3212

Рисунок. Структурная схема интерфейса DALI [2]

Перед началом работы всему световому оборудованию необходимо присвоить адреса от 1 до 63. Это можно сделать автоматически или вручную, задавая каждому конкретному устройству свой адрес. Новые светильники не имеют адресов, поэтому управлять ими не получится. Такого рода приборы будут реагировать только на команды, посылаемые всем устройствам, подключённым к данной

71

шине. После процедуры адресации с помощью специализированного программного обеспечения задаются различные режимы, сценарии работы для отдельных светильников или объединённых в группы.

Сценарии содержат определённый алгоритм команд, например, OFF, 20%, 60%, 90%, 40%, 15%, что приведёт сначала к отключению устройств, затем они должны будут менять уровень освещённости в процентном отношении к номинальному. И согласно настройкам, посылаемые сигналы могут быть обращены к конкретному светильнику, группе или всем, подключённым к шине (широковещательные).

Система обладает рядом преимуществ:

интерфейс имеет децентрализованное управление, это значит, что устройства, имеющие драйверы с поддержкой DALI, имеют энергонезависимую память, в которой хранится вся необходимая информация об устройстве (адрес, групповая ассоциация, наличие сценариев);

выгодно отличается от многих протоколов управления, отсутствием модели взаимодействия «master-slave», что позволяет не только самой системе запрашивать информацию о состоянии устройства, но и самому устройству инициализировать сигнал текущего состояния. Перечень передаваемых сигналов достаточно широк, начиная от простого состояния «включен/выключен» до более сложных

–состояние заряда блока питания, уровень освещённости и т.п.;

протокол может быть легко интегрирован в другие системы автоматизации высокого уровня, такие как KNX, BACnet и т.д., но с рядом ограничений;

может совмещаться с силовыми сетями в составе пятипроводного кабеля, что исключает необходимость прокладки самостоятельных управляющих проводов. При этом расстояние до

конечного светильника может достигать 300 м, если используется кабель сечением 1,5 мм2, что обеспечивает максимальную потерю напряжения на уровне 2В [3];

интерфейс DALI позволяет объединять конечные устройства в группы и задавать для них различные сценарии;

данная система управления не привязана к конкретному производителю, а потому имеет отличную взаимозаменяемость, так как все стандарты прописаны в IEC 62386;

Несмотря на ряд положительных отличительных особенностей, выделяющих рассматриваемый продукт по сравнению с другими

аналогичными протоколами, у него есть недостатки, которые

72

сдерживают его развитие, широкое распространение и повсеместное внедрение:

высокая стоимость светильников, которая начинается от нескольких десятков тысяч рублей, и элементов управления (выключатели, датчики, контроллеры и т.д.);

стандарт протокола предназначен только для управления освещением

ив дальнейшем требует подключения к системе BMS здания;

при интеграции в другие системы автоматизации необходимо использовать специальные преобразователи сигналов (например, DALILON), при этом теряется часть функционала самого интерфейса DALI (например, сценарное управление освещённостью по времени суток);

протокол позволяет управлять непосредственно 64 устройствами, подключёнными к одному управляющему контроллеру. При необходимости увеличения числа контролируемых устройств необходимо использовать DALI–роутеры и DALI–шлюзы, что усложняет и удорожает систему.

Рассматриваемый в данной работе цифровой интерфейс, несмотря на своё недавнее появление, уже успел хорошо зарекомендовать себя на рынке систем управления освещением. Более половины выпускаемых в Европейских странах светильников имеют блоки управления с поддержкой DALI [4]. Такой впечатляющий результат достигнут благодаря относительной простоте и широких возможностях в сфере автоматизации освещения.

Литература

1.Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 26.07.2019) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

2.Управление DALI. Освещение DALI. DALI управление светом: [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://lightru.pro/upravlenie-dali/.

3.Recent developments in the IEC 62386 standard and impact on lighting technology [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.digitalilluminationinterface.org/data/downloadables/6/2/180 3_lightbuilding2018_diia.pdf.

