3836
.pdf
пределах требований ГОСТа "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения", то и светоотдача осветительного оборудования также не будет уменьшена ниже расчетных нормативов.
С учетом всего выше сказанного для экономически эффективного использования электрооборудования необходимо регулировать уровень питающего напряжения. Для этого необходимо использовать регуляторы-стабилизаторы напряжения.
В настоящие время существует большое разнообразие стабилизаторов напряжения, ориентированных на осветительную нагрузку. Приведем несколько примеров.
Стабилизатор для осветительных сетей LEC A 3x20A /35V мощностью 14 кВА предназначен для снижения затрат электроэнергии на освещение. Принцип его работы такой же, как у тиристорных стабилизаторов напряжения, отличие состоит в том, что с помощью него напряжение цепей освещения может быть стабилизировано до (Uн – 35В). Экономический эффект от принципа работы LEC A 3x20A/35V в следующем: экономия электроэнергии для систем освещения заложена в разнице между сетевым напряжением и напряжением фактически необходимым для работы осветительных ламп без видимого понижения их светоотдачи, а также увеличение их срока службы (рис. 4.11, 4.12).
Рис. 4.11. Алгоритм изменения питающего напряжения стабилизатора LEC A
111
Рис. 4.12. Зависимость срока службы HPS ламп от напряжения питания
Энергосберегающие контроллеры управления освещением (ЭКУО) - это стабилизаторы-регуляторы светового потока, разработанные специально для систем освещения. Они представляют собой специализированный контроллер освещения на базе стабилизатора напряжения с расширенным диапазоном входного напряжения, а также специальными алгоритмами выхода на режим розжига и экономичным режимом работы с различными типами осветительных приборов: лампами накаливания общего назначения, галогенными, люминисцентными, газоразрядными, ультрафиолетовыми и инфракрасными излучателями и т.д.
Энергосбережение ЭКУО можно рассмотреть на примере цикла ежедневной процедуры включения освещения. Этот цикл начинается с подачи питания в систему освещения «мягким стартом», т.е. в течение 10 секунд напряжение поднимается от 180 В до 210 В. На этом уровне напряжение удерживается в течение 10 секунд, а затем происходит плавное, в течение двух с половиной минут, повышение напряжения до номинального, либо до 230В, что является необходимым условием для гарантированного розжига люминесцентных ламп, ламп ДРЛ, ДНАТ и др. На номинальном значении напряжение удерживается около 30 секунд, а затем ЭКУО плавно переходит на экономичный режим питания, устанавливаемый пользователем. Диаграмма управления питанием системы освещения приведена на рис. 4.13. В течение всего цикла управления выходное напряжение остается стабильным на соответствующих значениях.
112
ЭКУО способны работать в сетях с широким входным напряжением 135-280 В по одной фазе, или в трехфазной сети в диапазоне 233-490В. Подключенные к ЭКУО системы освещения работают в оптимальном режиме, запитываются стабилизированным напряжением, несмотря на скачки и провалы сетевого напряжения, что позволяет повысить надёжность их работы, существенно увеличить ресурс эксплуатации, а также значительно снизить энергопотребление.
Рис. 4.13. Диаграмма управления питанием системы освещения
tвкл – момент подачи команды на включение освещения; tвкл - t3 – длительность розжига;
t2 - t4 – длительность работы в номинальном режиме после включения;
t4 - t5 – длительность перехода на экономичный режим работы;
t5 - tвыкл – длительность работы в экономичном режиме; tвыкл – момент подачи команды на отключение освещения.
Все выше описанные регуляторы напряжения реализуют дискетное управление, т.е. используют специальные трансформаторы с отпайками и большое количество силовых ключей для их коммутации, что является причиной их повышенной стоимости.
113
Существенное снижение стоимости можно достичь при использовании трансформатора, включенного по схеме линейного трансформатора с принципом двухтактной коммутации тиристоров (рис. 4.14). Суть этого принципа заключается в следующем: изменяя угол отпирания α тиристоров Т3, Т4, мы изменяем величину вводимого напряжения ∆U («вольтоотбавка» или «вольтодобавка»). Это позволяет быстро и плавно регулировать величину выходного напряжения, а также использовать серийные трансформаторы [92, 93].
