Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Руководство по устройству электроустановок

Осветительные цепи - Руководство по устройству электроустановок

Оглавление
Руководство по устройству электроустановок
Методология
Нормы и правила
Установленные мощности нагрузки
Мощность нагрузки установки
Контроль и регулирование потребляемой мощности
Энергоснабжение при высоком напряжении
Процедура создания новой подстанции
Подстанция абонента с измерениями на стороне низкого напряжения
Подстанция абонента с измерениями на стороне высокого напряжения
Создание распределительных понижающих подстанций
Низковольтные потребители - подключение
Низковольтные распределительные сети - подключение
Подсоединение потребителей к сети
Качество поставляемого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Надежность системы электропитания в системах низкого напряжения
Защитные и аварийные устройства
Заземляющие соединения в системах низкого напряжения
Определение стандартизованных систем заземления в системах низкого напряжения
Характеристики систем TT, TN и IT
Критерии выбора систем TT, TN IT
Выбор метода заземления в системах низкого напряжения
Монтаж заземляющих электродов в системах низкого напряжения
Оборудование установки в системах низкого напряжения
Перечень внешних воздействий в системах низкого напряжения
Защита оборудования закрытого типа в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Защита от прямого прикосновения
Защита от косвенного прикосновения
Защита имущества от ущерба вследствие пробоя изоляции
Реализация системы TT
Реализация системы TN
Реализация системы IT
Устройства защитного отключения
Защита цепей
Определение сечения провода для открытой прокладки
Определение падения напряжения
Ток короткого замыкания
Частные случаи тока короткого замыкания
Защитный заземляющий провод
Нейтральный провод
Низковольтная распределительная аппаратура
Низковольтные коммутационные аппараты
Выбор низковольтной коммутационной аппаратуры
Автоматический выключатель
Выбор автоматического выключателя
Согласование характеристик автоматических выключателей
Защита от перенапряжений
Устройства защиты от перенапряжений
Стандарты защит от перенапряжений
Выбор устройств защиты от перенапряжений
Повышение коэффициента мощности и фильтрация гармоник
Зачем повышать коэффициент мощности?
Методы повышения коэффициента мощности
Выбор места установки компенсирующих конденсаторов
Выбор оптимального уровня компенсации
Компенсация на зажимах трансформатора
Повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей
Влияние гармоник
Блоки конденсаторов
Обнаружение и устранение гармоник
Последствия Ih гармоник для электроустановок
Показатели гармонических искажений и принципы измерений
Измерение гармонических показателей
Способы ослабления гармоник
ИБП
Защита трансформаторов низкого напряжения
Осветительные цепи
Асинхронные двигатели
Коттеджи, жилые и особые помещения
Ванные и душевые комнаты
Рекомендации, относящиеся к специальным установкам и помещениям
Рекомендации по обеспечению электромагнитной совместимости
Принципы и конструкции систем заземления
Механизмы электромагнитной связи
Рекомендации по электропроводке

4 Осветительные цепи
На долю освещения - источника комфорта и производительности - приходится 15% количества электроэнергии, потребляемой в промышленности, и 40% - в зданиях. Качество освещения (устойчивость и непрерывность) зависит от качества электроэнергии, потребляемой для этой цели. Поэтому, подача электроэнергии в осветительные сети имеет большое значение.