4.Протокол управления освещением DAli в умном доме: [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://future2day.ru/protokol-dali/

(дата обращения: 07.09.2019).

Воронежский государственный технический университет

73

УДК 621.3.095.221

Д.В. Черносвитов, А.В. Андриевский

ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ ТОКАМ ФУКО В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОРПУСАХ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

В данной работе рассматриваются самые простые методы противодействия вихревым токам, опираясь на выведенные формулы из фундаментальных законов физики и электротехники.

Ключевые слова: ток Фуко, индукционный ток, электрооборудование, КСО, потери, нагрев.

Вихревые токи, или токи Фуко — вихревой индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока, действующего на них магнитного поля.

Сегодня явление токов Фуко имеет как положительные стороны, так и отрицательные. Если рассматривать область электроэнергетики, то вихревые токи несут негативное воздействие на электрооборудование. Рассмотрим самые распространенные в РФ панели ЩО-70 (и их аналоги ЩО90, ЩРНН, НКУ, ВРУ, ЩРВ и т.п.) 0,4 кВ и ячейки среднего напряжения КСО серии 200, серии 300, К-ЯСН. Назначение представленного оборудования заключается в коммутации, приеме и распределении электроэнергии, защиты от токов перегрузки и короткого замыкания. Панели и ячейки представляют собой металлический каркас с дверью, внутри которого находится аппаратура управления и защиты. Для заведения сборных шин в ячейки используются проходные изоляторы. Именно то место, где установлены проходные изоляторы, подвержено негативному воздействию токов Фуко. Явление токов Фуко выражено в следующем: во-первых, часть энергии от токоведущих частей уходит на создание тех самых вихревых токов, что приводит к динамическим потерям, индуцируемых в корпус оборудования. Вовторых, вышеуказанные потери проявляют себя в выделении тепла, которое нагревает место монтажа изолятора до серьезных температур. Последствия такого нагрева следующие: расплавление частей корпуса, нагрев изолятора, вследствие чего он лопается и токоведущая шина 10

(6) кВ замыкается на корпус, приводя к однофазному короткому замыканию на землю. Именно поэтому важно учитывать влияние токов

74

Фуко и противодействовать им.

Значение вихревого тока можно определить по формуле (1):

(1)

где изменение магнитного потока во времени, Вб;

время, за которое происходит изменение магнитного

потока, с;

активное сопротивление.

Чтобы понять, как бороться с током Фуко и потерями, которые он создает, обратимся к выражениям (1) и (2):

(2)

где потеря мощности на единицу массы, Вт/кг;

толщина листа металла, м; частота сети;

максимальное значение магнитной индукции, Тл; удельное сопротивление материала, Омм; плотность материала, кг/.

Проанализировав выведенные формулы, можно сделать следующие выводы.

Переход на постоянный ток. Такой вариант полностью исключает образования вихревых токов, однако сейчас нереализуем по ряду причин. В частности, постоянный ток активно применяется в ЖД транспорте, однако, учитывая сложность переходных процессов, трудности генерации и передачи постоянного тока, а так же пульсации можно сделать однозначный вывод – современные коммунальные хозяйства не готовы к переходу на постоянный ток.

Снижение магнитной индукции. В месте монтажа изолятора между его металлическим фланцем и корпусом прокладывается немагнитный или маломагнитный материал. В качестве таких материалов могут использоваться: стеклотекстолит, органическое стекло и т.п., в том числе - пластиковые материалы. Также их применение на несколько порядков увеличивает удельное электрическое сопротивление, т.к. они являются диэлектриками. Очевидно, что этот способ более эффективен, чем остальные, т.к. мы сразу влияем на два

75

параметра.

Также на стадии проектирования конструкции ячейки в месте монтажа изолятора можно заложить небольшую перфорацию, что в дальнейшем позволит не замыкаться индукционным токам между собой, тем самым снизит их негативное влияние.

