Irodaépület fényforrásainak vizsgálata különös tekintettel a hálózati visszahatásokra

Átírás

1 Diplomaterv Prezentáció Irodaépület fényforrásainak vizsgálata különös tekintettel a hálózati visszahatásokra Készítette: Ruzsics János Konzulens: Dr. Dán András Dátum:

2 Irodaépület fényforrásainak vizsgálata különös tekintettel a hálózati visszahatásokra Feladatok Világítási berendezések mérése Bekapcsolási áramlökés vizsgálat Feszültségfüggés vizsgálat Harmonikus áramtorzítás vizsgálat Teljesítményfelvétel vizsgálat Lambda és cos fi kapcsolata Irodalomkutatás Világítástechnikai alapfogalmak Harmonikus torzítás Irodaépületben használatos fényforrások Irodaépület világításának tervezése Paraméterek Tervezés Megtérülési idő számítás Eredő harmonikus áramtorzítás számítás Lámpatestcseréből adódó változások 2

3 Irodalomkutatás Világítástechnikai alapfogalmak Megvilágítás dφ beeső _ fényáram lm E = = [ = lx] ٢ da felületelem _ területe m 3

4 Irodalomkutatás Harmonikus torzítás Fogyasztók csoportosítása Lineáris fogyasztók Ábrázolás az időtartományban Ábrázolás a frekvenciatartományban Tápfeszültség: Fogyasztó árama: U(t)=Um*sinωt i(t) = Im*sin(ωt±ϕ) 4

5 Irodalomkutatás Harmonikus torzítás Fogyasztók csoportosítása Nemlineáris fogyasztók Ábrázolás az időtartományban Ábrázolás a frekvenciatartományban Tápfeszültség: Fogyasztó árama: U(t)=Um*sinωt i( t) = I m sin( ω t ± ϕ ) + I sin( hω t ± ϕ ) km k 5

6 Irodalomkutatás Harmonikus torzítás Mérőszámok Teljes harmonikus áram torzítás: THD I = k = ٢ I ١ I k ٢ Egyedi harmonikus áram torzítás: D I = I k I ١ I 1 : Alapharmonikus áram I k : A k rendszámú felharmonikus áram k: harmonikus frekvencia/alapharmonikus frekvencia 6

7 Irodalomkutatás Harmonikus torzítás Okozott problémák, előírások Kommunális kisfeszültség hálózaton fellépő problémák: Nullavezető melegedés Többletveszteségek Biztosítókiolvadás Kismegszakító leoldás Hálózati rezonancia Gyújtásszögvezérelt berendezések hibás működése Vonatkozó szabványok: A berendezések megengedhető harmonikus áram határértékei: MSZ EN A hálózaton megengedhető harmonikus feszültség határértékek: MSZ EN A harmonikusok mérésére vonatkozó előírások: MSZ EN

8 Irodalomkutatás Harmonikus torzítás Példa nemlineáris fogyasztóra 11W E27-es foglalatú kompakt fénycső THD i [%] = 151% 8

9 Irodalomkutatás Fényforrások Fénycsövek, kompakt fénycsövek 9

10 Irodalomkutatás Fényforrások Fénycsövek, kompakt fénycsövek - 2 pines - 4 pines - E27 foglalatú 10

11 Világítási berendezések mérése A mérési eljárás Mérő műszer: TRANSANAL-16 harmonikus, spektrum, flicker, tranziens analizátor Vizsgált berendezések: Hagyományos fénycsövek (T5, T8) Hagyományos előtéttel Elektronikus előtéttel Szabályozható elektronikus előtéttel 1-10V DALI Kompakt fénycsövek 2 pines (G24-d3) 4 pines (2G11) E27 foglalatú Egyéb fényforrások Hagyományos izzó 60W LED fényforrás Indukciós lámpa 11

12 Világítási berendezések mérése Bekapcsolási áramlökés vizsgálat Előzetes működtetés: Transanal-16 mérőkártyák: Csatlakoztatás a hálózatra: Nincs szükség Nagy amperitás Közvetlenül Kiértékelés: Viszonyítás: Tranziensteszt számítógépes program Felvett eredő áram effektív értékéhez 12

13 Világítási berendezések mérése Bekapcsolási áramlökés vizsgálat Jelentős áramlökés A berendezéstől függően: 9 < I bekapcs. /I eff. < 160 Impulzus időtartama rövid Téves védelmi leoldás, ha: Túl sok berendezés egy körön Megoldás: Katalógusadatok 18W-os fénycső elektronikus előtéttel 13

14 Világítási berendezések mérése Feszültségfüggés vizsgálat Csatlakoztatás Megfigyelés: a hálózatra: Toroid transzformátor (0 260V) Megállapítás: Lassú feszültségváltozásra (MSZ EN 50160) érzéketlenek 14

15 Világítási berendezések mérése Harmonikus áramtorzítás vizsgálat Előzetes működtetés: Transanal-16 mérőkártyák: Csatlakoztatás a hálózatra: 15 perc stabilizáló időtartam Kis amperitás,1a méréshatár Toroid transzformátor Kiértékelés: Harmanal számítógépes program 15