Рис. М31: Компактные флуоресцентные лампы - [а] стандартные и [b] высокочастотные газоразрядные («индукционные»)
Для помощи в разработке и облегчения выбора соответствующих средств защиты ниже приводится анализ различных технологий изготовления ламп. Обсуждаются отличительные характеристики осветительных цепей и их влияние на устройства управления и защиты. Приводятся рекомендации по сложным вариантам реализации осветительных цепей.
4.1 Различные технологии изготовления ламп
Искусственный свет может излучаться с помощью электроэнергии по двум принципам: тепловое излучение и электролюминесценция.
Тепловое излучение - излучение света посредством накаливания. Наиболее общим примером является нить, накаленная до белого состояния посредством циркуляции электрического тока. Вводимая энергия преобразуется в джоулево тепло и световой поток. Люминесценция - явление излучения материалом видимых или почти видимых волн. Газы (или пары), подвергаемые электрическому разряду, излучают свет (электролюминесценция газов). Поскольку газ не проводит ток при нормальной температуре и давлении, разряд вызывается генерируемыми заряженными частицами, которые ионизируют газ. Состав, давление и температура газа определяют спектр видимого излучения. Фотолюминесценция представляет собой люминесценцию материала, подвергаемого воздействию излучения видимого или почти видимого спектра (ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК) излучения).
Явление, когда вещество поглощает УФ-излучение и испускает видимое излучение, которое прекращается через короткое время после подачи напряжения, называется флуоресценцией.
Лампы накаливания
Лампы накаливания стали использоваться раньше других средств освещения и нашли самое широкое распространение в наши дни.
Они основаны на принципе накаливания нити в вакууме или нейтральной среде, предотвращающей перегорание нити накаливания. Различаются два типа ламп:
Стандартные лампы
Содержат вольфрамовую нить и заполнены инертным газом (азот и аргон или криптон).
Галогенные лампы
Также содержат вольфрамовую нить, но заполнены галогенным составом и инертным газом (криптон или ксенон). Галогенный состав обеспечивает восстановление нити, что повышает срок службы ламп и предотвращает их почернение. Кроме того, он обеспечивает повышенную температуру нити и, как следствие, повышенную светимость в лампах малого размера. Основные недостатки ламп накаливания состоят в значительном тепловыделении, что определяет их низкую световую эффективность.
Флуоресцентные лампы
Сюда включаются флуоресцентные трубки и компактные флуоресцентные лампы. Они известны как «ртутные лампы низкого давления».
Во флуоресцентных трубках электрических разряд вызывает столкновение электронов с ионами паров ртути, приводя к ультрафиолетовому излучению в результате активации атомов ртути. Флуоресцентный материал, которым покрыта внутренняя поверхность трубок, преобразует это излучение в видимый свет.
Флуоресцентные трубки выделяют меньше тепла и служат дольше, чем лампы накаливания, но для них требуется устройство зажигания, называемое «стартером», и устройство ограничения тока в дуге после зажигания. Последнее устройство, называемое «балластным сопротивлением», обычно представляет собой дроссель, расположенный последовательно с дугой. Компактные флуоресцентные лампы основаны на том же принципе, что и флуоресцентные трубки. Функции стартера и балластного сопротивления обеспечиваются электронной цепью (встроенной в лампу), что позволяет использовать трубки, загнутые на себя.
Компактные флуоресцентные лампы (см. Рис. М35) разработаны для замены ламп накаливания. Они обеспечивают значительную экономию электроэнергии (15 Вт против 75 Вт при одинаковом уровне яркости) и имеют повышенный срок службы.
Лампы, известные как «индукционные» или «безэлектродные», работают по принципу ионизации газа в трубке посредством электромагнитного поля очень высокой частоты (вплоть до 1 ГГц). Их ресурс может составлять 100000 часов.
Газоразрядные лампы (см. Рис. М36)
Свет излучает посредством электрического разряда между электродами в газовой среде кварцевой колбы лампы. Все такие дампы требуют балластного сопротивления для ограничения тока в дуге. Разработан ряд технологий для различных областей применения. Натриевые лампы низкого давления
Имеют наилучшую светоотдачу, но при крайне низкой цветопередаче, поскольку обеспечивают только монохроматическое оранжевое излучение.
Натриевые лампы высокого давления излучают белый свет с оранжевым оттенком.
В ртутных лампах высокого давления разряд происходит в кварцевой или керамической колбе при
высоких давлениях. Такие лампы называются «флуоресцентными ртутными разрядными
лампами». Они излучают характерный голубовато-белый свет.
Лампы с галоидными соединениями металлов представляют последнюю технологию. Они
обеспечивают широкий спектр цветов. Использование керамических трубок обеспечивает
повышенную световую эффективность и лучшую цветоскойкость.
Светоизлучающие диоды (LED)
Принцип работы светодиодов состоит в излучении света полупроводником при прохождении через него электрического тока. Светодиоды находят широкое применение в многочисленных областях. Недавняя разработка белых или голубых диодов с высокой светоотдачей открывает новые перспективы, особенно для сигнализации (уличные светофоры, указатели выхода или аварийное освещение).
Светодиоды являются устройствами низкого напряжения и тока и пригодны для аккумуляторного питания. Требуется преобразователь для питания линии.

Рис. М31: Газоразрядные лампы
Преимущество светодиодов состоит в низком энергопотреблении. Как результат, они работают при очень низкой температуре, что обеспечивает их длительный срок службы. Однако стандартный светодиод имеет низкую яркость. Поэтому, для осветительной электроустановки высокой мощности требуется большое количество единиц, соединенных последовательно и параллельно.

Технология

Применение

Преимущества

Недостатки

Стандартная лампа накаливания

Бытовое освещение
Локальное декоративное освещение (иллюминация)

Прямое подсоединение без промеж. распредустройства
Разумная цена
Компактность
Мгновенное освещение
Хорошая цветопередача

Низкая светоотдача и высокое энергопотребление
Значительное тепловыделение
Короткий срок службы

Галогенная лампа накаливания

Подсветка
Интенсивное освещение

Прямое подсоединение
Эффективность
Превосходная цветопередача

- Средняя светоотдача

Флуоресцент ная трубка

Цеха, офисы, мастерские
Наружное освещение

Высокая светоотдача
Средняя цветопередача

Низкая яркость одной единицы
Чувствительность к низким температурам

Компактная
флуоресцентная
лампа

Бытовое освещение
Офисы
Замена ламп накаливания

Хорошая светоотдача
Хорошая цветопередача

- Высокие стоимость в сравнении с лампами накаливания

Ртутная высокого давления

Мастерские, залы, ангары
Заводские цеха

Хорошая светоотдача
Приемлемая цветопередача
Компактность
Долгий срок службы

- Время включения освещения порядка нескольких минут

Натриевая высокого давления

Наружное освещение
Большие залы

- Очень хорошая светоотдача

- Время включения освещения порядка нескольких минут

Натриевая низкого давления

Наружное освещение
Аварийное освещение

Хорошая видимость в туман
Экономичность в использовании

Длительное время включения освещения (5 мин.)
Низкая цветопередача

С галоидными соединениями металлов

Большие участки
Залы с высокими потолками

Хорошая светоотдача
Хорошая цветопередача
Долгий срок службы

- Время включения освещения порядка нескольких минут

Светодиод

- Сигнализация(3-цветные светофоры, указатели выхода и аварийное освещение)

Нечувствительность к циклам включения- отключения
Низкое энергопотребление
Низкая температура

Ограниченное число цветов
Низкая яркость единицы

Технология

Мощность (Вт)

Кпд (люмен/Вт)

Ресурс (час)

