1. Износ и разрушение рабочих электродов.
2. Износ и разрушение поджигающих электродов.
3. Перегорание вводов.
4. Перегорание позисторов.
5. Образование микротрещин в горелке.
6. Падение давления аргона в горелке.
7. Зазеркаливание горелки
- вот типичные поломки газоразрядных источников света и приводящие к утилизации.
Рис.2.1 Устройство ламп ДРЛ.
Как видно из рисунка, лампа представляет собой сложное, высокотехнологичное устройство, в котором проходящий электрический ток преобразуется сначала в свечение газовой плазмы в ультрафиолетовом диапазоне, которое затем преобразуется за счет свойств люминофора или газовой среды в видимый свет. Поэтому на эффективную продолжительную работу лампы оказывает влияние множество различных факторов.
Исследования, проводимые разработчиками газоразрядных ламп, показывают, что сроки их службы определяется условиями эксплуатации, качеством изготовления, как всей лампы, так и отдельных ее элементов, режимом энергопитания лампы. Рассмотрим основные причины, определяющие срок службы и световые характеристики ламп.
Получение более высокой интенсивности свечения напрямую зависит от максимально возможного нагрева горелки ламп, разрушение которой резко ускоряется при повышении температуры выше определенного предела. В газоразрядных лампах высокого давления допускаются большие плотности токов, поэтому электроды ламповой горелки эксплуатируются в тяжелых температурных режимах и могут нагреваться до 1500-1700 градусов, а при некоторых условиях до 2000 градусов. Величина токов, проходящих через электроды в режиме дугового разряда, из-за нестабильности питающего напряжения может в несколько раз превышать рабочие (паспортные) токи. Большие плотности токов вызывают усиленное распыление материала рабочих и поджигающих электродов. Частички вольфрама и эмиттера испаряясь с электродов, оседают на стенках кварцевой трубки лампы, прозрачность кварцевого стекла уменьшается и соответственно уменьшается выход ультрафиолетового излучения, генерируемого плазменным разрядом. Данный процесс называется зазеркаливанием кварцевой трубки и существенно снижает светоотдачу, поэтому дальнейшая эксплуатация лампы, которая "практически не освещает", становится неэффективной. В то же время, уменьшение коэффициента пропускания кварцевого стекла, в свою очередь нарушает тепловой баланс, так как задерживаемая часть световой энергии превращается в тепловую, перегревающийся кварц начинает кристаллизоваться и чернеть.
| Рабочая температура горелки, C0 | Срок службы лампы, ч (ориентировочно) |
| 100-180 | |
| 200-500 | |
| не выше 800 | 5000-10000 |
Рис.2.2 Зависимость срока службы кварцевой колбы от рабочей температуры
в беспрерывном режиме эксплуатации.
Процесс кристаллизации кварца дополнительно уменьшает коэффициент пропускания, влияя на дальнейший быстрый спад светового потока, делая неэффективной дальнейшую работу лампы в светильнике. Повышенная температура внутри горелки и резкие перепады температуры при включении лампы приводят к растрескиванию кварца. Микротрещины появляются обычно в районе электродов и выводов, т.е. в местах нахождения самых высокотемпературных точек дугового разряда. Через образовавшиеся микротрещины рабочая смесь газов, закачанная под высоким давлением, переходит из горелки в наружную колбу лампы, быстро ухудшая электрические и световые характеристики лампы. При этом уменьшается интенсивность свечения дугового разряда горелки, что приводит к уменьшению светового потока от лампы, а также повышению напряжения запуска лампы.
В результате всех вышеперечисленных факторов электрические параметры лампы выходят за пределы возможностей пускорегулирующей аппаратуры, и лампа перестает работать. Особенно данные неблагоприятные факторы начинают сказываться при минусовых температурах. И лампу, которая летом еще могла бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период - зимой, необходимо менять на новую лампу. Неисправную лампу необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат, в противном случае утечка ртути из лампы приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т.п.).
Одна из основных причин влияющих на спад светового потока лампы и уменьшения ее срока службы - это момент включения или кратковременного обесточивания, потому что при подаче напряжения возникает моментальный рост пускового тока, разрушающий элементы конструкции лампы. С каждым включением лампы наблюдается ее ускоренное старение, объясняемое усиленным распылением материала электродов большими пусковыми токами, возникающими при установлении дугового разряда, что связано с переходными процессами, происходящими в горелке лампы.
Газоразрядные лампы, также как и многие электроприборы, чувствительны к перепадам напряжения сети. Так при увеличении напряжения сети на 10% сила тока дугового разряда увеличивается на 15-20%, и соответственно возрастает температура нагрева горелки. Данная ситуация может значительно ухудшится при плохих условиях вентиляции или высокой температуре окружающего воздуха. Потери светового потока из-за перегрева ламп в таких условиях возрастают на 10-20%.
Как видно из теории и практических испытаний, температурные перепады и механические повреждения, возникающие в материале колбы - кварцевом стекле, быстро разрушают горелку. Поэтому для получения возможно большего срока службы лампы, следует стремиться к максимально возможному снижению ее рабочей температуры. Физические условия, удовлетворяющие этому положению, противоречат условиям, при которых обеспечивается максимально возможная световая отдача. Таким образом, разработчикам ламп и пускорегулирующей аппаратуры приходится искать компромисс между этими противоположными тенденциями.
Найти "золотую середину" возможно, дополнив существующие стандартные схемы питания ламп, многоцелевыми высокотехнологичными установками УПРУ предназначенными продлевать сроки эксплуатации ламп путем максимального уменьшения воздействия разрушительных факторов электрического характера, а также экономически целесообразного снижения энергопотребления, путем оптимизации характеристик светового потока и улучшения электропитания источников света.
Известно, что во время работы лампы спад светового потока достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 50-200 часов эксплуатации лампы. Основываясь на данной особенности работы ламп, в технической литературе рекомендуют производить замену ламп еще до выхода их из строя, когда световой поток от лампы уменьшается на столько, что уже не может обеспечить необходимую освещенность рабочего места, даже с учетом предусмотренного при расчетах освещения объектов коэффициента запаса. В связи с этим экономически оправданным будет перевод ламп в режим работы, когда световой поток от новой лампы будет несколько ниже максимального, но не будет стремительно падать со временем. При дозированном ограничении пусковых и рабочих токов лампы с помощью УПРУ, процесс спада светового потока от лампы значительно замедляется, а при значительном ограничении токов практически полностью останавливается. Спад светового потока, как показывают испытания, зависит от производителя лампы, типа и ее мощности. Ориентировочно, точка пересечения кривых- 200-400 часов. Для ламп больших мощностей – меньше, для ламп с меньшей мощностью - больше.
Рис.2.3 Спад светового потока ламп, включенных по разным схемам.
Встроенная в УПРУ система ограничения и компенсации выдает не только оптимальные токовые режимы для продолжительной работы лампы в стандартных условиях, но и изменяет ток с учетом изменения температуры окружающей среды и с учетом изменения питающего напряжения. Термокомпенсация особо важна в северных районах и в горячих цехах производств, где температура в местах установки ламп превышает 500С. Также это важно при применении герметичных светильников, ведь из-за перегрева и происходит преждевременный выход лампы из строя.
Газоразрядные лампы большой мощности в силу большей светоотдачи имеют и более высокую рабочую температуру. Поэтому переходные процессы при розжиге газоразрядных ламп высокого давления большой мощности имеют более сложный характер.
Рассмотрим процесс розжига мощных ламп на примере лампы ДРИ 2000, установленной в открытый патрон для обеспечения наилучшего охлаждения лампы.
Как видно из графика рис 2.4, по мере разогрева лампы в течении первых пяти минут происходит резкий рост светового потока до пикового значения, а затем из-за перегрева следует постепенный спад светового потока до установившегося значения. При включении лампы с УПРУ не наблюдается резкого пика светового потока, лампа более плавно разогревается до установившегося значения. Применение УПРУ позволяет экономить в данном случае 20-25% электроэнергии без потери освещенности.
Рис. 2.4. Зависимость изменения светового потока лампы ДРИ-2000 от времени ее разогрева.
Большой пусковой ток, высокая рабочая температура у ламп большой мощности, резкий нагрев колбы до высокой температуры при включении лампы приводят к ее более быстрому износу по сравнению с лампами меньшей мощности.
В УПРУ встроена также эффективная система защиты, которая представляет собой буферный каскад с высокими регулировочными характеристиками (т.е. в зависимости от сопротивления нагрузки меняется выходное напряжение, при этом ток остается неизменным). В реальных условиях эксплуатации, а особенно на промышленных предприятиях с мощными электроагрегатами перепады напряжения достигают 50%, УПРУ сглаживает резкие перепады напряжения, а при коротком замыкании в электроцепях светильника срабатывает защитный режим «холостого хода», который не позволяет току превысить заданную величину, а после устранения причины замыкания – восстанавливается работоспособность устройства. Следует обратить внимание, что в режиме защиты от короткого замыкания отсутствует энергопотребление светильником с включенным УПРУ.
