Резонансная система электроосвещения
В.М. Угаров, генеральный директор, ЗАО «РезонансЭнерго», г. Москва
Предлагаемое решение
Разработана экономичная пожаробезопасная резонансная система электроосвещения с использованием сверхярких светодиодов и люминесцентных ламп. Однопроводная резонансная высокочастотная электрическая система используется в качестве источника энергии. Использование провода или кабеля с одной тонкой жилой позволяет сократить расход цветных металлов, уменьшить капитальные затраты на осветительные сети, исключить возможность короткого замыкания в линиях и хищение кабелей и проводов. Резонансная система питания может найти применение для экономичного энергосберегающего освещения жилых и производственных зданий, а также для освещения сельских населенных пунктов, дорог и улиц.
Однопроводниковые линии позволяют передать электрическую энергию на б́ольшие расстояния, по сравнению с традиционными, уменьшить потери в линии электропередачи, исключить аварии на линии, связанные с погодными явлениями, получить экономию цветных металлов. От однопроводниковой линии можно питать потребителей от одного генератора, для этого достаточно к линии (3) присоединить обратных преобразователей состоящих из резонансного трансформатора (4), выпрямителя (5) и преобразователя со стандартным выходным напряжением (6) (рис. 1).
Линия электропередачи может быть воздушная, кабельная (проложенная в земле) или может просто лежать на поверхности земли. В качестве воздушной линии можно использовать имеющиеся линии электропередачи.
Система с электропитанием по одному проводу в резонансном режиме предназначена для освещения больших помещений, интерьеров подземных и наземных сооружений, вокзалов, железнодорожных станций, выставочных павильонов, вагонов, освещение жилых, спортивных, промышленных, железнодорожных и сельскохозяйственных объектов и помещений, удаленных улиц и железнодорожных станций.
Использование одиночного проводника в качестве волновода для передачи электромагнитной энергии на высокой частоте основаны на свойстве разомкнутой линии индуцировать на поверхности проводника электрические заряды, благодаря которым осуществляется передача электрической энергии.
Традиционная система уличного (рис. 2) освещения большой протяженностью состоит из 3-х фазной высоковольтной линии электропередачи (1) напряжением 6-10 кВ, нескольких трансформаторных подстанций (2) 6-10/0,4 кВ, участков 3-х фазной низковольтной линии (3) протяженностью до 2-3 км и фонарей на газоразрядных лампах с дроссельным питанием. Дроссельное питание, как правило, имеет cosφ равный 0,4-0,55, что увеличивает потребляемый ток в трансформаторах и линии электропередачи, что в свою очередь требует увеличение сечения проводов или установки индивидуальных компенсаторов реактивной мощности.
Таким образом, параллельно линии освещения должны быть протянуты 6 силовых проводов (3-высоковольтных и 3 низковольтных), не считая нулевых и заземляющих.
Резонансная система уличного освещения (рис. 3) состоит из одной трансформаторной подстанции (5) 6-10/0,4-0,6 кВ, преобразователя частоты (6), резонансного трансформатора (7), однопроводниковой линии (8) и фонарей (9) с обратными преобразователями.
Система работает следующим образом. Напряжение источника электрической энергии, подводимое к преобразователю напряжения, преобразуется в повышенное напряжение высокой частоты, и подается на однопроводную линию. К однопроводной линии подсоединены фонари. Лампы могут быть применены компактные люминесцентные или светодиодные.
Например, для линии освещения со стандартной системой питания мощностью 20 кВт, протяженностью 6 км, необходимо:
- 3-х фазная линия электропередачи с напряжением 6-10 кВ, длиной 3 км с минимальным сечением 70 кв.мм х 3 (на отпайках, в линиях 6-10 кВ, допускается минимальное сечение 35 мм2);
- трансформаторная подстанция 6-10/0,4, мощностью 25 кВа (при cosφ=0,9);
- две 3-х фазные низковольтные линии электропередачи с напряжением 0,4 кВ, длиной 3000 м, сечением 150 кв.мм х 3, при потерях напряжения до 8 %;
- фонари с дроссельным балластом (0,9 кг меди в каждом) и компенсаторами реактивной мощности;
- натриевые или дуговые ртутные лампы.