Стандартная лампа накаливания

3 - 1,000

10 - 15

1,000 - 2,000

Галогенная лампа накаливания

5 - 500

15 - 25

2,000 - 4,000

Флуоресцентная трубка

4 - 56

50 - 100

7,500 - 24,000

Компактная флуоресцентная лампа

5 - 40

50 - 80

10,000 - 20,000

Ртутная высокого давления

40 - 1,000

25 - 55

16,000 - 24,000

Натриевая высокого давления

35 - 1,000

40 - 140

16,000 - 24,000

Натриевая низкого давления

35 - 180

100 - 185

14,000 - 18,000

С галоидными соединениями металлов

30 - 2,000

50 - 115

6,000 - 20,000

Светодиод

0.05 - 0.1

10 - 30

40,000 - 100,000

M28
Рис. М3 : Использование технических характеристик осветительных устройств

4.2 Электротехнические характеристики ламп
Лампы накаливания с прямым электропитанием
В силу крайне высокой рабочей температуры нити (вплоть до 2500°С) ее сопротивление значительно зависит от того, включена лампа или нет. Поскольку сопротивление в холодном состоянии низкое, пик тока приходится на зажигание и может в 10-15 раз превышать номинальный ток в течение доли миллисекунды или даже нескольких миллисекунд. Это ограничение сказывается на применении стандартных и галогенных ламп: оно налагает требование по снижению максимального числа ламп, которые могут питаться через такие устройства, как импульсное реле, модульные контакторы и реле сборных шин.
Галогенные лампы сверхнизкого напряжения (ELV)
Некоторые галогенные лампы низкой мощности работают при питании от сверхнизкого напряжения 12В или 24В через трансформатор или электронный преобразователь. При питании через трансформатор явление намагничивания усиливается изменением сопротивления нити при включении. Ток при включении может в 50-75 раз превышать номинальный в течение нескольких миллисекунд. Использование светорегулятора (диммера), установленного перед лампой, позволяет значительно снизить это ограничение.
Электронные преобразователи представляют значительно более дорогостоящее решение в сравнении с трансформатором при одинаковой номинальной мощности. Такой экономический недостаток может компенсироваться за счет удобства монтажа, поскольку их низкое тепловыделение означает возможность крепления на огнеопасной опоре. Более того, они, как правило, имеют встроенную тепловую защиту.
В настоящее время поставляются галогенные лампы сверхнизкого напряжения с трансформатором, встроенным в их цоколь. Они могут получать питание непосредственно через низковольтную линию и могут заменяться стандартными лампами без каких-либо специальных приспособлений.
Регулирование силы света ламп накаливания
Такое регулирование может осуществляться путем изменения напряжения, подаваемого на лампу. Напряжение обычно изменяется специальным устройством, таким как диммер Triac, путем изменения угла отпирания в период сетевого напряжения. Форма волны напряжения, подаваемого на лампу, показана на Рис. М38а. Такой метод, известный как «управление отпиранием», может использоваться для питания цепей с активным сопротивлением или индуктивных цепей. Другой метод, пригодный для питания емкостных цепей, разработан с использованием электронных компонентов MOS и IGBT. При этом методе изменяется напряжение путем блокировки тока до завершения полупериода (см. Рис. M38b). Этот метод известен как «управление запиранием».
Постепенное включение лампы может также снижать (или даже устранять) пик тока при зажигании.
Поскольку ток искажается электронным светорегулятором, генерируются гармонические токи. Преобладают гармоники 3-го порядка. Процент токовых гармонических составляющих 3-го порядка относительно максимального основного тока (при максимальной мощности) показан на Рис. М39.

Рис. М31: Форма волны напряжения, подаваемого через электронный светорегулятор, при 50%% максимального напряжения при использовании следующих методов:
«управление         отпиранием»
«управление         запиранием»

Рис. М31: Процент токовых гармонических составляющих 3-го порядка, как функция мощности, подаваемой на лампу накаливания через электронный светорегулятор
Следует отметить, что на практике мощность, подаваемая на лампу через электронный светорегулятор, может изменяться только в диапазоне 15-85% максимальной мощности лампы.
Согласно стандарту IEC 61000-3-2, устанавливающему предельное содержание гармоник для электрических или электронных систем при токе У 16А, применяются следующие правила:
Автономные электронные светорегуляторы для ламп накаливания с номинальной мощностью не более 1 кВт не ограничиваются по содержанию гармоник
Для других случаев и осветительного оборудования с использованием ламп накаливания со встроенным электронным светорегулятором, максимальный допустимый гармонический ток (гармоники 3-го порядка) составляет 2,30А.
Флуоресцентные лампы с магнитным балластным сопротивлением
Флуоресцентные трубки и газоразрядные лампы требуют ограничения интенсивности дуги. Такое ограничение выполняется дросселем (или магнитным балластным сопротивлением), включенным последовательно с лампой (см. Рис. М40).
Такая схема наиболее часто используется в жилых помещениях с ограниченным числом трубок. Не накладывается особых ограничений на выключатели.
Электронные светорегуляторы несовместимы с магнитными балластными сопротивлениями: отсутствие напряжения прерывает разряд и приводит к полному выключению лампы. Стартер выполняет двойную функцию: предварительный нагрев электродов трубки и последующее генерирование повышенного напряжения для зажигания трубки. Такое повышенное напряжение создается путем размыкания контакта (управляемого тепловым переключателем), что прерывает циркуляцию тока в магнитном балластном сопротивлении. В течение работы стартера (прибл. 1 с) ток, потребляемый светильником, приблизительно в два раза превышает номинальный ток.
Поскольку ток, потребляемый трубкой с балластным сопротивлением, является преимущественно индуктивным, коэффициент мощности низкий (в среднем 0,4-0,5). В системах, включающих большое количество трубок, необходимо обеспечивать компенсацию для повышения коэффициента мощности.

Рис. М4 : Балластный дроссель
Для крупных осветительных электроустановок централизованная компенсация с помощью блоков конденсаторов является возможным решением, но более часто такая компенсация осуществляется на уровне каждого светильника в рамках ряда различных схем (см. Рис. М41).


