Экономичный источник света трансформаторного типа

Большие возможности по энергосбережению за счет экономии электрической энергии лежат в усовершенствовании наружного, бытового и производственного освещения, ибо в этой области затрачивается до 20% всей производимой в мире электроэнергии. Любые усовершенствования источников света, пуско регулирующей аппаратуры (ПРА), конструкции светильников, повышение коэффициента использования светового потока осветительной установки приводят к значительному экономическому эффекту. Особые сложности возникают с освещением крупных объектов и созданием мощных излучательных установок для фотохимических технологий.

Это, как правило, связано с низким ресурсом работы мощных ламп, поскольку все выпускаемые промышленностью газоразрядные излучатели имеют электроды, которые интенсивно разрушаются при высоких плотностях тока. Так, срок службы мощных газоразрядных ламп не превышает 1000 ч., при этом до 40 % подводимой мощности теряется в электродах. Одним из наиболее эффективных путей решения проблемы увеличения ресурса работы и эффективности газоразрядных источников света является переход к принципиально новым, безэлектродным технологиям генерации газового разряда, позволяющих значительно (в 10 раз и более) увеличить срок службы газоразрядных ламп. В этом случае, за счет отсутствия приэлектродных потерь, также увеличивается эффективность газоразрядных источников света.

В институте Теплофизики СО РАН на основе исследований низкочастотных (10 кГц) индукционных разрядов трансформаторного типа «были разработаны и созданы экспериментальные образцы индукционных безэлектродных газоразрядных ламп различной мощности — от 100 Вт до 100 кВт, выполнены экспериментальные исследования характеристик данных источников света.

источник света на базе трансформатора

рис. 1

Принцип работы данных ламп аналогичен принципу работы трансформатора. Газовый разряд представляет замкнутый тороидальный плазменный виток, охватывающий магнитопровод. Также на магнитопроводе изготовлена система первичных обмоток, на которые подается переменное напряжение от источника питания.Фактически, газовый разряд выполняет роль вторичной обмотки трансформатора (см.рис.1). 
Отсутствие изнашивающихся узлов (электродов) позволяет снять ограничение на вкладываемую в лампу мощность и значительно увеличить срок службы газоразрядной лампы. Так, мощность экспериментального образца (рис. 2) достигает 100 кВт, а срок службы разрабатываемых ламп (определяемый только старением материала стенок колбы) превышает 30.000 часов.

мощный индукционный источник света

рис. 2

Принцип работы данных ламп аналогичен принципу работы трансформатора. Газовый разряд представляет замкнутый тороидальный плазменный виток, охватывающий магнитопровод. Также на магнитопроводе изготовлена система первичных обмоток, на которые подается переменное напряжение от источника питания.Фактически, газовый разряд выполняет роль вторичной обмотки трансформатора (см.рис.1). 
Отсутствие изнашивающихся узлов (электродов) позволяет снять ограничение на вкладываемую в лампу мощность и значительно увеличить срок службы газоразрядной лампы. Так, мощность экспериментального образца (рис. 2) достигает 100 кВт, а срок службы разрабатываемых ламп (определяемый только старением материала стенок колбы) превышает 30.000 часов.

индукционный источник света с ртутно-аргоновым наполнением 200-400ВА

рис. 3

 Для сравнения: наиболее мощной из выпускаемых промышленностью ламп является ксеноновая лампа  ДКсТВ 50000 мощностью ~50 кВт и сроком службы ~600 ч. (применяется в фотохимической промышленности). На рис.3  представлена индукционная лампа с ртутно-аргоновым наполнением. Мощность данной лампы составляет 200-400 Ватт, срок службы более 50.000 часов, что в 10 раз превышает срок службы дуговых ртутных ламп аналогичной мощности.

