Качество электроэнергии - скрытая угроза для промышленного светодиодного освещения
Энергоэффективное светодиодное освещение в промышленности постепенно заменяет старые типы осветительных приборов. Однако в некоторых случаях компании сталкиваются с постоянными поломками новых дорогостоящих ламп. Причина этого — малоизвестные проблемы с качеством электроэнергии.
Преимущества светодиодов и неприятные сюрпризы
Когда предприятие рассматривает переход на светодиодные (LED) светильники, обычно на первом месте рассматриваются высокие характеристики светодиодов. Например, по сравнению с газоразрядными лампами высокой интенсивности (HID), светодиоды не содержат токсичных веществ, мгновенное включение, возможность регулирования яркости и срок службы не 1-2 года, а в среднем пять лет.
Потребление электроэнергии HID и LED-лампами
Светодиодное освещение действительно имеет все вышеперечисленные достоинства. Но в некоторых случаях, заменив тысячи ламп в производственных цехах, теплицах, складах и т. д., компания сталкивается с каскадом поломок светодиодных светильников, которые не отработали даже треть положенного срока. В ряде случаев светодиоды выходят из строя в срок от одного месяца до двух лет после начала эксплуатации. Хуже, когда лавинообразный рост отказов ламп происходит в течение года после завершения пятилетнего гарантийного срока.
Наиболее частая поломка LED-светильников — это выход из строя драйверов
В большинстве случаев поставщики меняют драйверы светодиодов (электронные блоки управления питанием LED-ламп). Но если ламп несколько тысяч, то ремонт обойдется слишком дорого и потребует много времени. Не говоря уже об остановке производства в случае, когда продолжение работы без освещения невозможно. В таких случаях убытки могут достигать сотни миллионов рублей. Очевидно, это не тот результат, которого ожидали руководители предприятия, переходя на новый тип надежного и экономически эффективного LED-освещения.
Новые лампы над старыми проблемами
Вернуть старые HID-лампы в большинстве случаев будет во много раз дороже, чем починить светодиодную систему. К тому же нет смысла отказываться от преимуществ LED. Необходимо лишь решить проблему с качеством электроэнергии, которое для светодиодов должно быть более высоким, как и для другого современного оборудования. Яркие лампы HID используют электромагнитный балласт из меди и железа и могут выдержать практически любые помехи в электросети. Чаще они выходят из строя из-за неправильного теплового режима работы, чем из-за плохого качества энергии. Поэтому линиям питания HID-освещения часто не уделяют особого внимания. В настоящее время большинство производителей LED предлагают мощные промышленные светильники, работающие под напряжением до 480 В переменного тока. К сожалению, зачастую производители не учитывают особенности промышленного использования светильников, опираясь лишь на опыт в области уличного освещения. В результате, драйверы LED проектируются для защиты от скачков напряжения и обычно оснащаются устройствами защиты от перенапряжений, рассчитанными на 10 кВ при 10/20 кА.
В случае использования промышленного светодиодного освещения возникают более сложные проблемы с качеством электроэнергии. На производстве существует множество потребителей с нелинейной нагрузкой, например, регулируемые приводы (ШИМ/ЧИМ) или асинхронные двигатели, потребляющие большие пусковые токи. Эти устройства создают в питающей сети значительный уровень помех в широком диапазоне частот и способны значительно ухудшить качество энергии во всех уровнях, высоких и низких частотах. Помехи создают также переключения контакторов.
Наглядная разница яркости HID и LED ламп
В общем спектре помех присутствуют интергармоники. В европейские технические требования по качеству электроэнергии понятие интергармоники было включено в 1994 г. Это явление приводит к сбоям в работе детекторов перехода через ноль, например, в устройствах регулирования яркости светодиодных светильников. Чаще всего, источником интергармоник становятся изношенные электродвигатели, сварочные аппараты, индукционные печи и другое оборудование. В отдельных случаях к поломке светодиодных светильников приводят периодические кратковременные аномалии в электросети. На рисунке 3 виден суточный циклический график напряжения фаз и нейтрали промышленной электросети. В разные периоды времени было зафиксировано резкое падение на разных фазах.
Данные мониторинга напряжения на предприятии, где произошла поломка светодиодного освещения
Ошибкой является использование лишь общих параметров мониторинга качества электроэнергии и отсутствие данных о явлениях, которые могут объяснить причину поломки драйверов светодиодов. В итоге короткие переходные процессы, приводящие к скачкам напряжения, выпадают из поля зрения .
Решение проблемы: правильный мониторинг
В большинстве случаев правильный мониторинг качества электроэнергии позволяет своевременно выявить проблему и предотвратить поломку дорогостоящего светодиодного освещения. Однако для этого иногда необходимо обновить оборудование для мониторинга электросети. Дело в том, что старые приборы и программное обеспечение могут «игнорировать» важные сигналы, такие как аномалии гармоник и мерцания.
Необходимы анализаторы качества энергии, соответствующие межгосударственному стандарту IEC 61000-4-7:2009. В России этот стандарт с некоторыми изменениями называется ГОСТ 30804.4.7-2013 «Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств». Он был принят в 2014 г. и учитывает современные требования к электронике и качеству энергии. Также в нем разнесены понятия гармоники, интергармоник и других спектральных составляющих от 2 кГц до 9 кГц.
Таким образом, главный специалист предприятия должен прежде всего документировать самые мощные, а также нелинейные нагрузки, работающие на линиях освещения. Например, большинство линий 480 В соединены вместе через общий переключатель на распределительном устройстве. Возможно, на предприятии имеется больше одной линии 480 В, но в любом случае необходимо знать, какие типы помех присутствуют на каждой линии, к которой будет подключаться LED-освещение. Необходимо выявить возможные ошибки в разводке фаз и нейтрали, правильно спроектировать и построить систему заземления, которая должна иметь низкий импеданс и выдерживать высокочастотные помехи.
Тщательный мониторинг качества энергии с помощью современных приборов является неотъемлемой частью надежного функционирования систем светодиодного освещения. Мониторинг должен проводиться до установки, непосредственно после, а также регулярно повторяться с длительными месячными периодами замеров для выявления всех возможных аномалий электросети.
В настоящее время подобные процедуры легко выполняются с помощью совершенных приборов для тестирования качества электроэнергии. Например, анализатор Fluke 1738 способен регистрировать более 500 параметров качества электроэнергии, включая уровни гармоник, скачки напряжения и искажения формы тока, которые могут привести к поломке драйверов светодиодных светильников.
Правильное использование подобных приборов позволяет сохранить дорогостоящее оборудование и максимально эффективно использовать инвестиции в энергоэффективное светодиодное освещение.
Если вам нужна профессиональная консультация по анализу качества электроэнергии, просто отправьте нам сообщение!
Смотрите также:
