Эффективное использование электрической энергии

1.

Лекция 7.
ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Тема 4 (2 часа)
1

2.

Использование
электрической энергии
Электричество применяется:
•Для электроприводов в системах сжатого воздуха,
•вентиляции, теплоснабжения и водоснабжения,
•Для освещения,
•В электротермических установках,
•В технологических процессах различных производств,
•В электронных приборах,
•Для питания бытовых электроприборов.
2

3.

Электропривод
Электропривод – это электромеханическая система
для
приведения
в
движение
исполнительных
механизмов рабочих машин и управления этим
движением в целях осуществления технологического
процесса.
Электропривод служит для преобразования
электрической энергии в механическую.
Он
является
основным
потребителем
электрической энергии (до 60 %) в промышленности.
3

4.

Основные подходы для повышения
эффективности электроприводов:
1. Мощность двигателя должна
соответствовать нагрузке: если двигатель
перегружен, он быстро выходит из строя,
если двигатель недогружен, снижаются его
КПД и коэффициент мощности cos
4

5.

Основные подходы для повышения
эффективности электроприводов:
2. В случае переменной нагрузки или частых
простоев электродвигателей следует применять
системы управления.
5

6.

Экономия электроэнергии при пуске и
остановке электродвигателей
Управление приводами центробежных механизмов
(насосов, компрессоров, вентиляторов) может
осуществляться:
•дросселированием,
• отключением-включением,
•пуско-регулирующими устройствами.
Дросселирование - ограничение пусковых
и тормозных токов в электроприводах путем
включения в роторную цепь электродвигателя
активно-индуктивного сопротивления
6

7.

Регулирование частоты электродвигателей
Для регулирования в настоящее время используются
электронные преобразователи частоты с системой
микропроцессорного управления. Эти системы
вытесняют ранее применявшийся регулируемый
электропривод постоянного тока.
7

8.

Эффективность способов регулирования
100
Мощность, %
Дросселирование
Включение/о
тключение
Регули
ровани
25
50
Время, %
е част
75
оты
100
8

9.

Экономия электроэнергии при электронном
регулировании частоты электродвигателей
При внедрении регулируемого электропривода
достигается экономия энергии:
1) 50% для вентиляционных систем,
2) 25% для насосов,
3) 40-50% для компрессоров.
9

10.

Освещение
В промышленности на освещение в среднем
расходуется до 10% потребляемой
электроэнергии.
В сфере услуг и развлечений этот показатель
может достигать 25%.
10

11.

Свет – излучение, непосредственно воспринимаемое
зрением (видимое излучение).
Видимое излучение – электромагнитное излучение с
длиной волны от 380 до 780 нм.
Освещение – применение света в конкретной
обстановке, рядом с объектами или в их окружении, с
целью сделать их видимыми.
11

12.

Лампа – источник света. Электрическое
устройство, предназначенное для излучения
света.
Светильник – прибор, перераспределяющий,
фильтрующий и преобразующий свет,
излучаемый одной или несколькими
лампами и содержащий все необходимые
детали для установки, крепления его и ламп.
12

13. Светильники

Рациональное освещение — это получение
достаточной освещенности путем наиболее
выгодного выбора мест размещения
светильников, их числа и мощности ламп
при эстетическом световом оформлении
помещения.
13

14.

Электрическое освещение подразделяется на:
общее (равномерное освещение всего
помещения),
местное (освещение рабочих мест),
комбинированное.
14

15.

Методы регулирования освещения
При отсутствии необходимости в освещении его следует
отключать, что уменьшает затраты электроэнергии. Для этих
целей применяются:
1) Автоматизированные системы управления освещением
на основе программного управления или уровня
освещенности (светофоры, уличные фонари);
2) Включение освещения от датчика движения (освещение
лестниц, коридоров, подъездов) ;
3) Автоматическое дистанционное включение/отключение
освещения (с пульта, брелка, и др.) ;
4) Регулирование освещенности при помощи реостатов.
15

16.

Световой поток, Ф - это полное количество
света, излучаемого данным источником.
Единица: люмен (лм).
16

17.

Освещенность (плотность светового потока), E –
определяется отношением падающего светового
потока к площади освещаемой поверхности.
Единица измерения: люкс (лк). Приборы,
предназначенные для измерения освещенности,
называются люксметрами
Общепринятые показатели освещенности:
Лето, день под безоблачным небом - 100 000 люкс
Освещение для чтения – 300-500 люкс
Мягкий свет – 150 люкс
Уличное освещение - 5-30 люкс
Полная луна в ясную ночь - 0,25 люкс
17

18.

Световая отдача Н, лм/Вт это отношение
светового потока источника света к потребляемой
мощности.
Световая отдача показывает, с какой
экономичностью потребляемая электрическая
мощность преобразуется в свет.
Ф
H
N
18

19.

Виды источников света:
•лампы накаливания
•галогенные лампы накаливания
•газоразрядные лампы низкого давления
(люминесцентные лампы)
•газоразрядные лампы высокого давления
•светодиоды
19

20.

Лампа накаливания — осветительный прибор,
искусственный источник света. Свет испускается нагретой
металлической спиралью при протекании через неё
электрического тока
20

21.

Недостаток - малая доля излучения лежит в области
видимого света, основная доля приходится на
инфракрасное излучение.
Температура нити накала ограничена температурой
плавления нити. Идеальная температура в 6000 K
недостижима, т. к. при такой температуре любой
известный материал плавится. Применяется вольфрам
(3410 °C) или осмий (3045 °C).
При 2300—2900 °C излучается далеко не дневной свет.
21

22.

Для исключения окисления вольфрамовая нить
защищена стеклянной колбой, заполненной
нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы
делались с вакуумированными колбами. Однако в
вакууме при высоких температурах вольфрам быстро
испаряется, делая нить тоньше.
22

23.

Существенные характеристики лампы накаливания световая отдача и срок службы - в основном
определяются температурой спирали: чем выше
температура спирали, тем выше световая отдача, но
тем короче срок службы. Световая отдача ламп
накаливания в диапазоне от 25 до 1000 Вт составляет
примерно от 9 до 19 лм/Вт для ламп со средним
сроком службы 1000 ч.
23

24. Галогенные лампы накаливания

Содержат в газе-наполнителе незначительные добавки
галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их соединения,
которые в процессе вольфрамо-галогенного цикла не
дают уже испаренному вольфраму осесть на стенках
колбы.
24

25.

Внешний вид галогенных ламп накаливания
25

26.

Газоразрядные лампы низкого давления
Люминесцентные лампы (или лампы дневного
света) представляют собой цилиндрическую трубку с
электродами, в которую закачаны пары ртути. Под
действием электрического разряда пары ртути
излучают ультрафиолетовые лучи, которые, в свою
очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки
люминофор излучать видимый свет.
26

27.

Газоразрядные лампы низкого давления
Главными достоинствами люминесцентных ламп по
сравнению с лампами накаливания являются
высокая светоотдача - 75 лм/Вт (люминесцентная
лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа
накаливания) и более длительный срок службы
(10000 часов против 1000 часов) –
энергосберегающие лампы
27

28.

Газоразрядные лампы низкого давления
Недостатки люминесцентных ламп
Относительная сложность включения.
Невозможность питания ламп постоянным током.
Зависимость характеристик от температуры окружающей
среды.
Периодические пульсации их светового потока с
частотой, равной удвоенной частоте электрического
тока.
28

29.

Газоразрядные лампы низкого давления
По форме различаются линейные, кольцевые, Uобразные, а также компактные люминесцентные лампы.
29

30. Газоразрядные лампы высокого давления

Принцип работы основан на электрических дуговых
разрядах, между электродами вызывающих свечение
газа - наполнителя в разрядной трубке.
30

31.

ДРЛ (дуговые ртутные лампы)
Люминесцентные ртутно-кварцевые лампы (ДРЛ),
состоят из стеклянной колбы, покрытой изнутри
люминофором, и кварцевой трубки, которая
заполнена парами ртути под высоким давлением. Для
поддержания стабильности свойств люминофора
стеклянная колба заполнена углекислым газом.
31

32.

Металлогалогенные лампы высокого
давления
Металлогалогенные лампы - это ртутные лампы высокого
давления с добавками йодидов металлов или йодидов
редкоземельных элементов для исправления цветности.
Внешне металлогалогенные лампы отличаются от ламп
ДРЛ отсутствием люминофора на колбе.
32

33.

Натриевые лампы высокого давления
Внутри внешнего баллона
натриевой лампы расположена
«горелка» – трубка,
выполненная из алюминиевой
керамики и заполненная парами
натрия. В трубке создается
дуговой разряд, который
вызывает свечение паров
натрия желтым светом.
Натриевые лампы
характеризуются высокой
световой отдачей.
33

34.

Срок службы большинства ламп составляет 1000015000 ч. Наименьшую световую отдачу среди
рассмотренных разрядных ламп имеют лампы ДРЛ
(дуговая ртутная лампа): 40-60 лм/Вт, наибольшую
НЛВД (натриевые лампы высокого давления) – до
120 лм/Вт. Лампы МГЛ (металлогалогенные лампы)
занимают промежуточное положение: их световая
отдача составляет от 60 до 100 лм/Вт. Световая
отдача ламп растёт с увеличением мощности.
34

35.

Область применения ламп ДРЛ (дуговые
ртутные лампы:
освещение открытых территорий,
производственных, сельскохозяйственных и
складских помещений.
35

36.

Область применения ламп НЛВД
(натриевые лампы высокого давления):
• освещение городов,
• больших строительных площадок,
• высоких производственных цехов.
Позволяют экономить электроэнергию.
36

37.

Область применения ламп МГЛ
(металлогалогенные лампы)
• фасады зданий,
• фонтаны,
• памятники,
• сценическое освещение,
• эндоскопия,
• кино- и видеосъемка при дневном освещении,
• открытые и закрытые спортсооружения,
• места с высокими требованиями к цветопередаче.
37

38.

Светодиодные лампы
Светодиод- полупроводниковый прибор с электроннодырочным переходом (p-n переходом),
создающий оптическое излучение при пропускании
через него электрического тока в прямом направлении.
38

39.

Зонная структура уровней светодиодов
39

40.

Светодиодные лампы
Светодиодная лампа является одним из
самых экологически чистых источников света.
Достоинства:
1.Высокая экономичность (лампы со светодиодами потребляют
примерно в 20 раз меньше электроэнергии, по сравнению с
лампами накаливания, при этом они дают точно такую же
яркость освещения.)
2. Длительность работы. светодиодные лампы сделаны на
основе кристалла, поэтому в устройстве просто нечему
перегорать и оно не может разбиться. Это продлевает срок
службы светильника до 100000 часов.
3. Устойчивость к воздействию низких температур.
4. Отсутствие токсичных составляющих.
40

41.

Светодиодные лампы
Недостатки:
1.Высокая стоимость
2. Непереносимость слишком высокой температуры воздуха.
3. Направленность освещения.
41

42.

Светодиодные лампы. Основное
освещение
1.
2.
3.
4.
Применение
Светофоры, дорожные знаки, информационных табло,
указатели, бегущие строки, гибкие ПВХ световые шнуры
Дюралайт и др.
Освещение улиц, дорог и больших территорий.
Архитектурное освещение.
Освещение помещений (местное).
42

43.

Светодиоды. Дополнительное освещение
Применение
1. Автомобильные фары и фонари
2. Индикаторы приборов в виде одиночных
светодиодов.
3. Подсветка ЖК экранов (мобильных телефонов,
мониторов, телевизоров и т. д.).
4. Игры, игрушки, значки, USB-устройства и другие
гаджеты.
43

44.

Светодиодная подсветка
44

45.

Потребление энергии за счет освещения
Экономия энергии на освещение при замене
существующих источников света с суммарным
годовым потреблением электроэнергии Wr
(кВт∙ч/год) более эффективными источниками:
W Wr (1 k ист.k эл. ),
45

46.

Потребление энергии за счет освещения
где
k ист. H стар. H нов. - коэффициент
эффективности замены источника, Hнов. –
светоотдача предлагаемого для установки источника
света, Hстар.- светоотдача существующего источника
света, kэл.- коэффициент запаса, учитывающий
снижение светового потока лампы.
46