Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Расчёт энергоэффективной системы электроснабжения наружного освещения промышленных предприятий на примере троллейбусное депо 2 в г. Самара (переход на светодиод)

Содержание:

Введение 3
Глава 1 Общие сведения о светодиодных светильниках промышленных предприятий 5
1.1 Физические свойства светодиодных осветительных приборов и основные характеристики освещения 5
1.2 Виды освещения промышленных предприятий 11
Глава 2 Расчет системы освещения троллейбусного депо №2 в г. Самара 18
2.1 Расчет освещенности в соответствии с нормативной документацией 18
2.1.1 Расчет шага фонарей или отдельных светильников 18
при нормировании средней яркости 18
2.1.2 Расчет шага фонарей или отдельных светильников 19
при нормировании средней освещенности 19
2.1.3 Расчет показателей ослепленности 19
2.2 Разработка схемы системы освещения 21
2.2.1 Общие правила расстановки светильников 21
2.2.2 Расчет системы освещения 23
2.2.3 Разработка однолинейной схемы 31
2.2.4 Расчет сетей наружного освещения в программе DIALux 34
Глава 3 Технико – экономические обоснования системы светодиодного освещения 42
Глава 4 Техника обеспечения безопасности при обслуживании систем освещения на предприятиях 46
Заключение 56
Список литературы 58

Введение:

Актуальность работы: Наружное освещение промышленных предприятий является одной тем элементом, от которого в значительной степени зависит производственный цикл.
Если предприятие работает круглосуточно, то в ночное время суток его территория должна быть освещена таким образом, чтобы интенсивности света от светильников было достаточно для комфортной работы. Если предприятие не ведет круглосуточный режим работы, освещение в ночное время суток позволяет производить визуальное наблюдение за территорией службой охраны, а камеры наружного наблюдения имеют возможность записывать четкую картинку.
В зависимости от площади предприятия, на его территории могут располагаться разное количество светильников. Если их число доходит до тридцати, то руководству приходится оплачивать не малые суммы за потребляемую электроэнергию.
Кроме этого, большое число светильников требует затрат на их обслуживание и ремонт персоналом предприятия.
При снижении затрат на ремонт и потребляемую электроэнергию наружными светильниками, получается значительная экономия затрат на электроэнергию. Добиться таких результатов возможно путем замены светильников старого образца с лампами накаливания, газоразрядными и натриевыми на светодиодные.
Светодиодные светильники из-за их массового производства в последнее время, значительно подешевели, и уже не являются дорогим удовольствием. Кроме этого, они практически не требуют затрат на обслуживание и потребляют в 5 – 10 раз меньше электроэнергии, чем традиционные типы ламп.
Цель работы: Рассчитать энергоэффективность системы электроснабжения наружного освещения промышленных предприятий на примере троллейбусного депо №2 в г. Самара (переход на светодиод).
Задачи работы:
— описать общие сведения о светодиодных светильниках промышленных предприятий;
— произвести расчет системы освещения троллейбусного депо №2 в г. Самара;
— дать технико – экономические обоснования системы светодиодного освещения.

Заключение:

В первой части работы были описаны общие сведения о светодиодных светильниках промышленных предприятий, перечислены основные особенности светодиодов, их основные характеристики и условия правильной эксплуатации. Так же указано от каких параметров зависит цвет светодиода.
Перечислены основные виды освещения, используемого на предприятиях. К их числу относятся:
— рабочее освещение;
— охранное освещение;
— аварийное освещение.
Так же были показаны основные типы светильников, применяемых в промышленности.
Во второй части работы был произведен расчет системы освещения троллейбусного депо №2 в г. Самара. Был расписан алгоритм расчета, согласно нормативной документации.
На основании плана троллейбусного депо, был произведен расчет мощности светильников для рабочего и охранного освещения, выбран тип светильников, защитной аппаратуры и провод, для электроснабжения.
Так же была составлена однолинейная схема электроснабжения.
В работе так же описан монтаж контура заземления опор освещения
Далее был произведен расчет освещения в программе DiaLux evo 8.1. Была рассчитана система рабочего и охранного освещения территории троллейбусного депо на основании разработанной 3D модели депо.
В третьей части работы был произведен расчет технико – экономического обоснования системы светодиодного освещения. В результате расчетов была получена величина экономии электрической энергии в год, которая составила 18916608 кВт.ч/год. При пересчете на экономию в рублях: 45021527 руб/год.
Срок окупаемости реконструкции системы электроснабжения составил 0,0049 года.