Рис. 4.14. Схема линейного трансформатора с принципом двухтактной коммутации тиристоров
Для увеличения диапазона регулирования выходного напряжения обмотку W2 включают согласно или встречно с обмоткой W1 (реверсивная схема). Для этих целей можно использовать дешевые коммутирующие аппараты (разъединители). Если напряжение необходимо регулировать в динамическом режиме, то тогда необходимо вместо разъединителей использовать тиристорные ключи, что приведет к увеличению стоимости и усложнению алгоритма управления устройства
Основным недостатком такого принципа регулирования являются возникающие искажения формы кривой напряжения, что приводит к появлению высших гармоник.
Для анализа возможных нелинейных искажений возьмем в качестве примера типовой однофазный трансформатор 220/36 В.
114
Рис. 4.15. График кривой напряжения ∆u при ϕн = 300 и α = 1200
Кривые напряжения на обмотках трансформатора и его выходе при ϕн = 300 и α = 1200 представлены на рис. 4.16 (Uvd (t) – напряжение в режиме «вольтодобавки», Uvо (t) – напряжение в режиме «вольтоотбавки», Uс (t) – напряжение сети).
Рис. 4.16. Кривые напряжения на обмотках трансформатора при ϕн = 300 и α = 1200 , в режиме «вольтодобавки»
115
Для анализа возможности применения данного принципа регулирования напряжения найдем величины коэффициентов
нелинейного искажения (КНИ) напряжения при различных ϕн и α в
режиме «вольтоотбавки» (рис. 4.17). Согласно ГОСТу [92] для определения этой величины необходимо учитывать первые 40 гармоник. КНИ определяется по формуле:
40 ∑U(2n)
K |
|
= |
n=2 |
100% |
(4.1) |
|
u |
U1 |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Рис. 4.17. Коэффициент нелинейного искажения (КНИ) напряжения при различных ϕн и α
116
Согласно ГОСТу 13109-97 нормальное значение КНИ синусоидальности кривой напряжения в сети 0,4 кВ составляет 8%, а допустимое – 12%. Следовательно, работа данного устройства не искажает форму кривой напряжения выше допустимого. Необходимо заметить, что при использовании трехфазного трансформатора реальные значение КНИ будут меньше, так как будут отсутствовать гармоники кратные трем.
Ниже определим значение действующего напряжения на выходе данного регулятора при различных ϕн и α в режиме «вольтоотбавки» (рис. 4.18).
Рис. 4.18. Значение действующего напряжения на выходе данного регулятора при различных ϕн и α в режиме «вольтоотбавки»
Рассчитаем требуемую мощность линейного трансформатора, соответствующей нагрузке в 10 кВА:
S |
|
= S |
|
∆U =10000 |
36 |
=1636 ВА . |
(4.2) |
|
ВТ |
ном |
220 |
||||||
|
|
U1 |
|
|
117
Расчеты показывают, что сновную часть цены стабилизатора составляет стоимость трансформатора [94]. Поэтому принцип двухтактной коммутации позволят создать регулятор напряжения гораздо дешевле имеющихся на российском рынке. Большинство потребителей не критичны к наличию высших гармоник, к их числу можно отнести и лампы освещения. Поэтому можно создать более дешевый аналог контроллера электроэнергии для осветительных сетей, чем LEC. Данное устройство обладает широким диапазоном плавного регулирования ±16,4%, малыми весогабаритными показателями, что позволяет рекомендовать его для широкого применения в осветительных сетях 0,4 кВ.
4.1.2.3. Аппаратные средства регулирования напряжения в низковольтных сетях электроснабжения объектов ЖКХ и ИВЦ
Активное строительство энергонасыщенных офисных и торговых комплексов, жилых высотных домов, ИВЦ (информационный вычислительный центр) и коттеджей стимулировало развитие и внедрение систем безопасности, оптимизацию средств жизнеобеспечения, энергосбережения зданий, развитие медийных и связных устройств, а также интеграцию всех этих систем в единый комплекс. Для таких комплексов требуются надежные и экономичные источники питания с высокими эксплуатационными характеристиками.
Среди основных причин, стимулирующих автоматизацию зданий, выделяют следующие: увеличение инженерной насыщенности современных объектов; рост цен на ресурсы и энергоносители; повышение требований к безопасности зданий и к качеству сервисов, предоставляемых на объекте, в связи с переходом от массового типового строительства к строительству зданий с заранее заданными качественными параметрами.