Схема компенсации

Применение

Примечания

Без компенсации

Жилые помещения

Единственное подсоединение

Параллельная [а]

Офисы, мастерские, универсамы

Риск больших токов для устройств управления

Последовательная[b]

 

Выбор конденсаторов с высоким рабочим напряжением (450-480В)

Двойная последоват. [c]

 

Подавление эффекта мерцания

Рис. М4 : Различные схемы компенсации: а] параллельная; b] последовательная; c] двойная последовательная компенсация
Параметры компенсационных конденсаторов выбираются для обеспечения общего коэффициента мощности не выше 0,85. В большинстве случаев параллельной компенсации их средняя емкость составляет 1 цФ для активной мощности 10 Вт для ламп любого типа. Однако, такая компенсация несовместима с электронными светорегуляторами.
Ограничения, влияющие на компенсацию
Схема параллельной компенсации налагает ограничения на зажигание лампы. Поскольку конденсатор изначально разряжен, включение приводит к повышенному потреблению тока. Кроме того, возникают перенапряжения из-за колебаний в цепи, включающей конденсатор и индуктивность.
Следующий пример может использоваться для определения порядка величин.
Рассмотрим блок из 50 флуоресцентных ламп 36 Вт каждая:
Общая активная мощность: 1800 Вт
Полная мощность: 2 кВА
Общий среднеквадратичный ток: 9А
Пиковый ток: 13А С:
Общей емкостью: С = 175 цФ
Входной индуктивностью (соответствующей току КЗ 5 кА): L = 150 цН Максимальный пиковый ток при включении:

Следовательно, теоретический пиковый ток при включении в 27 раз больше пикового тока при нормальном режиме работы.
Форма волны напряжения и тока при зажигании приводится на Рис. М42 для выключателя, замыкающегося при пике напряжения сетевого питания.
Следовательно, существует риск сплавления контактов в электромеханических устройствах управления (импульсное реле, контактор, выключатель) или выхода из строя полупроводниковых переключателей.

Рис. М4 : Напряжение питания и потребляемый ток при включении
На самом деле, ограничения обычно носят менее строгий характер, учитывая полное сопротивление кабелей.
Зажигание флуоресцентных трубок в группах накладывает одно конкретное ограничение. При уже включенной группе трубок, компенсационные конденсаторы, находящиеся в этих трубках под напряжением, участвуют в токе включения в момент зажигания второй группы трубок: они «усиливают» пик тока в выключателе в момент зажигания второй группы.
Таблица на Рис. М43, основанная на результатах измерений, указывает величину первого пика тока для различных значений ожидаемого тока КЗ Isc. Как видно из таблицы, пик тока может умножаться на 2 или 3 в зависимости от числа трубок, используемых на момент подсоединения последней группы трубок.


Число трубок уже в использовании

Число подсоеди­няемых трубок

Пик тока срабатывания(А)

Isc = 1,500 A Isc = 3,000 A Isc = 6,000 A

0

14

233

250

320

14

14

558

556

575

28

14

608

607

624

42

14

618

616

632

Рис. М4 : Величина пика тока выключателя на момент зажигания второй группы трубок
Рекомендуется последовательное зажигание каждой группы трубок для снижения пика тока в главном выключателе.
Магнитные балластные сопротивления последней разработки характеризуются низкими потерями. Магнитная цепь оптимизирована, но принцип работы остается прежним. Это новое поколение балластных сопротивлений находит широкое применение под влиянием новых норм (Европейская директива, Закон об энергетической политике - США). В этих условиях использование электронных балластных сопротивлений, скорее всего, расширится за счет сокращения использования магнитных балластных сопротивлений.
Флуоресцентные лампы с электронным балластным сопротивлением
Электронные балластные сопротивления используются в качестве замены магнитных балластных сопротивлений для питания флуоресцентных трубок (включая компактные флуоресцентные лампы) и газоразрядных ламп. Они также обеспечивают функцию «стартера» и не требуют каких- либо средств компенсации.
Принцип работы электронных балластных сопротивлений (см. Рис. М44) заключается в питании дуги лампы через электронное устройство, которое генерирует волну напряжения переменного тока прямоугольной формы при частоте 20-60 кГц.
Подвод на дугу высокочастотного напряжения полностью устраняет явление мерцания и стробоскопические эффекты. Электронное балластное сопротивление работает бесшумно. В течение периода предварительного нагрева газоразрядной лампы балластное сопротивление обеспечивает повышение напряжения на лампе, создавая тем самым почти постоянный ток. В установившемся режиме оно регулирует напряжение, подаваемое на лампу, независимо от каких- либо колебаний сетевого напряжения.
Оптимальный режим напряжения дуги обеспечивает экономию электроэнергии (5-10%) и повышение срока службы лампы. Более того, кпд электронного балластного сопротивления может превышать 93%, тогда как средний кпд магнитных устройств - 85%. Коэффициент мощности - высокий (> 0,9).
Электронное балластное сопротивление используется также для обеспечения функции регулирования силы света. Изменение частоты фактически изменяет величину тока в дуге и, следовательно, силу света.
Ток включения

Рис. М4 : Электронный «балласт»
Основное ограничение, накладываемое электронными балластными сопротивлениями на сетевое электропитание, заключается в высоком токе включения, связанным с начальной нагрузкой сглаживающих конденсаторов (см. Рис. М45).


Технология

Макс. ток включения

Длительность

Выпрямитель с конденсатором компенсации коэффициента мощности (PFC)

30 - 100 In

У 1 мс

Выпрямитель с дросселем

10 - 30 In

У 5 мс

Магнитный «балласт»

У 13 In

5 - 10 мс

Рис. М4 : Порядок величины максимальных значений тока включени в зависимости от используемой технологии
На самом деле, учитывая полное сопротивление проводов, токи включения для блока ламп намного ниже, чем приведенные значения, порядка 5-10 In в течение менее 5 мс. В отличие от магнитных балластных сопротивлений, такой ток включения не сопровождается перенапряжением.
Гармонические токи
Для балластных сопротивлений, связанных с разрядными лампами высокой мощности, ток, потребляемый из сети, имеет меньшее общее гармоническое искажение (< 20% в общем случае и < 10% для самых сложных устройств). И наоборот, устройства, связанные с лампами малой мощности, в частности, компактными флуоресцентными лампами, потребляют ток с высокой степенью искажения (см. Рис. М46). Общее гармоническое искажение может достигать 150%. В таких условиях среднеквадратичный ток, потребляемый из сети, в 1,8 раз превышает ток, соответствующий активной мощности лампы, что соответствует коэффициенту мощности 0,55.

Рис. М4: Форма волны тока, потребляемого компактной флуоресцентной лампой
Для распределения нагрузки между различными фазами, осветительные цепи обычно подсоединяются между фазами и нейтралью с обеспечением сбалансированности. В таких условиях высокий уровень третьей гармоники и гармоник, кратных 3, может приводить к перегрузке нейтрального проводника. В наименее благоприятной ситуации ток нейтрали может в 3 раза превышать ток на каждой фазе.
Предельные значения содержаний гармоник для электрических и электронных систем устанавливаются стандартом IEC 61000-3-2. Для упрощения предельные значения для осветительного оборудования приводятся здесь только для гармоник 3-го и 5-го порядка, наиболее значимых в нашем случае (см. Рис. М47).


Порядок гармоники

Активная входная мощность > 25 Вт

Активная входная мощность У 25 Вт применяется одно из 2 предельных значений

 

% от основной (первой) гармоники тока

% от основной (первой) гармоники тока

Гармонический ток относитель­но активной мощности

3

30

86

3.4 мА/Вт

5

10

61

1.9 мА/Вт

Рис. М4, : Максимальный допустимый гармонический ток
Токи утечки
Электронные балластные сопротивления обычно обеспечиваются конденсаторами, установленными между питающими проводниками и землей. Этим обусловлено наличие постоянно циркулирующего тока утечки порядка 0,5-1 мА на балластное сопротивление. Как следствие, это ограничивает число балластных сопротивлений, которые могут питаться через устройство дифференциальной защиты нулевой последовательности (УЗО). При включении таких конденсаторов могут возникнуть пики тока, величина которых может достигать нескольких ампер в течение 10 мкс. Такой пиковый ток может приводить к ошибочному отключению устройств.
Высокочастотные помехи
Электронные балластные сопротивления являются источниками высокочастотных кондуктивных и электромагнитных помех.
Очень крутой фронт напряжения на выходе электронного балласта вызывает появление импульсов тока в паразитных емкостях на землю. В результате паразитные токи циркулируют в заземляющих и питающих проводниках. В силу высокой частоты таких токов возникает также электромагнитное излучение. Для ограничения таких высокочастотных помех лампа должна устанавливаться в непосредственной близости от балластного сопротивления для уменьшения длины наиболее интенсивно-излучающих проводников. Различные режимы электропитания (см. Рис. М48)


Технология

Режим электропитания

Другие устройства

Стандартная лампа накаливания

Непосредственное электропитание

Электронный светорегулятор (диммер)

"алогенная лампа накаливания

"алогенная лампа накаливания сверхнизкого напряжения

Трансформатор

Электронный преобразователь

Флуоресцентная трубка

Магнитное балластное сопротивление и стартер

Электронное балластное сопротивление Электронный свето­регулятор (диммер) + балластноесопротивл.

Компактная флуоресцентная лампа

Встроенное электронное балластное сопротивление

 

Ртутная лампа

Магнитное балластное сопротивление

Электронное балластное сопротивление

Натриевая высокого давления

Натриевая низкого давления

С галоидными соединениями металлов

Рис. М4 : Различные режимы электропитания
4.3 Ограничения, относящиеся к осветительным устройствам (светильникам), и рекомендации
Ток, фактически потребляемый светильниками Риск (вероятность отказа)
При разработке электроустановки необходимо сначала определить основные параметры, иначе высока вероятность, что устройства защиты от перегрузки будут отключать освещения, оставляя людей в темноте.
Очевидно, что параметры должны определяться с учетом потребления всех компонентов, особенно в случае флуоресцентных осветительных установок, поскольку мощность, потребляемая балластными сопротивлениями, должна суммироваться с мощностью трубок и ламп.
Решение
Для освещения лампами накаливания следует помнить, что сетевое напряжение может на 10% превышать номинальное значение, что означает возможность повышения потребления тока. Для флуоресцентного освещения, если не указывается иначе, мощность магнитных балластных сопротивлений может оцениваться как 25% мощности ламп. Для электронных балластных сопротивлений эта мощность ниже, порядка 5-10%.
Уставки для устройств максимальной токовой защиты должны рассчитываться с учетом общей мощности и коэффициента мощности, рассчитанных для каждой цепи.
Максимальные токи при включении Риск
Для управления и защиты осветительных цепей используются такие устройства, как реле, электронные светорегуляторы, импульсные реле, контакторы или выключатели. Основным ограничением, налагаемым на такие устройства, является пик тока при подаче напряжения. Такой пик тока зависит от используемых ламп, а также параметров электроустановки (мощность силового трансформатора, длина кабелей, число ламп) и момента подачи напряжения в период сетевого напряжения. Высокий пик тока, хоть и кратковременный, может приводить к привариванию контактов на электромеханическом устройстве управления или выходу из строя полупроводникового устройства.
Два решения
Из-за бросков тока включения большинство стандартных реле несовместимо с электропитанием осветительных устройств. Обычно соблюдаются следующие рекомендации:
Ограничение числа дамп, подсоединяемых к одному устройству, так чтобы их мощность была меньше максимальной допустимой мощности устройства
Сверка с рабочими предельными значениями, рекомендуемыми изготовителями для устройств. Такие меры предосторожности особенно важны при замене ламп накаливания компактными флуоресцентными лампами.
В качестве примера, таблица на Рис. М49 указывает максимальное число скомпенсированных флуоресцентных трубок, которые могут управляться различными устройствами при номинальном токе 16А. Следует отметить, что число контролируемых трубок намного ниже числа, соответствующего максимальной мощности устройств.