Фрагмент текста работы:

Глава 1 Общие сведения о светодиодных светильниках промышленных предприятий
1.1 Физические свойства светодиодных осветительных приборов и основные характеристики освещения

Отдельные светодиоды являются устройствами низкого напряжения. Одиночные светодиодные требуют от 2 до 4 вольт постоянного тока с током в диапазоне от 1 до 50 мА. Светодиодный светильник, содержащий один полупроводниковый элемент, требует того же напряжения, но рабочие токи намного выше, обычно несколько сотен мА. Устройство, содержащее несколько последовательно соединенных элементов, потребует более высокого напряжения, соответствующего большему количеству отдельных элементов в устройстве [1].
Светодиоды требуют определенной электрической полярности. Подача напряжения в обратной полярности может привести к их выгоранию. Производители светодиодных светильников предоставляют сведения о максимально допустимых обратных напряжениях. Пять вольт — это типичное максимальное обратное напряжение.
Типичное отношение напряжения к току для светодиода показано на рис 1.1.1.
Как видно, небольшое изменение напряжения может привести к очень большим изменениям тока. Поскольку выходная мощность светодиода пропорциональна его току. Это может привести к недопустимому изменению выходной мощности. Если результирующий ток превышает пределы, рекомендованные производителем, это может повлиять на долговременную
Рисунок 1.1.1 — Соотношение между прямым напряжением и током светодиодов

Драйвер светодиодов выполняет функцию, аналогичную балласту для газоразрядных ламп. Он контролирует ток, протекающий через светодиод. Большинство драйверов светодиодов предназначены для подачи тока на конкретное устройство или массив светодиодов. Поскольку светильники и массивы светодиодов в настоящее время не стандартизированы, очень важно, чтобы был выбран драйвер, соответствующий конкретному светильнику или массиву светодиодов [2].
Прямой ток пропорционален светоотдаче светодиода в большом рабочем диапазоне, поэтому можно уменьшить яркость, уменьшив прямой ток.
Поскольку светодиоды можно быстро включать и выключать без вредных воздействий, затемнение можно также выполнить с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией. Регулируя относительную длительность импульса и время между импульсами, видимая интенсивность светодиода может быть уменьшена. Это должно быть сделано с достаточно высокой частотой (сотни тысяч модуляций в секунду), чтобы светодиод светился постоянно, иначе быстрое мерцание будет влиять на глаза, что приведет к их усталости. Этот метод может быть легко реализован в электронном виде с использованием прямого цифрового управления.
Изменения тока через светодиод влияют на температуру устройства, что может смещать спектральные распределения мощности. Красные и желтые светодиоды имеют более значительные спектральные сдвиги, чем синие, зеленые и белые светодиоды, но ни один из этих источников не претерпевает такой степени смещения цвета, сравнимой с изменением цвета, которое наблюдается при уменьшении яркости лампы накаливания. Различия между различными цветными светодиодами могут быть проблематичными в массивах светодиодов, разработанных для смешивания цветов с целью получения белого света. Внешний вид цвета может измениться незначительно при уменьшении яркости, если изменяются различные цветовые компоненты.
Когда некоторые системы флуоресцентного освещения часто тускнеют, они могут проявлять пониженную надежность и срок службы лампы. Это не касается светодиодов. Срок службы и ухудшение светоотдачи в значительной степени определяются температурой перехода, причем более высокие температуры приводят к снижению характеристик срока службы. Поскольку уменьшение яркости за счет уменьшения тока или широтно-импульсной
модуляции приводит к снижению общей температуры перехода, это не окажет отрицательного влияния на срок службы светодиода, наоборот, может даже продлить жизнь.
В целом, чем холоднее среда, тем выше будет световой поток светодиода. Более высокие температуры обычно уменьшают светоотдачу. В более теплой среде и при более высоких токах температура полупроводникового элемента увеличивается.
Выходная мощность светодиода при постоянном токе зависит от температуры его перехода. На рис. 1.1.2 показана световая мощность нескольких светодиодов в зависимости от температуры перехода. Температурная зависимость намного меньше для светодиодов InGaN (например, синий, зеленый, белый), по сравнению со светодиодами AlGaInP (например, красный и желтый).