Именно тогда на помощь приходит система «Умный дом», которая автоматически управляет всеми инженерными и информационными подсистемами, реагируя на заданные параметры или состояние внешней среды.
Основной принцип работы оборудования в системе «Умный дом» - принцип автономной работы всех инженерных систем. Информацию об аварийных и нештатных ситуациях в доме контролируют различные датчики. Это могут быть датчики
118
температуры, потребления электроэнергии, движения, влажности, контроля количества и качества воды и т.д.
Необходимо заметить, что количество устанавливаемых датчиков зависит от типа объекта. Так, для небольшого коттеджа или квартиры достаточно будет установить около 70 датчиков, а, например, уже для крупного коттеджа (площадью от 1000 кв. м.) – около 350. Для современных офисных центров и ИВЦ эти цифры на 1-2 порядка выше. Очевидно, что количество каналов передачи информации весьма значительно и значительно увеличивает стоимость системы в целом.
Неотъемлемой частью системы является наличие контроллера. Задача контроллера состоит в сборе информации о функционировании оборудования, проверке полученных параметров, поиске аварийно-функционирующих устройств и выводе обработанной информации на панели управления.
Система управления строится на базе высоконадежного оборудования и передовых технологий (компоненты производства АМХ 3000 Research Drive, Richardson, TX75082, Dallas, USA. Контроллеры специально разработаны для профессионального применения и многолетней работы в круглосуточном режиме без перезагрузки. Встроенные протоколы передачи данных (ICSNet, AxLink, Ethernet 10/100Mbt, RS-232, RS-485), наличие портов для управления устройствами по ИК сигналу делают их универсальными и очень надежными в системе «Умный дом». Наличие стандартных и сертифицированных шлюзов позволяет обеспечить совместимость практически с любым известным протоколом или шиной управления.
Возможность одновременной работы нескольких процессоров в одной сети, позволяет организовать мониторинг очень сложных и распределенных систем (жилой, административный комплекс, деловой центр).
В настоящее время разработаны готовые пакеты по устройству объектов различных по функциональности и цене. Любой из пакетов может быть, как расширен, так и сужен за счет добавления или удаления устройств. Так стоимость пакетов составляет от 15000 euro до 90000 euro и выше.
Как правило, даже минимальная по функциональности система управления включает в себя контроллер, компактный энергосберегающий сервер, источник бесперебойного питания и электрический шкаф. В таком комплекте предусмотрены следующие
119
функции: “умное” освещение, охранная система, видеонаблюдение, поддержание климата, функция “Мультирум”, точка беспроводного доступа Dlink ,1 gsm-модуль для отправки аварийных sms, домашняя мини-АТС Panasonic. Функционирование такой системы обеспечивают порядка 90 различных датчиков.
Для каждой такой системы необходим, как минимум, один специализированный блок питания. В дополнение к тому, что они обеспечивают питанием шинные компоненты, они являются важнейшим элементом обеспечения устойчивой и надежной связи между устройствами. В основном для питания «интеллектуальных объектов» используются блоки питания, минимум, на 5 – 15 кВА.
Высокая стоимость системы управления «Умный дом» заставляет уделять особое внимание использованию источников бесперебойного питания (ИБП) и стабилизаторов напряжения, цена которых значительно меньше системы управления.
На данный момент существуют различные ИБП, классифицирующиеся по уровню доступности:
1.Традиционный (моноблочный) ИБП.
2.Отказоустойчивый ИБП
3.Модульный ИБП
4.Высшую степень защиты электроснабжения обеспечивают системы матричной архитектуры - так называемые "энергетические массивы". В них все блоки (процессорные, батарей, силовой электроники) являются и избыточными, и заменяемыми в "горячем" режиме. Системы матричной архитектуры обычно на 10-20% дороже моноблочных ИБП сходной мощности и в среднем на 5-10% дороже отказоустойчивых или модульных ИБП.
Наилучшие показатели надежности электроснабжения можно получить, используя резервируемые системы с архитектурой «энергетический массив».
Рассматриваемые нами интеллектуальные системы управления «Умный дом» желательно отнести к первой категории надежности электроснабжения, подразумевающей использование двух источников питания.
К сожалению, приходится констатировать тот факт, что и в этом случае довольно часто возникают недопустимые воздействия напряжения сетей электропитания на электроприемников: высоковольтные импульсы длительностью от десятков наносекунд
120