Рис. М4: Число контролируемых трубок намного ниже числа, соответствующего максимальной мощности устройств
Существует метод ограничения пика тока при подаче напряжения в цепи с емкостными характеристиками (магнитные балластные сопротивления с параллельной компенсацией и электронные балластные сопротивления). Он состоит в обеспечении включения в момент, когда напряжение проходит через нуль. Только статические выключатели обеспечивают такую возможность (см. Рис. M50a). Этот метод доказал свою эффективность при разработке новых осветительных уставок.
В последнее время разработаны устройства на основе гибридной технологии с использованием статического выключателя (включение при прохождении напряжения через нуль) и электромеханического контактора, шунтирующего статический выключатель (снижение потерь в полупроводниках) (см. Рис. M50b).

Рис. М51:«Стандартный»CT+ контактор [a], CT+ контактор с ручным управлением, кнопкой для выбора рабочего режима и лампой индикации выбранного рабочего режима [b], Merlin Gerlin TL + импульсное реле [c]
M36
Максимальное число ламп, подсоединяемых к импульсному реле Merlin Gerin TL 16 A и TL32 A (однофазное питание 230В)


Тип лампы

Мощность лампы (Вт)

TL 16A

TL 32A

Стандартная лампа

40

40

106

накаливания

60

25

66

 

75

20

53

 

100

16

42

 

200

8

21

 

Общая мощность

1600 Вт

4260 Вт

Галогенная лампа

300

5

13

накаливания

500

3

8

 

1000

1 4

 

1500

1

2

 

Общая мощность

1500 Вт

4000 Вт

Галогенная сверхнизкого

20

70

180

напряжения

50

28

74

 

75

19

50

 

100

14

37

 

Общая мощность

1400 Вт

3700 Вт

Некомпенсированная

18

70

186

флуоресцентная лампа

36

35

73

 

58

21

55

 

Общая мощность

1300 Вт

3400 Вт

Компенсированная

18

50

133

флуоресцентная лампа

36

25

66

 

58

16

42

 

Общая мощность

930 Вт

2400 Вт

Флуоресцентная лампа

2x18

56

148

с двойной компенсацией

2x36

28

74

 

2x58

17

45

 

Общая мощность

2000 Вт

5300 Вт

Флуоресцентная лампа

16

80

212

с электронным балластным

32

40

106

сопротивлением

50

26

69

 

Общая мощность

1300 Вт

3400 Вт

Двойная флуоресцентная

2x16

40

106

лампа с электронным

2x32

20

53

балластным сопротивлением

2x50

13

34

 

Общая мощность

1300 Вт

3400 Вт

Натриевая низкого давления

55

24

63

 

90

15

40

 

135

10

26

 

180

7

18

 

Общая мощность

1300 Вт

3400 Вт

Натриевая высокого давления

250

5

13

С галоидными соединениями

400

3

8

металлов

1000

1

3

 

Общая мощность

1300 Вт

3400 Вт

Рис. U51: Максимальное число ламп, подсоединяемых для дистанционного управления к импульсному реле Merlin Gerin TL 16 A и TL32 A
Максимальное число ламп, подсоединяемых к контакторам Telemecanique GC и Merlin Gerin CT (однофазное питание 230В)


Тип лампы

Мощность

GC16A

GC25A

GC40A

GC63A

 

лампы (Вт)

CT16A

CT25A

CT40A

CT63A

Стандартная лампа

40

38

57

115

172

накаливания

60

30

45

85

125

75

25

38

70

100

100

19

28

50

73

150

12

18

35

50

200

10

14

26

37

Галогенная лампа накаливания

300

7

10

18

25

500

4

6

10

15

1000

2

3

6

8

Галогенная сверхнизкого напряжения

20

15

23

42

63

50

10

15

27

42

75

8

12

23

35

100

6

9

18

27

Некомпенсированная флуоресцентная лампа

18

22

30

70

100

36

20

28

60

90

58

13

17

35

56

Компенсированная флуоресцентная лампа

18

15

20

40

60

36

15

20

40

60

58

10

15

30

43

Флуоресцентная лампа с двойной компенсацией

2x18

30

46

80

123

2x36

17

25

43

67

2x58

10

16

27

42

Флуоресцентная лампа с электронным балласт­ным сопротивлением

18

74

111

222

333

36

38

58

117

176

58

25

37

74

111

Двойная флуоресцентная лампа с электронным балластным сопротивл.

2x18

36

55

111

166

2x36

20

30

60

90

2x58

12

19

38

57

Натриевая низкого давления

18

14

21

40

60

35

3

5

10

15

55

3

5

10

15

90

2

4

 

11

135

1

2

 

7

180

1

2

 

6

Натриевая высокого давления
С галоидными соедине­ниями металлов

70

6

9

18

25

150

6

9

18

25

250

2

4

8

12

400

2

3

6

9

1000

1

2

4

6

Рис : Максимальное число ламп, подсоединяемых к контакторам Telemecanique GC Merlin Gerin CT

Максимальное число балластных сопротивлений, подсоединяемых к выключателям Merlin Gerin C60N (число светильников на фазу, питание 230/400В)
Следующие данные (см. рис. М53) приводятся для кривой отключения D (уставка срабатывания при максимальном токе 10-14 In), позволяющей подсоединять максимальное число единиц оборудования с надежной тепловой защитой и без риска ошибочных отключений при включении.


