Економічне джерело світла трансформаторного типу

Великі можливості з енергозбереження за рахунок економії електричної енергії лежать у вдосконаленні зовнішнього, побутового та виробничого освітлення, бо в цій галузі витрачається до 20% усієї електроенергії, що виробляється у світі. Будь-які удосконалення джерел світла, пуско регулюючої апаратури (ПРА), конструкції світильників, підвищення коефіцієнта використання світлового потоку освітлювальної установки призводять до значного економічного ефекту. Особливі складнощі виникають із освітленням великих об'єктів та створенням потужних випромінювальних установок для фотохімічних технологій.

Це, як правило, пов'язано з низьким ресурсом роботи потужних ламп, оскільки всі газорозрядні випромінювачі, що випускаються промисловістю, мають електроди, які інтенсивно руйнуються при високих щільності струму. Так, термін служби потужних газорозрядних ламп не перевищує 1000 год., при цьому до 40 % потужності, що підводиться, втрачається в електродах. Одним із найбільш ефективних шляхів вирішення проблеми збільшення ресурсу роботи та ефективності газорозрядних джерел світла є перехід до принципово нових, безелектродних технологій генерації газового розряду, що дозволяють значно (в 10 разів і більше) збільшити термін служби газорозрядних ламп. В цьому випадку, за рахунок відсутності приелектродних втрат, також збільшується ефективність газорозрядних джерел світла.

В інституті Теплофізики СО РАН на основі досліджень низькочастотних (10 кГц) індукційних розрядів трансформаторного типу були розроблені та створені експериментальні зразки індукційних безелектродних газорозрядних ламп різної потужності — від 100 Вт до 100 кВт, виконані експериментальні дослідження характеристик даних джерел світла.

источник света на базе трансформатора

Рис. 1

Принцип роботи цих ламп аналогічний принципу роботи трансформатора. Газовий розряд є замкнутим тороїдальним плазмовим витоком, що охоплює магнітопровід. Також на магнітопроводі виготовлено систему первинних обмоток, на які подається змінна напруга від джерела живлення. Фактично, газовий розряд виконує роль вторинної обмотки трансформатора (див. рис.1). 
Відсутність вузлів (електродів), що зношуються, дозволяє зняти обмеження на потужність, що вкладається в лампу, і значно збільшити термін служби газорозрядної лампи. Так, потужність експериментального зразка (рис. 2) досягає 100 кВт, а термін служби ламп, що розробляються (визначається тільки старінням матеріалу стінок колби) перевищує 30.000 годин.

мощный индукционный источник света

Рис. 2

Принцип роботи цих ламп аналогічний принципу роботи трансформатора. Газовий розряд є замкнутим тороїдальним плазмовим витоком, що охоплює магнітопровід. Також на магнітопроводі виготовлено систему первинних обмоток, на які подається змінна напруга від джерела живлення. Фактично, газовий розряд виконує роль вторинної обмотки трансформатора (див. рис.1). 
Відсутність вузлів (електродів), що зношуються, дозволяє зняти обмеження на потужність, що вкладається в лампу, і значно збільшити термін служби газорозрядної лампи. Так, потужність експериментального зразка (рис. 2) досягає 100 кВт, а термін служби ламп, що розробляються (визначається тільки старінням матеріалу стінок колби) перевищує 30.000 годин.

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

Рис. 3

 Для порівняння: найбільш потужною з ламп, що випускаються промисловістю, є ксенонова лампа ДКсТВ 50000 потужністю ~50 кВт і терміном служби ~600 год. (застосовується у фотохімічній промисловості). На рис.3 представлена індукційна лампа із ртутно-аргоновим наповненням. Потужність даної лампи становить 200-400 Ватт, термін служби понад 50.000 годин, що у 10 разів перевищує термін служби дугових ртутних ламп аналогічної потужності.

