Енергийна ефективност на електрическите инсталации

Една нова област за възможни разработки в рамките на международните стандарти е интегриране на изискванията за енергийна ефективност в IЕC 60364. Ефективността на електрическата енергия води до получаване на възможно най-добра работа на електрическата инсталация при най-ниска консумация. Предложенията включват изисквания за проектиране на нови инсталации и подобряване на съществуващите инсталации.

Текст: списание Строители

снимка: Siemens

Някои ключови точки при проектиране на нова инсталация включват определянето на електрическите товари. Това означава да се установи типът на приложението, за което се използва електричеството.  Една типична инсталация включва осветление, отопление, вентилация, климатизация и др. Проектирането на електроразпределителната система е необходимо да се извърши по такъв начин, че да се създаде възможност за измерване и управление на различни електрически товари. 

Следователно, за да се осъществят подобрения, трябва да се измери количеството консумирана електрическа енергия и да се извършва мониторинг и контрол на енергийната ефективност. Например в Обединеното Кралство Министерството на енергетиката и климатичните промени стартира през 2014 г. програма за въвеждане на smart електромери в домовете на консуматорите, която се очаква да продължи до 2020 г., и цели да помогне на потребителите да намалят своите сметки за електричество. Smart електромерът ще даде информация на потребителите за консумираната енергия чрез дисплей за визуализация и ще може да изпраща измервателна информация към доставчика на електроенергия относно консумираното от потребителя електричество без да има нужда от измервателно отчитащо устройство. Това ще сложи край на изчислените сметки и също така ще позволи на потребителя да продава енергия обратно на доставчика, там където потребителят има инсталиран микрогенератор като вятърна турбина или соларни панели. 

Smart електромерът има комуникационно устройство и измерва консумираната енергия и всяка енергия, експортирана към електрическата мрежа. Голямата разлика е, че smart електромерът не изисква посещения на място за снемане на показанията от измервателно отчитащо устройство. Очаква се smart електромерът да може да осигурява гъвкави тарифи. Доставчиците на електрическа енергия ще бъдат отговорни за инсталирането на smart електромерите. Ефективността на устройствата за преобразуване на електрическа енергия се основава върху управление на товарите и получаване на правилната енергия в правилното време.

Управление на мотори

Повечето помпени и вентилаторни приложения се задвижват от много опростени управляващи системи, в които моторът се върти с постоянна скорост и желаната вариация на потока се получава като се изполва клапан или демпфер за ограничаване на потока. Това означава, че консумацията на електрическа енергия спада много малко, когато потокът намалява. При поток 80% от номиналния консумацията на електрическа енергия остава почти същата. Една по-ефективна опция е да се използва инвертор, чрез който се настройва скоростта на мотора или вентилатора, за да се осигури изисквания поток. При вентилаторите икономиите могат да бъдат около 50%, а при помпите – около 30%. 

Осветление

Осветлението може да представлява над 35% от консумацията на електрическа енергия в сгради в зависимост от приложението. Решенията за управление на осветлението могат да спестят до 50% от електричеството в сравнение с традиционните инсталации. Тези системи трябва да бъдат гъвкави и да са проектирани за осигуряване на комфорта на потребителите. Решенията могат да варират от много малки локални управления като датчици за движение до сложни, изработени по поръчка и централизирани решения, които са част от системите за цялостна сградна автоматизация. 

Контролирането на осветлението в жилищни сгради се осъществява с лесни за инсталиране устройства, които могат да детектират присъствието на хора и само да включат осветителните тела, когато се изисква. Така се елиминира пилеенето на енергия и се реализират икономии просто чрез изключване на осветлението, когато не е необходимо.  Контролирането на осветлението за търговски, обществени и индустриални сгради отново се осъществява с лесни за инсталиране устройства, които изключват осветителните тела, когато не се детектират обитатели или когато има достатъчно естествена светлина. 

Разглеждайки дизайна и инсталацията на устройствата за управление на осветлението, се откриват много важни особености. На първо място, важно е да се има предвид типа на пространството, как се използва то и количеството налична дневна светлина. Оттук се определя видът на датчика и следователно - типът на управление. 