Оборудование

Мощность трубки (Вт)

Номинальный ток выключателя (A)

1

2

3

6

10

16

20

25

32

40

50

63

80

100

Магнитное балласт­ное сопротивление без компенсации

18

4

9

14

29

49

78

98

122

157

196

 

 

 

 

36

2

4

7

14

24

39

49

61

78

98

 

 

 

 

58

1

3

4

9

15

24

30

38

48

60

 

 

 

 

Магнитное балласт ное сопротивление с компенсацией

18

7

14

21

42

70

112

140

175

225

281

351

443

562

703

36

3

7

10

21

35

56

70

87

112

140

175

221

281

351

58

2

4

6

13

21

34

43

54

69

87

109

137

174

218

2x18

3

7

10

21

35

58

70

87

112

140

175

221

281

351

2x36

1

3

5

10

17

26

35

43

56

70

87

110

140

175

2x58

1

2

3

6

10

17

21

27

34

43

54

68

87

109

Электронное
балластное
сопротивление

18

5

11

17

35

58

93

117

146

186

230

290

366

 

 

36

4

8

13

26

43

71

90

113

144

179

226

284

 

 

58

2

5

10

20

33

58

68

85

109

136

171

215

 

 

2x18

4

8

13

26

43

71

90

113

144

179

226

184

 

 

2x36

2

5

8

15

26

44

55

69

88

110

137

173

 

 

2x58

1

5

5

11

18

30

38

47

61

76

95

120

 

 

Рис. М5,: Максимальное число балластных сопротивлений, подсоединяемых к выключателям Merlin Gerin C60N/0120
Перегрузка нейтрального проводника Риск
В электроустановках, включающих, например, большое число флуоресцентных ламп с электронными балластными сопротивлениями, включенных между фазами и нейтралью, содержание гармоник третьего порядка и гармоник, кратных 3, приводит к перегрузке нейтрального проводника. Рис. М54 ниже показывает типовые уровни гармоник 3-го порядка (Н3), вызванных освещением.


Тип лампы

Типовая мощность

Режим регулирования

Типовой уровень Н3

Лампа накаливания

100 Вт

Диммер

5 - 45 %

с диммером

 

 

 

Галогенная лампа сверх­

25 Вт

Электронный трансфор-

5 %

низкого напряжения

 

матор сверхнизкого напряж.

 

Флуоресцентная трубка

100 Вт

Магнит. балласт. сопротив.

10 %

 

< 25 Вт

Электр. балласт. сопротив.

85 %

 

> 25 Вт

+ компенсация коэффиц. мощности (PFC)

30 %

Газоразрядная лампа

100 Вт

Магнит. балласт. сопротив.

10 %

 

 

Электрон.балласт. сопротив

.30 %

Рис. : Типовые уровни Н3, вызванные освещением
Решение
Во-первых, использование нейтрального проводника малого поперечного сечения запрещено согласно стандарту IEC 60364, Раздел 523-5-3.
Что касается устройств максимально-токовой защиты, необходимо обеспечить 4-полюсный выключатель с защищенной нейтралью (кроме случая схемы TN-C, для которой нейтраль PEN (нейтраль + защитный проводник) не должна отключаться). Этот тип устройства может также использоваться для отключения всех полюсов, что необходимо при включении светильников на линейное (междуфазное) напряжение в случае повреждения.
Поэтому, отключающее устройство должно отключать цепь фазы и нейтрали одновременно.

Токи утечки на землю Риск
При включении заземленные емкостные сопротивления электронных балластных сопротивлений обуславливают появление токов замыкания на землю, которые приводят к непроизвольному отключению устройств защиты.
Два решения
Использование УЗО, обеспечивающих защиту от такого типа импульсного тока, рекомендуется и даже необходима при оснащении существующих электроустановок (см. Рис. М55). Для новых электроустановок целесообразно использовать полупроводниковые или гибридные устройства управления или устройства комбинированного управления (контакторы и импульсные реле), которые снижают импульсные токи (включение при прохождении напряжения через нуль).