Для линии освещения с резонансным питанием мощностью 20 кВт, протяженностью 6 км, необходимо:
- трансформатор 6-10/0.4-0.66, мощностью 25 кВА (при cosφ=0,9 и кпд преобразователя 0,9);
- преобразователь частоты мощностью 20 кВт;
- резонансный трансформатор (10 кг меди);
- однопроводниковая линия электропередачи длиной 6 км, сечением 6мм2;
- фонари с обратными преобразователями и электронными балластами (0,12 кг меди);
- светодиодные или компактные люминесцентные лампы.
Система электроосвещения прошла апробацию на молодежном форумах «Селигер-2006» и «Селигер-2007» (рис. 4), показывалась на выставках «Архимед-2007», «Архимед-2008», Золотая Осень 2008 и др.
Во всероссийском научно-исследова-тельском светотехническом институте (ВНИСИ) разработана и запатентована система электрического освещения на основе светодиодных ламп с питанием от резонансной однопроводниковой линии.
Преимущества
Преимущества резонансных систем светодиодного освещения:
- передача электрической энергии на большие расстояния без применения трансформаторных подстанций;
- снижение капитальных затрат на электроснабжение;
- уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;
- исключение аварий на линии, связанных с погодными явлениями;
- принципиальное отсутствие коротких замыканий в проводах;
- получение экономии цветных металлов;
- улучшенная цветопередача;
- экономия электроэнергии;
- высокой срок службы – до 100 тыс. ч;
- возможность плавного регулирования яркости.
Опыт внедрения
На основе апробации данной системы в птичнике ГУП ППЗ «Птичное» Россельхозакадемии (рис. 5) установлено:
- в настоящее время клетки размером 1м х 2м при двух ярусном расположении освещаются двумя лампами накаливания мощностью по 60 Вт итого 120 Вт, данная система не позволяет равномерно освещать клетки всех ярусов (нижние клетки освещены хуже, 5 лк против 15 лк), таким образом, для освещения одной клетки при двух ярусной конструкции расходуется 40 Вт;
- на одну птицеклетку размером 1м х 2 м достаточно 2-х светодиодных ламп мощностью по 1 Вт и одну светодиодную лампу мощностью 1 Вт для освещения прохода обслуживающего персонала, таким образом, для освещения одной клетки при двух ярусной конструкции расходуется 2,5 Вт;
- светодиоды обеспечивают равномерное освещение внутри клетки независимо от яруса расположения клетки;
- резонансная система электрического освещения на основе светодиодных ламп позволяет изготавливать регулируемое освещение внутри любой клетки в пределах 2-20 лк при неизменном спектре излучения (в то время как при изменении яркости ламп накаливания спектр излучения меняется);
- срок службы светодиодных ламп составляет 50 тыс. ч (при уменьшении светового потока на 20 %), у ламп накаливания до 1 тыс. ч (замена 30% ежемесячно).
Полученные результаты производственной апробации разработанной однопроводной резонансной системы освещения на основе светодиодов с целью замены существующих линий освещения свидетельствуют о высокой эффективности и экономичности.
Нормы освещенности внутри клеток обеспечиваются при монтаже двух светодиодных ламп мощностью по 1 Вт снаружи клетки с разных сторон по диагонали.
Однопроводная резонансная система освещения может быть использована для замены существующей системы освещения.
Литература
1. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи электрической энергии, издание второе. Изд. ВИЭСХ, М., 2008.
2. Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Рощин О.А. Однопроводниковые системы электрического снабжения (освещения). Специализированная выставка «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» Сборник научных трудов и инженерных разработок. Москва 2008. С. 358-362.
3. Стребков Д.С., Некрасов А.И., Юферев Л.Ю., Рощин О.А. Резонансная система электрического освещения. Экология и сельскохозяйственная техника. Материалы 5-й международной научно-практической конференции 15-16 мая 2007 г. Том 3. Экологические аспекты производства продукции животноводства и электротехнологий. С-П 2007. С. 246-250