Примененная в УПРУ схема питания лампы позволяет уменьшить пульсации светового потока в 10 раз путем реализацией режима работы лампы - без токовых пауз. Пульсация светового потока вредна и в тех случаях, когда мы ее не замечаем, так как она оказывает неблагоприятное воздействие на центральную нервную систему, влияет на зрительное утомление и производительность труда работающих в освещаемом помещении. Высокий коэффициент пульсаций источников света способствует возникновению стробоскопического эффекта, при этом изменяется визуальное восприятие скорости вращения деталей станков и механизмов, возникает эффект мерцания компьютерных дисплеев и другие опасные для здоровья факторы. Коэффициент пульсаций светового потока при применении ламп ДРЛ, ДРИ, ДНаТ достигает 70%, тогда как по СНиП коэффициент пульсаций не должен превышать 10-20%. Снижение коэффициента пульсаций обычно производится присоединением соседних ламп к разным фазам трехфазной сети. Однако во многих случаях эта мера оказывается недостаточной. Происходит это потому, что лампы часто располагают на значительном расстоянии друг от друга и несколько соседних ламп запитываются от одной фазы. В результате на отдельных участках помещения наибольшая освещенность (до 80%) создается одним ближайшим светильником, а остальные, хотя и включенные в трехфазную сеть, на уменьшение коэффициента пульсаций влияют незначительно. Дополнение стандартного светильника УПРУ снизит пульсации излучения, и освещение будет соответствовать нормам СНиП.
Важным показателем, характеризующим питающую сеть, является сдвиг фазы между током и напряжением (cos j). Значительный сдвиг фаз приводит к возрастанию тока в цепи, а это требует увеличения сечения проводов, количества групп на щитках, размеров защитных и коммутационных аппаратов, а в отдельных случаях - мощности трансформаторов на подстанциях. При включении УПРУ в стандартную цепь питания лампы, резко меняется характер потребления реактивной электроэнергии, т.к. УПРУ имеет ёмкостный характер нагрузки. Учитывая, что основные виды нагрузки в промышленности и в быту имеют активный и индуктивный характер (нагревательные приборы, лампы накаливания, двигатели, трансформаторы и т.п.), а включенный с УПРУ светильник имеет емкостный характер нагрузки, то происходит перераспределение реактивной энергии между потребителями. В результате чего в сети улучшаются показатели cos j. Учитывая емкостный характер нагрузки УПРУ, необходимо в обязательном порядке при монтаже устройства в стандартный светильник, отключить имеющиеся там компенсационные конденсаторы.
Статистические данные многократных и всесторонне проведенных испытаний показали, что применение УПРУ позволяет:
· снижать энергопотребление на освещение до 40%;
· переключать светильники на «ночной» режим с дополнительной экономией электроэнергии до 60%, за счет снижения освещенности;
· осуществить перевод в щадящий режим работы и, тем самым, многократно продлить сроки службы ламп, соответственно снизив затраты на утилизацию перегоревших ламп и покупку новых ламп;
· продлить в несколько раз сроки службы дросселей, коммутационной и защитной аппаратуры, снизив при этом затраты на эксплуатацию и обслуживание электросетей и светильников;
· при возникновении короткого замыкания избежать перегрузок в цепях питания;
· замедлить спад светового потока в процессе эксплуатации ламп.
· свести к минимуму шумы дросселей, создающих дополнительное утомление работающих и снижающих работоспособность.
· значительно снизить коэффициент пульсаций, который влияет на зрительное утомление и производительность труда работающих в освещаемом помещении, качественно улучшить освещение объектов в производственных помещениях, избежать травматизма рабочих из-за возникновения стробоскопического эффекта от ламп, включенных по типовой схеме.
· повысить коэффициент мощности лампы.
· уменьшить потери в пускорегулирующей аппаратуре.
* Акты испытаний и внедрения УПРУ на некоторых предприятиях России приведены в Приложениях:
· Приложение 5 - «Уфагорсвет», (г.Уфа);
· Приложение 6 - «Уралтрансгаз»,(г.Екатеринбург);
· Приложение 7 - «ЧЭРЗ», (г.Челябинск);
· Приложение 8 – «Тобольск-Нефтехим», (г.Тобольск)
· Приложение 9 – «ЮУЖД» (ЭЧС Златоуст)
· Приложение 10 – «МУП Тракторозаводское, (г.Челябинск)
· Приложение 11 – «Казгорсвет, (г.Казань)
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 69 | Нарушение авторских прав