Рис. М51: Устройства защитного отключения, обеспечивающие защиту от импульсных токов (Merlin Gerin)
Перенапряжения Риск
Как указывается в предыдущих разделах, включение осветительной цепи вызывает переходное состояние, которое выражается в значительном переходном токе. Такой ток сопровождается сильными колебаниями напряжения, подаваемого на зажимы нагрузки, подсоединенной к цепи. Эти колебания напряжения могут нарушать работу чувствительных нагрузок (микрокомпьютеры, регуляторы температуры и т.д.)
Решение
Рекомендуется отделять источник питания таких чувствительных нагрузок от источника, питающего цепи освещения.
Чувствительность осветительных устройств к резким отклонениям напряжения
Кратковременные прерывания
Риск
Газоразрядные лампы требуют времени на повторное зажигание (несколько минут) после восстановления их питания.
Решение
Следует обеспечить частичное освещения лампами мгновенного включения (лампы накаливания или газоразрядные лампы быстрого повторного зажигания или флуоресцентные трубки), если этого требуют правила техники безопасности. Такая цепь питания обычно отличается от основной осветительной цепи и зависит от действующих норм.
Колебания напряжения
Риск
Большинство осветительных устройств (за исключением ламп с электронным балластным сопротивлением) чувствительно к частым колебаниям напряжения питания. Такие отклонения вызывают явление мерцания, которое не только дискомфортно для потребителей, но и может приводить к значительным проблемам. Такие проблемы зависят от частоты колебаний и их величины.
Стандарт IEC 61000-2-2 («уровни совместимости для низкочастотных кондуктивных помех») указывает максимальную допустимую величину колебаний напряжения как функцию числа колебаний в секунду или минуту.
Такие колебания напряжения обусловлены главным образом колеблющимися нагрузками высокой мощности (электродуговые печи, сварочные аппараты, запускающимися двигателями).
■ Решение
Для снижения колебаний напряжения могут использоваться специальные методы. Рекомендуется, при возможности, обеспечить питание осветительных цепей по отдельной линии. Использование электронных балластных сопротивлений рекомендуется для объектов с высокими требованиями (больницы, помещения с особо чистой атмосферой, вычислительные залы и т.д.).
Разработки в области аппаратуры управления и защиты
Электронные светорегуляторы (диммеры) находят все более широкое применение. Ограничения по зажиганию ламп снижаются, а снижение рабочих параметров аппаратуры управления и защиты становится менее значимым. Внедряются новые устройства защиты, разработанные с учетом ограничений по осветительным цепям. Например, выключатели Merlin Gerin и модульные выключатели остаточного тока со специальной защитой, такие как дифференциальные выключатели нагрузки ID и модули Vigi тип s.i.. По мере развития аппаратуры управления и защиты обеспечивается дистанционное управление, круглосуточное управление, регулирование освещения, снижение энергопотребления и т.д.
4.4. Освещение общественных мест Нормальное освещение
Нормы, регулирующие минимальные требования для общественных зданий в большинстве европейских стран, предусматривают следующее:
Управление и защита электроустановок освещения общественных мет должны обеспечиваться отдельно от электроустановок освещения других мест.
Нарушение электропитания конечной осветительной цепи (т.е., перегорание предохранителя или отключение выключателя) не должно приводить к полному выключению освещения в общественных местах, рассчитанных на более 50 человек.
Защита с использованием УЗО должна быть распределеной (т.е., должно использоваться несколько устройств).
Аварийное освещение
Такие схемы включают указатели аварийного выхода с подсветкой и указатели направления, а также общее освещение.
Указатели аварийного выхода
В местах скопления более 50 человек должны обеспечиваться световые указатели направления к ближайшему аварийному выходу.
Общее аварийное освещение
Общее освещение обязательно для мест скопления не менее 100 человек (50 человек или более в подземных сооружениях).
Повреждение осветительной распределительной цепи не должно нарушать работу других цепей:
Требуется абсолютная селективность максимальной токовой защиты и защиты от замыканий на землю (УЗО) с обеспечением отключения только поврежденной цепи.
Уставка должна быть заземлена по системе IT или относиться к классу II, т.е., двойная изоляция.
Источники питания для аварийного освещения
Источники питания для систем аварийного освещения должны быть рассчитаны на питание всех ламп при самых неблагоприятных возможных условиях, а также на время освещения, необходимое для полной эвакуации помещений, но в любом случае не менее одного часа.
Совместимость аварийного освещения с другими частями электроустановки
Источники аварийного освещения должны обеспечивать питание исключительно цепей, установленных только для работы в аварийных ситуациях.
Резервные системы освещения должны работать для поддержания освещения при отказе нормальных осветительных цепей (как правило, в неаварийной ситуации). Однако отказ резервного освещения должен приводить к автоматическому включению системы аварийного освещения.
Центральные источники аварийного электропитания могут также использоваться для резервного питания при одновременном выполнении следующих условий:
В случае нескольких источников, при отказе одного источника должно оставаться достаточно располагаемой мощности для поддержания питания всех систем безопасности с автоматическим отключением второстепенных нагрузок (при необходимости)
Отказ одного источника или одной единицы оборудования безопасности не должен нарушать работу всех других источников и устройств безопасности
Все устройства систем безопасности должны быть рассчитаны на получение питания от любого источника.

Классификация схем аварийного освещения
Многие страны имеют установленные законом нормы, касающиеся безопасности в зданиях и общественных местах.
Классификация таких мест позволяет определить соответствующие типы решений, допускаемых для использования в схемах аварийного освещения в различных местах. Ниже приводятся четыре типовые классификации:
Тип A
Лампы получают постоянное питание в полном объеме при присутствии людей от отдельного центрального источника (аккумуляторная батарея или аккумулятор или генератор с приводом от двигателя (дизель, газовая турбина и т.п.)). Такие цепи должны быть независимы от других цепей .
Тип B
Лампы должны получать постоянное питание при присутствии людей с помощью следующих устройств:
Аккумуляторная батарея с постоянным соединением с лампами и непрерывным подзарядом от нормального источника освещения или
Генератор с приводом от двигателя, характеристики которого гарантируют восстановление питания основных нагрузок в течение одной секунды (т.к. агрегат уже работает и питает аварийное освещение) в случае отказа нормального источника питания или
Автономные блоки, которые постоянно питаются от нормального источника освещения и продолжают гореть (минимум один час) после нарушения нормального электропитания благодаря автономной аккумуляторной батарее. Батарея непрерывно подзаряжается в нормальных условиях. Такие блоки включают лампы накаливания для указателей выхода и направления выхода. Цепи питания всех аварийных ламп должны быть независимы от всех других цепей (1)
Тип C
Лампы могут не получать питания в нормальных условиях, но если получают, то от нормальной системы освещения или источника аварийного освещения.
Аккумуляторные батареи аварийного освещения должны постоянно подзаряжаться от нормального источника с помощью автоматических регуляторов, для того, чтобы обеспечить питание аварийного освещения в течение одного часа.
Генераторные установки с приводом от двигателей должны быть способны принимать полную нагрузку аварийного освещения из резервного (стационарного) состояния за время менее 15 секунд после отказа нормального источника питания. Запуск двигателя обеспечивается аккумуляторной батарей, рассчитанной на шесть запусков, или системой сжатого воздуха. Минимальные запасы энергии в двух системах пуска должны поддерживаться автоматически.
Повреждения центрального источника аварийного питания должны обнаруживаться путем контроля в достаточном количестве точек с соответствующей сигнализацией о повреждении диспетчерскому/обслуживающему персоналу.
Автономные блоки могут гореть постоянно или временно. Цепи всех аварийных ламп должны быть независимы от всех других цепей * .
Тип D
Этот тип аварийного освещения включает переносные светильники с питанием от батареи (первичный или вторичный элемент), находящиеся в распоряжении служебного персонала или людей.



 
« Ремонт электрооборудования распредустройств до 10 кВ   Схемы управления и сигнализации воздушных и масляных выключателей »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.