Глава восьмая
ПУТИ СНИЖЕНИЯ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
8.1. Мероприятия по снижению расхода электроэнергии в жилых зданиях
В процессе эксплуатации электрических сетей и электрооборудования жилых зданий имеются определенные возможности снижения расхода электроэнергии. Часть мероприятий по экономии требует замены или модернизации установленного электрооборудования, а некоторые — только проведения организационных мер или несложных реконструкций, не требующих значительных затрат материальных и трудовых ресурсов. Мероприятия, связанные с проектированием, выбором оборудования и режимов их работы, были рассмотрены в предыдущих главах. Здесь мы рассматриваем только те мероприятия, которые могут быть реализованы эксплуатационным персоналом жилищных и энергоснабжающих организаций.
Для осветительных установок общедомовых помещений целесообразно осуществлять следующие мероприятия:
контроль исправности балластных и компенсирующих конденсаторов в ПРА для люминесцентных ламп. При пробое балластного конденсатора в индуктивноемкостном ПРА двухламповых (четырех, шести) люминесцентных светильников примерно в 4,4 раза увеличивается реактивный ток, потребляемый светильником, и соответственно возрастают потери мощности в электрической сети. При пробое компенсирующего конденсатора, установленного параллельно сетевым зажимам светильника, реактивный ток увеличивается в 2 раза, а потери мощности — в 4 раза;
контроль режима работы установок с люминесцентными лампами с залипшими контактами стартера тлеющего разряда (светятся только концы ламп). В таком режиме ток светильника возрастает в 1,2—1,8 раза по сравнению с током номинального рабочего режима, что вызывает увеличение потребляемой из сети мощности. Например, одноламповый некомпенсированный люминесцентный светильник с лампой мощностью 40 Вт потребляет в рабочем режиме 95 В-А, а в режиме с залипшим стартером — 132 В-А. Коэффициент мощности светильника в режиме с залипшим стартером снижается до 0,12—0,15, а реактивный ток возрастает с 0,37 до 0,6 А, что вызывает увеличение потерь мощности в 2,5 раза. Кроме того, лампа в указанном режиме не излучает света, т. е. и вся активная мощность (16 Вт), потребляемая светильником, является по существу бесполезной, т. е. потерями. Поэтому своевременная замена стартеров, а при отсутствии запасных и простое снятие залипших стартеров являются мероприятием по экономии электроэнергии;
установку ламп накаливания в точном соответствии с мощностью, указанной в проекте электрооборудования дома;
установку ламп накаливания на рабочее напряжение 235 В и выше только в светильниках, не отключаемых на ночные часы (светильники аварийного, эвакуационного освещения, номерные знаки и т. п.). Увеличение рабочего напряжения ламп накаливания связано с уменьшением их светового потока. Например, лампы накаливания мощностью 40 Вт на напряжение 220 В имеют световой поток 400 лм, а на напряжение 235 В — 300 лм, т. е. на 25 % меньше. В этом случае для обеспечения того же светового потока (400 лм) необходимо устанавливать лампу 235 В 60 Вт со световым потоком 550 лм, что приведет к перерасходу электроэнергии или нарушит нормы освещенности при установке ламп той же мощности. Поэтому лампы накаливания на повышенное напряжение не следует применять повсеместно во всех осветительных приборах;
установку люминесцентных ламп типа ЛБ, имеющих на 35—40 % больший световой поток, чем лампы типа ЛД. Установка ламп других типов может также привести к снижению освещенности ниже нормируемого уровня, так как при проектировании осветительных установок общедомовых помещений жилых зданий всегда предусматривают применение наиболее экономичных типов ламп.
Указанные мероприятия позволяют снизить расход электроэнергии на 5—7 %. Основным же фактором, влияющим на снижение расхода электроэнергии осветительными установками, является автоматизация режимов их работы с помощью фотореле и реле времени, выключателей с выдержкой времени на отключение или управление освещением с диспетчерских пунктов ОДС. В последние годы появились ряд схем включения светильников общедомовых помещений, обеспечивающих как экономию электроэнергии, так и увеличение срока службы ламп накаливания, работающих ночью в часы спада бытовой нагрузки. Необходимость разработки таких схем определилась существенным повышением уровня напряжения в ночные часы.
Одной из существенных причин, вызывающих перерасход электроэнергии и снижение срока службы осветительных ламп и электрооборудования, является изменение уровня напряжения на зажимах электроприемников. Режим напряжения в одной и той же точке сети в течение суток непрерывно изменяется, что является следствием изменения протекающего по сети тока из-за включения и отключения отдельных потребителей, изменения режима напряжения на центрах питания энергосистем, режима компенсации реактивной мощности и ряда других факторов. На уровень напряжения в сетях с однофазными электроприемниками влияет и несимметрия фазных нагрузок, обусловленная подключением к разным фазам трехфазной сети однофазных бытовых приборов и светильников. Все сказанное приводит к тому, что в большинстве жилых и общественных зданий напряжение не остается постоянным в течение суток, а изменяется в пределах 0,92—1,05 номинального значения, а в ряде случаев и в еще больших пределах. В городах с преимущественно малоэтажной застройкой при протяженных сетях напряжения 0,38 кВ эти пределы выше 0,85—1,1 номинального.
Характер изменения напряжения в течение суток противоположен характеру изменения нагрузки: с увеличением нагрузки уровень напряжения понижается. Поэтому наиболее целесообразным способом оптимизации напряжения у потребителей является его автоматическое регулирование в зависимости от значения токовых нагрузок—чем выше ток нагрузки, тем выше должен быть уровень напряжения на центрах питания. В тех же сетях, где такое регулирование отсутствует, наблюдается длительное снижение напряжения вечером и повышение ночью.
Уровень напряжения оказывает заметное влияние на параметры осветительных ламп, радио- и телевизионной аппаратуры и бытовых приборов с электрическим приводом. Рассмотрим работу наиболее распространенных осветительных ламп — ламп накаливания и люминесцентных. Для ламп накаливания при изменении напряжения в пределах до 10 % номинального значения зависимость мощности и срока службы ламп определяется из выражений
(8.1) где Рл.ном и τл.ном — мощность и срок службы ламп при номинальном напряжении Uл.ном; Рл и τл— то же при напряжении U.
В среднем повышению напряжения на 1 % соответствует увеличение потребляемой мощности на 1,8% и снижение срока службы на 14 %· Стабильность люминесцентных ламп существенно выше и зависит от типа пускорегулирующего аппарата. В среднем при изменении напряжения сети на 1 % мощность люминесцентных ламп изменяется на 0,8—1,8%, а срок службы снижается на 2—3 %, что является еще одним преимуществом применения люминесцентных светильников в установках освещения общедомовых помещений.
Суточные изменения напряжения приводят к тому, что фактический срок службы ламп накаливания бывает существенно ниже номинального. Фактический срок службы ламп накаливания можно оценить по усредненному суточному графику напряжения. Например, нам известно, что лампы накаливания с номинальным сроком службы 1000 ч работают 30 % времени при напряжении U1=0,96Uном, 50 % —при U2=Uном и 20% при
U3= 1,08Uном. Соответствующие этим напряжениям сроки службы ламп определяются по (8.1) и составляют соответственно τл1=1,7τл,ном, τ2— тл,Вом> τ3=0,35τном. Фактический срок службы ламп накаливания будет равен
х
где τi — относительный срок службы ламп при напряжении Ui', ai— относительная длительность работы ламп при напряжении Ui.
Для того же графика напряжения мощность ламп будет составлять по (8.1) Рл1=0,93 Рл,ном, Рл2=Рл,ном,
Рл3=1,14 Рл,ном и в течение срока службы средняя мощность лампы будет равна
Для ламп накаливания, работающих преимущественно в ночные часы, средняя мощность ламп может существенно превышать номинальную, что вызывает дополнительный расход электроэнергии.
Из сказанного следует важность регулирования напряжением на лампах накаливания. Ограничители напряжения типа ТОН и другие [21], которые применяют в осветительных установках промышленных предприятий со значительными суточными отклонениями напряжения и частыми колебаниями напряжения, вызванными пуском технологического оборудования, сравнительно дороги и требуют специального квалифицированного обслуживания. Кроме того, они вызывают дополнительные искажения в сети за счет потребления несинусоидального тока. Поэтому установка ограничителей напряжения в жилых домах в настоящее время признана нецелесообразной. Для жилых домов можно рекомендовать установку в цепях ночного освещения ламп накаливания на повышенное напряжение.
1 Для целей безопасности необходима прокладка дополнительного защитного проводника сечением, равным фазному.
Представляет интерес и новая схема, которая прошла опытную проверку в Москве. Суть схемы заключается в автоматическом переключении светильников в ночные часы на работу по схеме последовательного включения на линейное напряжение 380 В (рис. 8.1). Из всех ламп, которые горят на лестничных клетках жилых домов в ночные часы, формируют две (или три) примерно равноценные по мощности группы параллельно соединенных ламп EL1 и EL2, фазные провода питания которых подключены к разным фазам сети (Л и В), а нулевые — через размыкающий контакт управляющего коммутатора К3 к нулевому проводу сети*. Параллельно каждой группе ламп включены обмотки контрольно-исполнительных реле К1 и К2, контакты которых включены в рассечки фазных проводов, питающих группы ламп. В цепях обмоток указанных реле включены контакты управляющего реле К4. При подаче сигнала управления на обмотку реле К4 оно срабатывает, его контакты замыкают цепи питания обмоток К1 и К2, реле К1 и К2 срабатывают и на группы ламп подается фазное напряжение 220 В. В 11 или 12 ч на контактор КЗ поступает сигнал, КЗ срабатывает и размыкает свой контакт в цепи нулевого провода, группы ламп EL1 и EL2 оказываются включенными последовательно на линейное напряжение 380 В. Это напряжение распределяется равномерно между группами ламп, в результате чего каждая группа ламп работает при напряжении Uав/2, которое даже с учетом увеличения напряжения ночью не превышает 220 В. Этим достигается снижение расхода электроэнергии в ночные часы и увеличение срока службы ламп, что обеспечивает ощутимую экономию годовых расходов. Основным недостатком схемы является неравномерное распределение напряжения между группами ламп, но он устраняется установкой ламп одного типа и мощности, а также формированием группы не менее чем из 10 ламп.
Рис. 8.1. Принципиальная схема включения светильников эвакуационного освещения на пониженное напряжение
Поэтому данная схема может быть использована только в домах повышенной этажности с большим числом ламп эвакуационного освещения. В домах 4—5 этажей данная схема достаточно надежна при отсутствии специальной сети аварийного освещения при подключении по схеме рис. 8.1 всех ламп, питающих лестничные клетки. Электробезопасность схемы обеспечивается за счет надежного зануления корпусов светильников отдельным защитным проводником, защита от КЗ — установкой автоматических выключателей Q1 и Q2 [22]. При выходе из строя ламп и возникновения опасных перекосов напряжения, которые могут привести к быстрому износу и остальных ламп, автоматическое отключение схемы и подача предупредительного сигнала на ОДС осуществляются с помощью тех же реле К1 и К2. Установленные типы реле должны автоматически срабатывать при снижении на их обмотках напряжения ниже 160 В. Предлагаемая схема не требует значительных капитальных вложений и трудозатрат, так как все необходимые переключения можно осуществлять в пределах ВРУ.
Выше говорилось, что во внутридомовых сетях теряется достаточно много электроэнергии. Часть этих потерь связана с несимметрией фазных нагрузок. Стояки и питающие линии жилых домов и общественных зданий, как правило, выполняют трехфазными с нулевым рабочим проводом, присоединяя к отдельным фазам стояков однофазные групповые линии для питания однофазных бытовых приборов, светильников, счетно-решающих аппаратов и т. п. В результате неоднородного состава электроприемников и режимов их работы в трехфазных сетях возникает несимметрия нагрузок и по нулевому проводу начинает протекать ток, вызывая дополнительные потери мощности и электроэнергии. С увеличением числа присоединенных электроприемников асимметрия фазных нагрузок уменьшается, что особенно четко видно на примере жилых зданий. В 20—40-квартирных домах несимметрия нагрузки на вводе обычно составляет 30—40 %, а в 100-квартирных и более—менее 20 %. Симметрирование фазных нагрузок позволяет не только снизить потери мощности в нулевом проводе, но и в ряде случаев улучшить качество напряжения. Переключение нагрузки с одной фазы на другую следует осуществлять только по результатам нескольких повторных измерений нагрузки в период вечернего максимума, сопоставляя результаты этих измерений с уровнем электропотребления отдельными квартирами или другими потребителями.
