Влияние светодиодного освещения на качество электроэнергии
Устройство и принцип работы светодиода
07/11/2022
Как устроены генераторы постоянного и переменного тока
07/11/2022Сегодня в качестве источников света все шире и шире применяются светодиоды. И это не удивительно, ведь по светоотдаче они в 10 раз превосходят лампы накаливания и примерно вдвое люминесцентные лампы.
Таким образом, экономичность светодиодов уже ни у кого не вызывает сомнений. Кроме того:
- светодиодные источники света лишены мерцания, вредного для нервной системы людей;
- они экологически безопасны, имеют весьма продолжительный срок службы, измеряемый десятками тысяч часов;
- для своей работы светодиоды не требуют высоких напряжений и температур.
Всесторонняя безопасность светодиодных источников света налицо. И, конечно же, снижается потребление электроэнергии в масштабе государств, что приводит к сбережению природных ресурсов, уменьшению вредных выбросов, связанных с промышленной генерацией электроэнергии.
Однако, несмотря на очевидные плюсы, нельзя игнорировать и некоторые минусы:
- стоимость светодиодов выше, чем у тех же ламп накаливания;
- угол светового потока ограничен;
- светоотдача кристалла светодиода со временем падает;
- несовместимость со стандартным переменным сетевым напряжением приводит к требованию применения собственного импульсного преобразователя для каждого светодиодного источника света.
Ведь, как бы там ни было, имеем ли мы дело со светодиодной лентой или с набором светодиодов внутри корпуса в форме лампочки, сам светодиод нуждается в постоянным напряжении порядка вольта (или нескольких вольт, если несколько кристаллов соединены последовательно). В итоге светодиодный источник света превращается, для электрической сети переменного тока, в нелинейную нагрузку.
Такая нелинейная нагрузка вызывает появление в сети дополнительных гармонических составляющих. В итоге, когда таких источников становится слишком много, их совместное действие приводит к существенному искажению гармонического сигнала электрической сети. Иными словами, качество электроэнергии снижается.
Пониженное качество электроэнергии, из-за высокого вклада светодиодных источников света в образование высших гармоник (3, 9 и 15), ухудшает качество работы электродвигателей и трансформаторов, а также других потребителей, нуждающихся в чистом синусоидальном напряжении.
Корень проблемы заключается в том, что многие производители светодиодных источников света, желая удешевить свою продукцию, начинают экономить в ущерб качеству светодиодных преобразователей. Как результат:
- помехи и потери мощности в электросетях, повышенная нагрузка на провода;
- нарушения в работе пускозащитной аппаратуры;
- трансформаторы и двигатели, питаясь электроэнергией низкого качества, снижают свои нормальные КПД.
Согласно исследованиям, потери мощности от низкого качества электроэнергии в отдельных случаях могут доходить до 30%.
Если учесть, что около 25% всей потребляемой жителями городов электроэнергии приходится на освещение, то становится очевидным, что проблема поддержания качества электроэнергии в новых условиях заслуживает особого внимания. Как минимум, требуется оптимизировать схемы преобразователей светодиодных источников питания.
Исследования, проведенные в 2019 году группой специалистов кафедры энергоэффективных технологий МГЭИ им. А. Д. Сахарова БГУ (Беларусь) показали, что в диапазоне рабочих напряжений от 198 до 242 вольт, типичный светодиодный источник света (типа светодиодной ленты) демонстрирует изменение полной потребляемой мощности в районе 12%, при этом коэффициент мощности данной нелинейной нагрузки находится в районе от 0,51 до 0,55.
Конечно, для повышения качества потребителя такого рода, с явно выраженным емкостным характером, необходимо применять специально спроектированные компенсирующие устройства. Это могут быть, например, индивидуальные корректоры коэффициента мощности. С ними реальную нагрузку на сеть (и на экосистему, в конечном итоге) удастся снизить до 2 раз.