На стадии проектирования обязательно следует учесть, что металлический контур вокруг изолятора должен охватывать сразу 3 фазы. Так наведенные токи от каждой фазы будут компенсировать друг друга, а также увеличится длина контура, что тоже повлияет на снижения вихревого тока. Ни в коем случае нельзя чтобы контур замыкался по отдельности на каждой фазе это с большой вероятностью приведет к сильному нагреву металла и возникновению пожара.

Из рассмотренных нами вариантов современным реалиям соответствует применение пластиков и перфорации (или небольших надрезов). По стоимости самый дешевым способом является разделение вихревых токов перфорацией или надрезами. Более дорогим является применение проставки из органического стекла, однако сегодня на рынке качество этого материала не удовлетворяет требованиям современных устройств. Далее по стоимости и качеству следует вариант изготовления изолирующей подложки из стеклотекстолита. Стоит обратить наше внимание на то, что сегодня бурна развита технология промышленной 3D печати высококачественными композитными пластиками. Свойства таких пластиков схожи со свойствами стеклотекстолита, а у некоторых марок даже превосходят их. Если сравнить эти технологии по цене, то изготовление проставки для одной ячейки с использованием стеклотекстолита обойдется около 1532 руб. (цена на октябрь 2021), а печать композитным пластиком марки PP CF от 30 руб/, что в сумме на одно изделие 261,6 руб. (цена на октябрь 2021). Поэтому сегодня дешевле и качественней будет заказать изготовление проставки на промышленном 3D принтере. Самым эффективным вариантом будет комбинация перфорации с применением изолирующей подкладки, изготовленной 3D печатью.

В данной статье были проанализированы только самые очевидные методы борьбы с токами Фуко. Современным предприятиям и лабораториям, которые связаны с электроэнергетикой, а именно с высоковольтным оборудованием, следует глубже исследовать эту тему, т.к. часть электрических потерь составляют вихревые токи. Например, на ТК “Луховицкие овощи” величина потерь достигает 2,1 ГВт, значение таких больших потерь можно было бы снизить, применив даже те способы, которые мы описали в этой статье. Также исследование и

76

применение технологии противодействия токам Фуко повысит безопасность обслуживающего персонала, путем исключения нагрева изоляторов до критической температуры, при которой происходит их разрушение, которое может привести к опасной ситуации на предприятии.

Воронежский государственный технический университет

77

УДК 628.92/.97

К.Е. Гущин, Д.А. Тонн

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ В ОФИСНЫХ ЗДАНИЯХ

Рассматриваются достоинства и недостатки современных светодиодных светильников в разрезе перспективы их дальнейшего использования, для реализации технической политики в сфере энергосбережения в РФ по увеличению доли энергоэффективных решений в сфере электроосвещения в офисных зданиях.

Ключевые слова: светильники, светодиод, освещение, энергосбережение, энергоэффективность.

Проблема экономии электрической энергии особенно актуальна в настоящее время. При осуществлении деятельности любого производства, фирмы, компании, в быту применяется большое количество разнообразных электрических и электронных устройств (оборудование промышленных предприятий, осветительные приборы, компьютерная техника, офисная оргтехника, бытовые электрические приборы и т.д.), которые потребляют и преобразуют электроэнергию. Постоянно быстрыми темпами во всем мире увеличивается энергопотребление. Например, в нашей стране с 2009 года потребление электрической энергии выросло более чем на 100 млрд. кВт∙ч в год [1], несмотря на все предпринимаемые меры по энергосбережению. Основная техническая проблема, связанная с ростом энергопотребления, решается рациональным выбором наиболее экономически оправданного варианта пути покрытия вновь вводимых мощностей: либо за счёт увеличения генерации, либо за счет снижения потребления электроэнергии. Во всём мире был сделан выбор в пользу второго варианта по целому ряду причинам:

нехватка полезных ископаемых ресурсов (нефть, газ, уголь и т.п.) и их конечность;

экологичность (разрушение экосистем гидроэлектростанциями

изагрязнение окружающей среды электростанциями на не возобновляемых источниках энергии);

невозможность нарастить выработку электрической энергии с применением возобновляемых и альтернативных источников и технологий из-за особенностей географического расположения;

отсутствие необходимости в дополнительных затратах на постройку ЛЭП.