16 Világítási berendezések mérése Harmonikus áramtorzítás vizsgálat 58W E27 Fényforrások foglalatú T8 fénycsövek fényforrások elektronikus és szabályozható előtéttel THDi [%] Un Un-10% Un+10% 25 % 70 % 60 % 20 % 50 % 15 % 40 % THDi [%] 30 % 10 % 20 % 5 % 10 % 0 % 0 % T5 fénycső 58W 24W T8 + fcs. + Elektronikus Elektronikus előtét előtét T5 fénycső 58W 24W T8 + fcs. + Hagy. el. + DALI 1 FJ. Kond. előtét T5 58W fénycső T8 fcs. 24W+DALI + Hagy. el. 2 előtét 58W T8 fcs. 2 + T5 fénycső Elektronikus 24W+ előtét 1-10V előtét 58W T8 fcs. 2 + Hagy. el. + FJ. Kond. indukciós reflektor 58W T8 fcs. 2 + Hagy. el. 16

17 Világítási berendezések mérése Harmonikus áramtorzítás vizsgálat Rövid következtetések: E27/E14 kompakt fénycsövek THDi-a nagy, gyártófüggő, de nem lehet E27/E14 előzetes következtetéseket kompakt fénycsövek levonni a fénycső THDi-a árából. nagy, gyártófüggő, de Hagyományos nem lehet fénycsöves előzetes elrendezéseknél következtetéseket a fénycső levonni típusa a fénycső árából. előtétes fénycsöves fénycsöves elrendezéseknél fázisjavító a fénycső kondenzátor nem befolyásolja a THDi-t. Hagyományos típusa beépítése nem jelentősen befolyásolja megnöveli a THDi-t. (~50%-os növekedés). Hagyományos A korszerű szabályozható előtétes elektronikus fénycsöves előtétek elrendezéseknél alkalmazása esetén a THDi nem jelentős (THDi ~ 0 18%). fázisjavító kondenzátor beépítése jelentősen megnöveli a A THDi-t korszerű (~50%-os szabályozható növekedés). elektronikus előtétek alkalmazása esetén a THDi nem jelentős (THDi ~ 0 18%). A külső működtető berendezést igénylő elrendezéseknél a különféle elektronikus előtétek közt nagy eltérések lehetnek THDi szempontjából. 17

18 Világítási berendezések mérése Hatásos teljesítmény vizsgálat Cél: Katalógus értékekkel való összehasonlítás Következtetések: A fényforrások felvett teljesítménye eltér a katalógusban megadott értékektől. A tápfeszültség névlegestől való +/- 10% - os eltérését figyelembe véve a valódi teljesítmény a katalógusban megadott érték 40%-os környezetébe esik. Téves védelmi leoldás következhet be. Megoldás: A világítási körök méretezésekor az eredő teljesítményszámításkor korrekciós tényező (k) alkalmazása. A mérések alapján: k = 1,4. 18

19 Világítási berendezések mérése Lambda és Cos fi kapcsolata A teljesítménytényező és a cos fi aránya a teljes harmonikus torzítás függvényében Cos fi: Alapharmonikusra vonatkoztatott teljesítménytényező Lambda/cos(φ) ١,٢ ١ ٠,٨ cos fi = ٠,٦ Lambda: Eredő A két teljesítménytényező tényezőt nem szabad összekeverni! ٠,٤ P Lambda = ٠,٢ S ٠ ٠ % ٢٠ % ٤٠ % ٦٠ % ٨٠ % ١٠٠ % ١٢٠ % ١٤٠ % ١٦٠ % ١٨٠ % ٢٠٠ % THDi (%) 19 P١ S ١

20 Irodaépület világításának tervezése Az irodaépület paraméterei Szintek: három emelet + földszint; Irodák száma szintenként / összesen: 25/100 db Mosdók száma szintenként / összesen: 2/8 db Folyosók száma összesen: 4 db Lépcsőházak száma összesen: 2 db 20

21 Irodaépület világításának tervezése Tervezés Dialux 4.7 világítási tervező szoftver: A különböző típusú helyiségek könnyen megrajzolhatók. Reflexiós tényezőket figyelembe veszi. Automatikusan generál lámpatest elrendezést a szükséges megvilágítás alapján. MSZ EN szabvány előírások: Helyiség jellege Iroda Mosdó Megvilágítás E [lx] Káprázás UGR Szánvisszaadás Ra Színhőmérséklet F [K] Semleges [~ K] Meleg [~3000K] Folyosó Meleg [~ K] Lépcsőház Meleg [~ K] 21

22 Irodaépület világításának tervezése Tervezett berendezések Mosdókban és lépcsőházakban: LED csöves berendezés Irodákban és folyosókon: 1. Hagyományos előtéttel szerelt fénycsöves berendezés 2. Elektronikus előtéttel szerelt fénycsöves berendezés 3. Természetes fény függvényében szabályozható előtéttel szerelt fénycsöves berendezés 4. LED csöves berendezés 5. Természetes fény függvényében szabályozható LED csöves berendezés 22

