Обзор альтернативных технологий питания газоразрядных ламп.

В настоящее время на рынке электротехнической продукции силами зарубежных и российских компаний активно продвигаются высокочастотные преобразователи напряжения (электронные балласты), выпускаемые для питания практически всех типов газоразрядных ламп.

Питающее напряжение в высокочастотных преобразователях сначала выпрямляется, а затем из выпрямленного напряжения формируется переменное напряжение частотой от 20 до 30 кГц. Согласно многочисленной рекламе при таком способе питания газоразрядных ламп удается обеспечить 15-25% экономии электроэнергии при сохранении светового потока от лампы неизменным, что обеспечивает быструю окупаемость внедрения данных систем. Именно данный экономический фактор способствовал бурному росту на западе исследований по созданию высокочастотных преобразователей для питания газоразрядных ламп малой мощности. Обеспечение высокочастотными преобразователями значительной экономии электроэнергии, уменьшение шумов и пульсаций светового потока при работе лампы привели к широкому распространению данной аппаратуры зарубежом.

Но в публикуемой рекламе высокочастотных преобразователей умалчивается, что заявляемый процент экономии электроэнергии можно получить только при использовании люминесцентных ламп малой мощности. Дело в том, что уровень потерь в пускорегулирующей аппаратуре, используемой стандартно для питания газоразрядных ламп, зависит от мощности лампы. Для люминесцентных ламп мощностью 20 Вт потери могут достигать 30-35%, а для ламп типа ДРЛ или ДРИ мощностью 1000 Вт потери составляют всего 3-5% (Рис. 3.1)

Рис. 3.1.Типовая зависимость потерь в электромагнитной ПРА

от мощности подключенной газоразрядной лампы.

Из графика видно, что применение высокочастотных преобразователей, имеющих собственный КПД порядка 95-97% наиболее оправдано для люминесцентных ламп малой мощности, а для газоразрядных ламп высокого давления большой мощности экономия электроэнергии будет составлять не более 5%. В частности, поэтому на рынке практически нет преобразователей мощностью более 400 Вт.

Также некорректными являются заявления некоторых российских производителей об увеличении светоотдачи газоразрядных ламп высокого давления с ростом частоты питающего напряжения, за счет чего и обеспечивается значительная экономия электроэнергии без уменьшения светового потока от лампы. Увеличение светового потока на 20-30% при частотах 20-30 кГц действительно наблюдается у люминесцентных ламп низкого давления (типа ЛБ, ЛД), в которых свечение обеспечивается низкотемпературным тлеющим разрядом. В газоразрядных лампах высокого давления (типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) свечение обеспечивается за счет высокотемпературного дугового разряда, имеющего другие физические свойства, поэтому для данного типа ламп светоотдачу можно увеличить только за счет роста температуры разряда, что приводит к преждевременному разрушению лампы.

В рекламе высокочастотных преобразователей также пишут о значительном продлении сроков службы газоразрядных ламп, включенных через высокочастотные преобразователи. Это происходит в основном из-за обеспечения качественными преобразователями стабильных условий электропитания ламп, по сравнению со стандартными схемами включения. При этом учитывается и то, что реальный срок службы ламп, подключенных по стандартной схеме к промышленной электросети, значительно ниже паспортного срока службы. Однако многочисленные лабораторные эксперименты показывают, что с ростом частоты питающего напряжения срок службы газоразрядных ламп сначала действительно возрастает, по сравнению с паспортными значениями, но в дальнейшем падает, и на частотах, стандартно используемых в настоящее время в высокочастотных преобразователях (20-30 кГц), опускается ниже паспортного срока службы лампы. Следовательно, только качественные высокочастотные преобразователи, имеющие надежные схемы защиты, схемы стабилизации электрических параметров питающего лампу напряжения, а также обеспечивающие световой поток от лампы и температуру горелки лампы, не превышающие номинальных паспортных параметров, могут обеспечить продолжительный срок службы ламп.

Рис.3.2. Типовая зависимость срока службы газоразрядной лампы

от частоты питающего напряжения.