индукционная лампа с неоновым наполнением 500ВА

рис. 4

На рисyнке 4  представлен экспериментальный образец индукционной лампы с неоновым наполнением,  мощностью до 500 Вт.
В настоящее время в ИТ СО РАН, совместно с Новосибирским электровакуумным заводом, ведутся научно- исследовательские и опытно-конструкторские работы, нацеленные на разработку индукционных ламп различных типов: люминисцентные лампы мощностью 100-200 Вт, натриевые лампы низкого давления мощностью 200-400 Вт, неоновые и ксеноновые газоразрядные лампы различной мощности, металлогалогенные лампы, лампы с парами металлов (цинк, кадмий). При этом особое внимание уделяется проблеме экологической безопасности разрабатываемых ламп — проблеме создания эффективных безртутных источников света. Так, разрабатываемые индукционные натриевые лампы низкого давления со световой отдачей 100-150 Лм/Вт в 2-3 раза эффективней «традиционных» ртутных ламп ДРЛ (светоотдача -50 Лм/Вт), при этом срок службы, благодаря безэлектродному принципу генерации разряда, увеличивается на порядок.Разрабатываемые индукционные газоразрядные источники света могут найти широкое применение в коммунальном хозяйстве и различных отраслях промышленности: освещение улиц и площадей городов, железнодорожных станций, буровых вышек, карьеров, применение в фотохимической промышленности, для обеззараживания воды и продуктов УФ излучением и т. д. Таким образом, сфера применения индукционных источников света очень широка. Фактически, данные источники света могут быть с успехом использованы в любой отрасли промышленности и коммунального хозяйства, применяющей газоразрядные источники света. Применение разрабатываемых индукционных ламп трансформаторного типа в коммунальном хозяйстве, благодаря большому сроку службы и высокой эффективности данных ламп, позволит существенным образом сократить расходы на освещение, замену и утилизацию отработанных ламп. Пример: Лампы ДРЛ-400, мощностью 400 ватт, применяемые в настоящее время для уличного освещения, имеют световой поток ~ 20000 люмен, срок эксплуатации ~1 года. Стоимость одной лампы ДРЛ-400 составляет ~150 руб., стоимость пускорегулирующей аппаратуры для лампы ДРЛ-400 составляет ~500 руб. Мощность натриевой индукционной лампы низкого давления с аналогичным световым потоком составит не более 200 ватт, срок эксплуатации ~7 лет. Стоимость одной индукционной натриевой лампы с ПРА составит не более 2000 руб. За один год эксплуатации одна натриевая индукционная лампа сэкономит электрической энергии на сумму ~700 руб. Таким образом, уже через три года эксплуатации натриевые индукционные лампы полностью окупятся за счет сэкономленной электроэнергии, а за весь срок эксплуатации экономический эффект (в пересчете на 1 светильник) составит ~4000 руб. В г. Новосибирске для уличного освещения применяется ~ 30 тысяч светильников с лампами ДРЛ. Полная замена данных светильников на светильники с индукционными натриевыми лампами позволит сэкономить в течении 7 лет примерно 120 миллионов рублей. Учитывая большой энергосберегающий эффект от применения.
разрабатываемых индукционных ламп трансформаторного типа, ученые института Теплофизики СО РАН совместно с конструкторскими подразделениями холдинговой компании ОАО «НЭВЗ-СОЮЗ» и ряда других предприятий города приступили к исследованиям, нацеленным на создание индукционных источников света промышленного назначения. Проведен ряд консультаций с ведущими специалистами нашей страны в области светотехники и освещения. Все участники консультаций отмечают уникальные возможности полученного способа излучения света, возможности получения целой гаммы светильников и ламп различного назначения. Сегодня практически невозможно найти лампу (кроме лампы накаливания), в которой технологии ключевых элементов конструкции были бы освоены в России. В нашем случае открываются очень большие перспективы по созданию и развитию собственного производства совершенно нового источника света. Совместно с разработкой индукционных ламп трансформаторного типа будут разработаны современные светильники с электронной пуско-регулирующей аппаратурой, которые также позволят увеличить эффективность осветительных устройств для уличного освещения. Следует отметить, что светильники, применяемые для уличного освещения городов РФ, безнадежно устарели. В них теряется до 30% светового потока, создаваемого газоразрядными лампами. В заключении следует отметить, что решение задачи, связанной с усовершенствованием осветительных устройств для наружного и внутреннего освещения зданий и сооружений будет способствовать значительной экономии электроэнергии в каждом городе и поселке.

И. М. Уланов, Институт теплофизики СО РАН (ИТ СО РАН), В. C. Медведко,
С. А. Сидоренко, Новосибирский электровакуумный завод (ХК ОАО «НЭВЗ-СОЮЗ») (статья из журнала «Я электрик»)

К списку статей
 

 

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню