грязных производствах наблюдаются случаи понижения освещенности в 8-10 раз. Поэтому постоянное поддерживание светильников в надлежащей чистоте имеет огромное значение для рационального использования электроэнергии в электроосветительных установках.

Периодичность очистки зависит от степени загрязнения воздушной среды производственного помещения и наружного воздуха. Правила технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) требуют производить не менее двух чисток стекол в год при минимальной запыленности и не менее четырех при значительных выделениях пыли, дыма и копоти. Методы очистки зависят от стойкости загрязнений: для легко удаляемой пыли и грязи достаточно промывки стекол мыльным раствором и водой с последующей протиркой. При стойких маслянистых загрязнениях, масляной копоти для очистки необходимо применять специальные составы.

Эффективность регулярной протирки остекления очень высока: продолжительность горения ламп при двухсменной работе цехов сокращается в зимнее время не менее чем на 15 %, а в летнее время на 90 %.

Для экономного расходования электроэнергии в электроосветительных установках должна быть предусмотрена рациональная система управления освещением. Правильно построенная схема управления освещением помогает сократить продолжительность горения ламп и с этой целью предусматривается возможность включения и выключения отдельных светильников, групп их, освещения помещения, здания, всего предприятия.
В невысоких и небольших производственных и вспомогательных помещениях (с высотой до 4-5 м) возможно применение выключателей на один-два светильника или малую группу светильников. В таких помещениях существенное значение для экономии электроэнергии имеет применение потолочных выключателей. Потолочные выключатели позволяют оставлять включенными минимальное количество ламп, что очень важно, когда остается работать во вторую и третью смены небольшое число работающих. Из опытных данных установлено, что применение потолочных выключателей дает экономию электроэнергии 10-15 кВт•ч в месяц на один выключатель. Для крупных цехов возможно применение дистанционного контакторного управления освещением всего цеха из ограниченного количества мест – одного или двух, что облегчит управление освещением и позволит более экономно расходовать электроэнергию. Пункт управления освещением размещается в помещениях дежурного персонала цеха. Дистанционное управление освещением цеха должно обладать необходимой гибкостью, обеспечивающей включение его в зависимости от уровня естественной освещенности помещения и времени выполнения в нем работ. Особо должно быть построено управление аварийным освещением в зависимости от его значения для данного производства.

Управление наружным освещением с разделением его на части (освещение дорог и проездов, охранное освещение, освещение открытых мест работы, освещение больших площадей и открытых складов) должно быть максимально централизовано в масштабе всего предприятия.
Централизуется обычно и управление освещением всего предприятия, т.е. освещением всех зданий и наружным освещением. Для дистанционного управления освещением используются телефонные кабели и кабели телеуправления. Управление освещением всего предприятия, как правило, сосредоточивается на пункте дежурного энергетического хозяйства предприятия.

Централизация управления освещением всего предприятия преследует цель выбора наиболее рационального времени включения и выключения освещения, сочетания его с уровнем естественной освещенности, с началом, перерывами и окончанием работ в цехах предприятия.

В практике применяются различные схемы автоматизации управления освещением.
Для автоматизации управления включением и отключением осветительных установок применяются фотореле и фотоавтоматы типов ФР2, реле времени типа 2РВМ с приводом от часового механизма.

Так, на ряде предприятий внедрена упрощенная схема включения и отключения цехового освещения с использованием программного реле времени типа 2РВМ.
Для автоматизации управления освещением в настоящее время применяются тиристорные ограничители напряжения типа ТН-3-220, выпускаемые отечественной промышленностью в двух модификациях: с нагрузкой 63 и 1000 А на фазу. Ограничители могут использоваться для дистанционного управления освещением и отключением нагрузки.
Колебания напряжения приводят к перерасходу электроэнергии. Напряжение на выводах ламп не должно быть выше 105 % и ниже 85 % номинального напряжения.
Снижение напряжения на 1 % вызывает уменьшение светового потока ламп: накаливания на 3-4 %, люминесцентных ламп на 1,5 % и ламп ДРЛ на 2,2%. Перенапряжение сети приводит к увеличению потребляемой энергии осветительными установками.

Зависимость снижения срока службы ламп и увеличение количества ламп, необходимых для эксплуатации осветительных установок, от величины перенапряжения приведено в табл. 4.

Таблица 4

Одной из основных причин, вызывающих значительные колебания напряжения в осветительной сети промышленных предприятий, являются пусковые токи крупных электродвигателей, установленных на агрегатах с тяжелыми маховыми массами, прессах, компрессорах, молотах и др.

Значительно повышается напряжение в электросети промышленных предприятий в ночное время, когда остаются выключенными на ночь компенсирующие устройства. Колебание напряжения вызывается также изменением силовой нагрузки в течение суток.
Для устранения влияния колебаний напряжения на эффективность осветительной установки применяют отдельные трансформаторы для осветительной нагрузки и компенсирующие устройства, включаемые и отключаемые строго по суточному графику.

В последнее время для стабилизации напряжения в осветительных установках находит применение автоматическое регулирование напряжения. Для промышленных осветительных электросетей разработаны и широко применяются автоматическое регулирование напряжения с помощью последовательно регулируемых трансформаторов и включение в сеть дополнительной индуктивности.

Вывод. Таким образом, с целью снижения установленной мощности осветительных установок и расходов на их эксплуатацию при одновременном создании комфортных условий труда необходимы следующие мероприятия:

- замена источников света новыми энергоэффективными лампами при условии обеспечения установленных норм освещенности;

- максимальное использование естественного освещения в дневное время и автоматическое управление искусственным освещением в зависимости от уровня естественного освещения; управление включением освещения может осуществляться от инфракрасных датчиков, реагирующих на присутствие людей или движение;

- использование современной осветительной арматуры с рациональным светораспределением;

- использование электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА);

- применение автоматических выключателей для систем дежурного освещения в зонах временного пребывания персонала;

- окраска поверхностей производственных помещений и оборудования в светлые тона для повышения коэффициента использования естественного и искусственного освещения;
- содержание светопрозрачных конструкций и осветительных приборов в чистоте;
- установка защиты от превышения номинальных уровней напряжения.