Также, на сокращение срока службы ламп оказывает значительное влияние явление акустического резонанса, возникающего при разогреве запитанной от высокочастотного преобразователя лампы. Акустический резонанс приводит к механическому разрушению элементов конструкции лампы.

К настоящему времени электронная пускорегулирующая аппаратура, работающая на принципе высокочастотного преобразования, выпускаются десятками фирм практически во всех индустриально развитых странах мира в количестве около 500 млн. штук в год.

В России ситуация с производством и применением высокочастотных преобразователей, пока развивается по традиционному для нашей страны сценарию. Российские производители осваивают выпуск аппаратуры, качество которой оставляет желать «лучшего». Это обусловлено многими экономическими и техническими факторами. В целях снижения себестоимости закупаются наиболее дешевые комплектующие и упрощаются сами схемы за счет ликвидации систем защиты и систем стабилизации параметров работы. Также нужно учитывать, что большинство схемных решений запатентовано, поэтому в целях экономии в России выпускают или не запатентованные схемные решения, которые на западе не имели коммерческой ценности из-за нестабильности или ненадежности работы, или искусственно ухудшаются хорошие схемные решения, что приводит к снижению качества продукции.

Некоторые высокочастотные преобразователи российской сборки имеют во время работы низкочастотные токовые паузы, которые даже можно уловить невооруженным взглядом, высоковольтные пики напряжения, которые разрушают электроды лампы. Данные низкочастотные токовые паузы и высоковольтные пики напряжения приводят к уменьшению срока службы лампы, по сравнению с заявленными параметрами, и отрицательно влияют на зрение и центральную нервную систему человека. Многие поставщики высокочастотных схем запуска настраивают свои устройства на обеспечение более высокого светового потока от лампы, чем при стандартной схеме включения. При этом лампы работает в недопустимо жестком температурном режиме, что также уменьшает срок службы ламп.

Очень важно также отметить, что технические характеристики пускорегулирующей аппаратуру для эксплуатации в России должны определяться не только общепринятыми требованиями ГОСТ-МЭК, но и реальными условиями эксплуатации – наличие значительных перепадов и скачков напряжения в сети, что практически исключено в промышленно развитых западных странах. Срок службы электронных пускорегулирующих устройств для газоразрядных ламп при этом иногда составляет всего лишь несколько месяцев. Кроме нестабильности электросетей сокращение срока службы электронных пускорегулирующих устройств, так же влияет запыленность и высокая температура воздуха, что бывает нередко при эксплуатации ламп в условиях действующего производства. В реальности высокочастотные преобразователи, даже очень известных производителей, можно применять в России только в быту и для ламп, мощностью не более 400 Вт.

Из-за частого выхода из строя, попытки применения различных пускорегулирующих устройств для газоразрядных ламп при уличном и промышленном освещении, привели в настоящее время к полному разочарованию российских энергетиков в подобной аппаратуре. Вот, например, весьма характерный случай: Московский метрополитен, в порядке эксперимента закупил 100 высокочастотных преобразователей фирмы “HELVAR” (Финляндия) - все преобразователи вышли из строя в течение трёх месяцев в результате скачков напряжения в сети, хотя все характеристики аппаратуры полностью соответствовали требованиям ГОСТ-МЭК.

При проведении замеров пускового ударного тока, возникающего на лампе, при подаче напряжения с выхода высокочастотных преобразователей различных производителей, было обнаружено наличие недопустимого пикового броска тока (порядка 5-7 Inom) на электродах лампы в момент зажигания, что сильно разрушало их электроды. Замеры в момент запуска лампы изменения напряжений и токов на входе высокочастотных установок не показывали существенных изменений, что обусловлено наличием в схемах сглаживающих конденсаторов большой емкости, способных запасать энергию. Данные конденсаторы выдают большой разрядный ток при зажигании лампы, разрушающий их электроды.

Учитывая вышеизложенное, энергетики предприятий должны выбирать, стоит ли внедрять у себя высокочастотные электронные балласты, дающие реально только 3-5% экономии электроэнергии без снижения светового потока, или оставлять стандартную схему с электромагнитным дросселем с подключением УПРУ, которая на данный момент гораздо надежней работает на российских электросетях и дает экономию электроэнергии до 40 %.

Дата добавления: 2015-11-26