78

На организацию освещения в Российской Федерации уходит около 13% всей потребляемой электроэнергии. В случае офисных зданий, несмотря на относительно низкую долю их электропотребления в общей установленной мощности всех потребителей, эта величина может достигать 50–60 % от их суммарного электропотребления. Это связано с тем, что освещение в таких объектах включено большую часть рабочего времени, в отличие от различного рода бытовых приборов и оргтехники, которые включаются только по необходимости. Вследствие чего важным мероприятием по энергосбережению является использование энергоэффективных решений в области электроосвещения офисных зданий. Важность и актуальность данной проблематики подчеркивают свежие нормативные документы в сфере технического регулирования, например, такие как [2] и [3].

Имеется несколько вариантов реализации энергосбережения в сфере освещения офисных зданий:

использование люминесцентных ламп, которые до недавних пор были самым распространённым решением. Они имеют свои достоинства и недостатки, главным из которых является наличие опасного для жизни и здоровья граждан, а также и для природной экосистемы, вещества – ртути;

применение галогеновых ламп накаливания, с добавлением в колбу буферных газов. Такие лампы больший срок службы и световую отдачу по сравнению с обычными лампами накаливания, но проигрывают светодиодным и люминесцентным по многим техническим параметрам и эксплуатационным характеристикам;

использование газоразрядных ламп является малораспространённым решением. Свечение подобных ламп возникает при протекании ряда физических процессов и явлений, таких как: явление электромагнитной индукции, возникновение и протекание электрического разряда в газе, возникновение свечения люминофора при взаимодействии с газом. Такие лампы обладают двумя существенными недостатками – использование ртути в составе ламп и опасное электромагнитное излучение;

применение, занявших в 2019 году более 50% рынка, светодиодных светильников, имеющих ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с вышеперечисленными вариантами.

Развитие светодиодного освещения связано с научными разработками в области белых светодиодов. Разработаны так называемые «сверхъ- и ультраяркие» светодиоды, исключительно применяемые для искусственного освещения офисных, рабочих зон и

79

помещений. Существуют различные варианты реализации светодиодного освещения: светодиодные ленты для подсветки и акцентного освещения, интерьерные светильники, филаментные лампы. Рассмотрим основные достоинства данного типа светильников:

высокий срок службы – в среднем 50000 часов, но может достигать и 100000 часов (около 6 лет непрерывной работы), данный параметр во многом зависит от производителя и качества полупроводника;

высокая светоотдача – одна из главных характеристик, определяющих энергоэффективность ламп. По данному параметру светодиодные светильники превосходит лампы накаливания в среднем в 7-10 раз, люминесцентные в 2-2,5 раза;

экологичность – не требует специальных мер по хранению и утилизации, в отличии от газоразрядных и люминесцентных светильников;

возможность управления освещённостью и заданием сценариев работы посредством использования диммируемых источников питания

иразличных протоколов автоматизации, что позволяет экономить электроэнергию и даёт широкие возможности дизайнерам освещения и интерьеров;

широкий выбор светильников в области цветовой температуры, на рынке представлены решения от 3000К до 6600К;

высокий коэффициент мощности;

менее подвержены механическим повреждениям, благодаря отсутствию стеклянных элементов в конструкции;

светодиодные лампы быстро выходят на номинальную яркость

ипотребляют мало мощности, что позволяет использовать их в аварийном освещении со встроенными импульсными блоками питания;

отсутствие ультрафиолетового спектра излучения, это позволяет использовать их в картинных галереях, архивах и т.п.

Несмотря на большой перечень положительных качеств, светодиодное освещение имеет и ряд недостатков:

высокие пусковые токи, которые могут достигать 70-100 кратных значений номинального тока. По этой причине приходится ограничивать количество светильников, подключённых к одному автоматическому выключателю;

наличие пульсаций, оказывающих вредное воздействие на

глаза человека, что вновь подтверждают новые исследования

80