индукционная лампа с неоновым наполнением 500ВА

Рис. 4

На малюнку 4 представлений експериментальний зразок індукційної лампи з неоновим наповненням потужністю до 500 Вт.
В даний час в ІТ СО РАН, спільно з Новосибірським електровакуумним заводом, ведуться науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи, націлені на розробку індукційних ламп різних типів: люмінісцентні лампи потужністю 100-200 Вт, натрієві лампи низького тиску потужністю 200-40 неонові та ксенонові газорозрядні лампи різної потужності, металогалогенні лампи, лампи з парами металів (цинк, кадмій). При цьому особлива увага приділяється проблемі екологічної безпеки ламп, що розробляються, — проблемі створення ефективних безртутних джерел світла. Так, індукційні натрієві лампи низького тиску, що розробляються, зі світловою віддачею 100-150 Лм/Вт в 2-3 рази ефективніше «традиційних» ртутних ламп ДРЛ (світловіддача -50 Лм/Вт), при цьому термін служби, завдяки безелектродному принципу генерації розряду, збільшується на порядок. Розроблювані індукційні газорозрядні джерела світла можуть знайти широке застосування у комунальному господарстві та різних галузях промисловості: освітлення вулиць та площ міст, залізничних станцій, бурових вишок, кар'єрів, застосування у фотохімічній промисловості, для знезараження води та продуктів УФ випромінюванням тощо. Таким чином, сфера застосування індукційних джерел світла дуже широка. Фактично дані джерела світла можуть бути з успіхом використані в будь-якій галузі промисловості та комунального господарства, що застосовує газорозрядні джерела світла. Застосування розроблюваних індукційних ламп трансформаторного типу в комунальному господарстві, завдяки великому терміну служби та високій ефективності даних ламп, дозволить істотно скоротити витрати на освітлення, заміну та утилізацію відпрацьованих ламп. Приклад: Лампи ДРЛ-400, потужністю 400 ватів, що використовуються в даний час для вуличного освітлення, мають світловий потік ~ 20000 люмен, термін експлуатації ~1 року. Вартість однієї лампи ДРЛ-400 становить ~150 руб., Вартість пускорегулюючої апаратури для лампи ДРЛ-400 становить ~500 руб. Потужність натрієвої індукційної лампи низького тиску з аналогічним світловим потоком складе не більше 200 Вт, термін експлуатації ~7 років. Вартість однієї індукційної натрієвої лампи з ПРА становитиме не більше 2000 руб. За рік експлуатації одна натрієва індукційна лампа заощадить електричної енергії у сумі ~700 крб. Таким чином, вже через три роки експлуатації натрієві індукційні лампи повністю окупляться за рахунок заощадженої електроенергії, а за весь термін експлуатації економічний ефект (у перерахунку на 1 світильник) складе 4000 руб. У Новосибірську для вуличного освітлення застосовується ~ 30 тисяч світильників з лампами ДРЛ. Повна заміна даних світильників на світильники з індукційними натрієвими лампами дозволить заощадити протягом 7 років приблизно 120 мільйонів рублів. З огляду на великий енергозберігаючий ефект від застосування.
розроблюваних індукційних ламп трансформаторного типу, вчені інституту Теплофізики СО РАН разом із конструкторськими підрозділами холдингової компанії ВАТ «НЕВЗ-СОЮЗ» та інших підприємств міста розпочали дослідженням, націленим створення індукційних джерел світла промислового призначення. Проведено низку консультацій з провідними спеціалістами нашої країни в галузі світлотехніки та освітлення. Усі учасники консультацій відзначають унікальні можливості отриманого способу випромінювання світла, можливості отримання цілої гами світильників та ламп різного призначення. Сьогодні практично неможливо знайти лампу (крім лампи розжарювання), в якій технології ключових елементів конструкції було б освоєно в Росії. У нашому випадку відкриваються дуже великі перспективи щодо створення та розвитку власного виробництва абсолютно нового джерела світла. Спільно з розробкою індукційних ламп трансформаторного типу будуть розроблені сучасні світильники з електронною пуско-регулювальною апаратурою, які дозволять збільшити ефективність освітлювальних пристроїв для вуличного освітлення. Слід зазначити, що світильники, які застосовуються для вуличного освітлення міст РФ, безнадійно застаріли. Вони втрачається до 30% світлового потоку, створюваного газорозрядними лампами. У висновку слід зазначити, що вирішення завдання, пов'язаного з удосконаленням освітлювальних пристроїв для зовнішнього та внутрішнього освітлення будівель та споруд сприятиме значній економії електроенергії в кожному місті та селищі.

І. М. Уланов, Інститут теплофізики СО РАН (ІТ СО РАН), В. C. Медведко,
С. А. Сидоренко, Новосибірський електровакуумний завод (ХК ВАТ «НЕВЗ-СОЮЗ») (стаття з журналу «Я електрик»)

До списку статей
 

 

Всього коментарів: 0

Залишити коментар

Ваш email не буде опубліковано.

ru_RURU