Оценка и повышение эффективности работы осветительных установок промышленных предприятий

Впервом случае для освещения принят светильник серии РСП18 дуговой ртутной люминесцентной лампой типа ДРЛ. Данный светильник, предназначенный для общего освещения производственных помещений, имеет кривую силы света (КСС) типа Г, коэффициент мощности cosφ = 0,5, КПД 70-75%. Светильник комплектуется независимым ПРА.

Во втором варианте для освещения цеха применяются светильники, выполненные на основе светодиодной матрицы с КСС типа К. Светильники предназначены для общего освещения производственных помещений, складов, площадей, улиц. Они могут использоваться также для декоративного освещения зданий. Напряжение питания светильника составляет 230 В, номинальная мощность 100 Вт, cosφ = 0,98. Защитный светопропускающий элемент, выполненный из поликарбоната, термостоек, прочен, с высокой светопропускающей способностью. Защита светодиодного источника света от пыли и влаги достигается с помощью силиконового уплотнения, сохраняющего свою эластичность в течение длительного времени. Внутри корпуса светильника установлен отражатель, блок питания, светодиодные источники света и клеммные зажимы.

Для каждого варианта освещения цеха выполнены светотехнический и электрический расчеты осветительной сети, на основании которых произведена экономическая оценка эффективности использования каждого типа светильников.

При проектировании осветительных установок целью светотехнического расчета является определение числа и мощности источников света светильников, необходимых для обеспечения заданной освещенности. Число и месторасположение светильников намечают до расчета освещения, а в процессе расчета определяют необходимую мощность источника света.

Всоответствии с [5,7] произведено размещение светильников (рисунки 5.3 и 5.4). При использовании газоразрядных ламп типа ДРЛ для освещения цеха требуется 21светильник, а светодиодных источников света – 72. Далее методом коэффициента использования светового потока определяется расчетное значение светового потока одной лампы.

141

Рис. 5.3 Схема размещения светильников с лампами типа ДРЛ

Рис. 5.4 Схема размещения светодиодных светильников

Расчетное значение светового потока одной лампы в каждом светильнике определяется по формуле

Флр Ен Кз F z ,

N оу

142

где Eн – нормируемое значение освещенности, лк; Kз – коэффициент запаса;

F – освещаемая площадь, м2;

оу – коэффициент использования светового потока осветительной

установки, о. е.;

z – отношение средней освещенности к минимальной.

При выполнении светотехнического расчета нормируемое значение освещенности цеха принималось равным 300 лк [4]. Для механического цеха коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности помещения в процессе эксплуатации световых приборов, равен 1,4. Коэффициент z, характеризующий неравномерность освещенности, для газоразрядных источников света высокого давления принят 1,15.

Под коэффициентом использования светового потока понимают отношение светового потока, падающего на расчетную поверхность, к световому потоку источника света. Его значение принимается по справочной литературе [7] в зависимости от типа КСС светильника, коэффициентов отражения поверхностей помещения (по-

По найденному значению Флр выбирается лампа ближайшей стандартной мощности, значение светового потока которой Фл отличается от Флр не более чем на –10…+20 %.

При освещении газоразрядными лампами принят светильник серии РСП18-400-01 с дуговой ртутной люминесцентной лампой типа ДРЛ мощностью 400 Вт. Световой поток лампы Фл = 24000 лм.

Результаты светотехнического расчета для рассматриваемых вариантов освещения цеха представлены в таблице 5.2.

143

Результаты светотехнического расчета показывают, что при использовании для рабочего освещения светильников как с лампами типа ДРЛ, так и со светодиодами достигается требуемая освещенность механического цеха. При этом светодиодные светильники обеспечивают более высокий уровень освещенности помещения.

В результате электрического расчета осуществляется выбор сечений проводников по допустимому нагреву и допустимой потере напряжения, определяются потери напряжения при выбранных сечениях проводов и жил кабелей, а также уровни напряжения подводимого к зажимам наиболее удаленных световых приборов. Для этого первоначально производится расчет электрической нагрузки групповых линий и на вводе осветительного щитка цеха.

Расчетная осветительная нагрузка производственных и общественных зданий, а также наружного освещения определяется исходя из суммарной мощности ламп, полученной в результате светотехнического расчета. Установленная мощность находится суммированием номинальной мощности ламп стационарных осветительных приборов. В осветительных установках с разрядными лампами расчетная нагрузка определяется с учетом потерь мощности в ПРА.

Расчетная активная нагрузка, кВт, на вводе в здание или в начале питающей линии, вычисляется по формуле

144

i 1

где Kс – коэффициент спроса осветительной нагрузки;

KПРАi – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей

аппаратуре i-й газоразрядной лампы;

Pномi – номинальная мощность i-й лампы, кВт;

n – количество ламп, питающихся по линии (установленных в здании или помещении).

При расчете нагрузок линий, питающих светодиодные световые приборы, учитываются потери мощности в устройствах, обеспечивающих работу светодиодов, с помощью коэффициента Ку. Тогда

где Pномi – номинальная мощность i-го светодиодного светильника,

кВт;

n – количество светильников, питающихся по линии (установленных в здании или помещении).

При расчете электрической нагрузки линий принимались значения коэффициентов КПРА и Ку равными 1,1, а Кс =1,0.

Светильники с лампами типа ДРЛ обладают значительной пульсацией светового потока (около 65%). Поэтому для их питания с целью снижения пульсации до требуемых значений используется трехфазная пятипроводная линия. Светодиодные светильники таким недостатком не обладают и для их питания принимается однофазная трехпроводная линия.

Расчетный ток, А, для трехфазной пятипроводной линии определяется по выражению

где U номф - номинальное фазное напряжение сети (U номф = 230В); cos – коэффициент мощности для используемых ламп.

Для однофазной трехпроводной линии освещения расчетный ток вычисляется по формуле

Iр Uном ф cos .

Результаты расчета электрических нагрузок осветительной сети при использовании светильников с лампами типа ДРЛ и со светодиодами представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 Электрические нагрузки питающей и групповых линий

Сечение проводников линий освещения по допустимому нагреву выбирается по условию (2.4), а по допустимой потере напряжения – по следующей формуле:

где М – момент нагрузки линии, кВт·м;

С - расчетный коэффициент, величина которого принимается, исходя из номинального напряжения сети, системы сети, рода тока, материала проводников [5];

U доп - допустимое значение потери напряжения в линии освети-

тельной сети, %.

Из двух сечений, найденных по допустимому нагреву и по допустимой потере напряжения, выбирается большее и округляется до

146

ближайшего большего значения стандартного сечения проводника. Сеть электрического освещения в обоих рассматриваемых вариантах выполняется кабелем с алюминиевыми жилами марки АВВГ, который прокладывается открыто. Конструктивно питающая линия выполняется на лотках, а групповые линии – на тросах. В таблице 5.4 приведены результаты выбора кабелей электрической сети при использовании для освещения цеха ламп типа ДРЛ и светодиодов.

Таблица 5.4 Кабели питающей и групповых линий осветительной сети цеха

промышленного предприятия

Как следует из таблицы 5.4, групповые линии в обоих вариантах имеют минимально допустимое сечение жил из алюминия 2,5 мм2. Однако из-за того, что при светодиодном освещении используется трехжильные кабели, а при освещении лампами типа ДРЛ – пятижильные, расход проводникового материала в случае применения светодиодных светильников сокращается на 40%, и, следовательно, снижается стоимость групповой сети. Питающая линия в обоих вариантах освещения цеха выполняется пятижильным кабелем. Но в сети со светодиодными светильниками сечение токопроводящих жил кабеля на одну ступень меньше, чем в сети с газоразрядными лампами. Это сокращает расход проводникового материала и стоимость питающей линии при освещении цеха светодиодными световыми приборами.

При технико-экономических расчетах, составлении электрического баланса, а также для оценки электропотребления, производственных, жилых и общественных зданий требуется определять расход электроэнергии на искусственное освещение расчетным путем.

147

В общем случае годовой расход электроэнергии на освещение определяется по следующей формуле:

где Pp o – расчетная активная нагрузка освещения, кВт;

Tmax o – годовое число часов использования максимума осветительной нагрузки.

Годовое число использования максимума осветительной нагрузки зависит от географической широты местности, вида освещения (рабочее, эвакуационное, безопасности и т.д.), наличия в помещении естественного освещения, числа и длительности рабочих смен. При расчетах расходов электроэнергии на освещение значения Тmax о принимаются по справочной литературе [5,7].

Учитывая то, что в цехе имеется естественное освещение, и светильники будут использоваться пять дней в неделю в течение трех рабочих смен, принимаем Tmax o =4150 ч [7,41]. Произведем расчет годового расхода электроэнергии для рассматриваемых вариантов освещения цеха промышленного предприятия. Полученные расчетным путем данные сведены в таблицу 5.5.

Как видно из таблицы 5.5, для рассматриваемого помещения потребление электроэнергии светодиодными светильниками в 1,3 раза меньше, чем светильниками с лампами типа ДРЛ.

При выборе оптимального проектного решения наряду с разносторонней оценкой положительных и отрицательных факторов сравниваемых вариантов осуществляется их сопоставление путем выполнения технико-экономического расчета (ТЭР). Экономич-

148

ность проектируемых вариантов оценим двумя методами: приведенных затрат и чистого дисконтированного дохода [32, 42].

Метод приведенных затрат заключается в оценке приведенных затрат сравниваемых вариантов. Экономический смысл расчѐта по приведенных затратам заключается в том, что наивыгоднейший вариант не соответствует техническому решению, обеспечивающему минимум годовых издержек эксплуатации или капитальных вложений. Обычно вариант с меньшими годовыми эксплуатационными расходами требует более крупных капитальных вложений, величина которых чаще всего ограничена. Поэтому нужно выбирать вариант, соответствующий оптимальному (при конкретных условиях работы проектируемого объекта) соотношению между текущими затратами и капитальными вложениями. Лучший из числа сравниваемых вариантов определяется по критерию минимума приведенных затрат.

Капитальные вложения в осветительную установку, учитываемые при определении приведенных затрат, складываются из стоимости световых приборов, их монтажа и стоимости одного комплекта ламп. При проведении комплексных ТЭР учитывается также стоимость приобретения и монтажа всех элементов электротехнической части. С учетом этого капитальные затраты (в рублях) определяются по выражению [32]

К = N∙(А∙n+Б+М+0,001∙α∙Р∙С∙n)+Спит.каб.∙lпит.каб.+Сгр.каб.∙lгр.каб., (5.4)

где N – количество световых приборов, используемых для освещения рассматриваемого производственного цеха;

A – стоимость одной лампы, руб.;

n – количество ламп в световом приборе;

Б – стоимость одного светового прибора, руб.; М – средняя стоимость монтажа одного светового прибора, руб.;

α – коэффициент, учитывающий потери энергии в ПРА и в сети (потери в сети принимаются равными 3%) ;

Р– номинальная мощность одной лампы, Вт;

С– стоимость монтажа электротехнической части осветительной

установки на 1кВт установленной мощности ламп и потерь в ПРА, руб./кВт; Спит.каб – стоимость 1 м длины питающего кабеля, руб./м;

149

lпит.каб. – длина питающего кабеля, м;

Сгр.каб. – стоимость1 м длины группового кабеля, руб./м; lгр.каб. – длина группового кабеля, м.

Годовые эксплуатационные расходы, учитываемые при определении приведенных затрат, включают в себя оплату электроэнергии, затрачиваемую на освещение в течение года, стоимость заменяемых за год ламп, расходы на чистку световых приборов и амортизационные отчисления, принимаемые в размере 10% капитальных вложений. Эксплуатационные расходы, выраженные в рублях, рассчитываются по следующей формуле [32]:

Э = N∙{ Тmaxo (A+ а)∙n/τ + [а∙Р∙ Тmaxo ∙q∙n + 100 (Б + М + Спит.каб. ∙

где – число часов использования максимума осветительной нагрузки в год, ч;

а- стоимость работ по замене одной лампы, руб.;

– номинальный срок службы лампы, ч;

q – существующий тариф на электроэнергию для промышленных потребителей, руб./кВт ч;

m– число чисток светового прибора в год;

В– стоимость одной чистки одного светового прибора, руб. Полные приведенные затраты определяются с учетом произве-

денных выше расчетов по выражению:

З = 0,15 К + Э

При технико-экономическом сравнении вариантов стоимостные показатели должны исчисляться в единых ценах. В большинстве случаев при проектировании электроустановок целесообразно применять нормативные материалы, т.е. укрупненные показатели, приведенные в разнообразных справочниках. Укрупненные показатели должны корректироваться с помощью переводного коэффициента, учитывающего изменение цен за период, прошедший с момента их опубликования.

150