23 Irodaépület világításának tervezése Megtérülési idő számítása A számításhoz szükséges adatok: Lámpatest darabszám: DIALUX szoftver alapján Lámpatestek Iroda T8 teljesítménye: hagyományos fénycsővel: a mérések alapján 6 db lámpatest Lámpatestek Iroda Fénycsöves LED ára: csővel: lámpatest aktuális piaci hagyományos árak alapján előtéttel: 8 db lámpatest 106 W Iroda Fényforrás Fénycsöves kompakt élettartam lámpatest fénycsővel: elektronikus előtéttel: 12 db lámpatest 78,4 W Folyosó Fénycsöves T8 hagyományos Fénycső: lámpatest 15000h szabályozható fénycsővel: előtéttel 6 db lámpatest Folyosó 70 LED: %-os LED leszabályozott csővel: 40000h állapotban: 14 db lámpatest 55 W Folyosó LED csöves kompakt lámpatest: fénycsővel: 23 db lámpatest 40 W Éves Mosdó működési LED idő LED csöves csővel: lámpatest 70 %-os leszabályozott 4 db lámpatest Lépcsőház 50 hét, 1 műszak, LED csővel: csak hétköznap = db h állapotban: lámpatest 30 W Fényforráscsere költsége / energiaköltség Viszonyítás: hagyományos előtéttel szerelt fénycsöves berendezés 23

24 Irodaépület világításának tervezése Megtérülési idő számítása 80 % 74,7 Csatlakozási teljesítmény (A oszlophoz Csatlakozási normálva) teljesítmény [%] 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Elektronikus előtét 54,2 53,2 Szabályozható előtét LED csöves lámpatest 41,5 Szabályozható LED csöves lámpatest B C D E Hagyományos előtéttel szerelt fénycsöves elrendezés Oszlop csatlakozási teljesítménye: 68 kw 24

25 Irodaépület világításának tervezése Beruházási költség a hagyományos előtéttel szerelt lámpatestek költégéhez Megtérülési idő számítása viszonyítva. Beruházási költség 600 % 500 % 400 % 300 % 200 % 107,8 100 % Elektronikus előtét 0 % 298,4 Szabályozható előtét 257,9 LED csöves lámpatest 507,8 Szabályozható LED csöves lámpatest B C D E Hagyományos előtéttel szerelt fénycsöves elrendezés beruházási költsége: 18,5 MFt 25

26 Irodaépület világításának tervezése Megtérülési idő számítása 30 év 25 év normálva) Megtérülési [év] idő 20 év 15 év 10 év 5 év 0 év Elektronikus előtét Szabályozható előtét A fényforráscsere költségeit figyelembe véve B C D E A fényforráscsere költségeit figyelmen kívül hagyva Oszlop LED csöves lámpatest Szabályozható LED csöves lámpatest A fényforráscsere kölségeit figyelmen kívül hagyva A fényforráscsere költségeit Készítette: figyelembe Ruzsics véve János 26

27 Irodaépület világításának tervezése Eredő harmonikus áramtorzítás A számításhoz szükséges paraméterek: Lámpatest darabszám: DIALUX szoftver alapján Irodánként 2 db PC és 2 db laptop laptop Készülékek harmonikus áramai: mérések alapján Felhasznált összefüggések: Korrekciós tényező figyelembe i vétele: k = 0,9 i Re[ I ] = Re[ I k k ] Im[ I ] = Im[ I k k ] i i Összegzés: 23. rendszámig i Re[ I ] = k I i k cosϕ ϕ k = i k i Im[ I ] = k Im[ I arctg Re[ I k k ] ] I i k sin ϕ i ϕ k : az i-edik fogyasztó k-adik harmonikus áramának a szöge a k-adik harmonikus feszültséghez képest. i k 27

28 Irodaépület világításának tervezése Eredő harmonikus áramtorzítás Megnevezés Hagyományos előtéttel szerelt lámpatestek Elektronikus előtéttel szerelt lámpatestek Szabályozható lámpatestek az irodákban LED-es lámpatest Kompakt Hagyományos előtéttel szerelt lámpatest [db] Elektronikus előtéttel szerelt lámpatest [db] LED-es lámpatest [db] Szabályozható előtétes lámpatest [db] Kompakt fénycsöves lámpatest [db] PC [db] Laptop [db] THDi[%]: 41,34 26,61 28,82 55,68 91,74 Cos fi: 1,00 0,94 0,99 1,00 0,98 28

29 Irodaépület fényforrásainak vizsgálata különös tekintettel a hálózati visszahatásokra Összegzés A dolgozatom célja: Fényforrások és a működtető berendezések bemutatása. Villamos paramétereik mérési eredményeinek bemutatása. A paraméterek gyakorlati szempontból való bemutatása. Hasznos következtetések: Tervezéskor a tényleges villamos paramétereket figyelembe kell venni. Korrekciós tényezők alkalmazása elengedhetetlen. Világítás tervezéskor érdemes több lehetőséget megvizsgálni. 29

30 Irodaépület fényforrásainak vizsgálata különös tekintettel a hálózati visszahatásokra Köszönöm a figyelmet! 30