Рисунок 1.1.2 — Относительная светоотдача красного, синего и белого люминесцентных светодиодов в зависимости от температуры перехода.

Некоторые производители систем монтируют в светильник компенсационную схему, которая регулирует ток через светодиод для поддержания постоянной светоотдачи при различных температурах окружающей среды. Это может привести к перегрузке светодиодов в некоторых систем в течение воздействия длительных периодов высокой температуры окружающей среды, что может сократить срок их службы.
Большинство производителей светодиодов публикуют кривые, аналогичные приведенным на рис.1.1.2 для своих светильников. Важно отметить, что многие из этих графиков показывают светоотдачу как функцию температуры перехода, а не температуры окружающей среды. Светодиод, работающий в окружающей среде при нормальной комнатной температуре (от 20 до 25 ° C) и при рекомендованных производителем токах, может иметь гораздо более высокие температуры перехода, например, от 60 до 80 °C.
Температура спая определяет:
— температуры окружающей среды;
— тока, проходящего через светодиод;
— количества теплопоглощающего материала внутри и вокруг светодиода.
Длительное нагревание может значительно сократить срок службы многих светодиодных систем. Более высокая температура окружающей среды приводит к более высоким температурам перехода, что может увеличить скорость деградации соединительного элемента СИД, и к необратимому снижению светоотдачи в течение длительного времени с большей скоростью, чем при более низких температурах [3,4].
Обычно светодиоды называют «холодными» источниками с точки зрения температуры. Это связано с тем, что спектральная мощность светодиодов для освещения не содержит инфракрасного излучения, в отличие
от ламп накаливания, которые вырабатывают большое количество инфракрасного излучения (конечно, некоторые светодиоды для производственных целей предназначены для производства инфракрасной энергии, но они не рассматриваются в данной работе).
Светодиоды также часто считают «холодными», потому что они генерируют свет с помощью механизма, отличного от теплового возбуждения вещества, такого как вольфрамовая нить в лампе накаливания. Хотя системы светодиодного освещения не производят значительного количества излучаемого тепла, светодиоды все еще генерируют тепло в соединении, которое должно рассеиваться конвекцией и проводимостью. Отвод тепла от устройства с помощью радиатора и благодаря использованию светодиодов при более низких температурах окружающей среды обеспечивает более высокую светоотдачу и более длительный срок службы устройства.
Необходимость обеспечения теплоотвода с помощью светодиодных систем также важно учитывать, когда эти системы устанавливаются в условиях жаркого климата. Должно быть достаточно средств для отвода тепла от системы или вентиляции для охлаждения нагретых поверхностей светильников. Размещение светодиодной осветительной системы в изолированном и относительно небольшом пространстве, вероятно, приведет к быстрому повышению температуры соединения и неоптимальной производительности.
По сравнению с большинством типичных источников света, используемых для освещения, светодиоды по-прежнему имеют относительно низкую светоотдачу и, следовательно, будут продолжать упаковываться в массивы и другие конфигурации. В настоящее время одиночные белые светодиодные пакеты достигли почти 100 люмен. Конечно, световой поток варьируется в зависимости от длины волны. В табл. 1.1.1 приведены
диапазоны светоотдачи для нескольких различных светодиодных комплектов освещения.
Таблица 1.1.1 – Световой поток светодиодов

1.2 Виды освещения промышленных предприятий

В промышленном производстве применяются такие виды освещения как естественное, искусственное и аварийное. Рассмотрим подробнее каждое из них.
Естественное освещение. Под ним подразумевается солнце, лучи которого прямо или в отраженном виде попадают на освещаемый предмет. Есть несколько видов естественного освещения в здании: верхнее, боковое и комбинированное. В первом случае свет попадает в помещение через проемы в перекрытиях. При боковом он проникает внутрь через проемы в стенах. Оба варианта совмещает в себе комбинированное освещение [5].
Искусственное освещение. Потребность в нем на производстве возникла из-за непостоянства естественного источника – солнца. Рабочее и дежурное (второе используется в нерабочее время) обеспечивает видимость на рабочих местах. Для этого в зданиях устанавливают светильники с люминесцентными, газоразрядными лампами высокого давления или LED-источники.