Пускането в експлоатация е съществена част от инсталирането на устройствата за управление на осветлението. Тук се включва калибриране на фотоелектрични устройства, проверка за правилна работа и настройка на подходящо времезакъснение на датчиците за движение. 

Енергийна ефективност на лампи

Лампите с нажежаема жичка са с ниска ефикасност, тъй като по-голямата част от консумираната енергия се преобразува в топлина. Един типичен обхват за светлинна ефикасност за тези лампи е 8 – 14lm/W. Светлинната ефикасност е отношението на светлинния поток в лумени към мощността във ватове. По-често използвано е отношението на светлинния поток, излъчен от светлинен източник, към електрическата мощност, консумирана от източника, и следователно описва колко добре източникът осигурява видима светлина от дадено количество електрическа мощност. 

Коригиране на фактора на мощността

Лошият фактор на мощността е нежелан поради много причини. Технологиите за коригиране на фактора на мощността се използват главно в търговски и индустриални инсталации за възстановяването му близо до единица, което е икономически приложимо. Ниският фактор на мощността е в резултат на реактивната мощност от индуктивни товари като асинхронни електродвигатели и луминисцентни лампи. 

Лошият фактор на мощността намалява ефективния капацитет на електрозахранването, поради това че колкото повече реактивна мощност се пренася, толкова по-малко става пренесената полезна мощност. Също така възникват по-големи трансформаторни загуби и прекомерни падове на напрежението в захранващата мрежа, както и съкращаване на експлоатационния живот на електрическите съоръжения. Поради това тарифите за електрическа енергия насърчават потребителите да поддържат висок фактор на мощността в електрическите инсталации, чиято стойност е близо до единица, като същевременно има глоби за нисък фактор на мощността. 

Бъдещето е в LVDC разпределението

Бъдеща област за възможно развитие в рамките на международните стандарти е LVDC разпределението (постояннотокови електрически инсталации НН). Все повече и повече електронно оборудване с постояннотоково (dc) захранване се внедрява в сградите. Съществува и широк обхват от технологии за микро генериране, вкл. фотоволтаици (PV) и вятърни турбини, които генерират постоянен ток (dc). Една от главните причини за предложението за въвеждане на LVDC разпределението в една сграда е да се подобри енергийната ефективност чрез редуциране на загубите при преобразуване на променливия ток в постоянен за електронни товари и преобразуване на постояннотокови (dc) изходи от микро генерирането в променливотокови (ac) такива за разпределение в мрежата. 

Предизвикателства

Съществуват много предизвикателства при проектирането на LVDC инсталации. Лицата, свързани с постояннотоковите (dc) инсталациите, трябва да притежават необходимата експертиза. Електрическото оборудване в dc инсталациите трябва да бъде подходящо за постоянно напрежение и постоянен ток. Оборудване, одобрено за нормалните променливотокови (ac) стандарти, може да бъде неподходящо, особено комплектните комутационни устройства. Например, при използване на щепсели и контактни изводи в dc инсталации e необходим внимателен подбор в зависимост от стойностите на тока.  Поради естеството на постоянния ток трябва да се вземат предвид допълнителни изисквания, когато се изключва постояннотоков (dc) товар при изваждане на щепсел от контактен извод, тъй като може да се появи електрическа дъга, чието гасене е по-трудно в сравнение с променливотоков (ac) товар, защото не съществува естествена нулева точка при dc в сравнение с ac. 

Гасене на електрическата дъга

Автоматичните прекъсвачи за максималнотокова защита са друга област, която се нуждае от разглеждане. Получената дъга при изключване на повреда в dc инсталация е по-трудна за гасене. Проектантите на dc инсталации ще трябва да бъдат във връзка с производителите на електрическо оборудване и да извършват внимателна преценка, когато избират автоматични прекъсвачи за dc приложения, за да гарантират, че те имат подходящи дъгогасителни характеристики и са подходящи за работното напрежение. 

Кабелите в dc инсталациите също се нуждаят от специално разглеждане. Всеки кабел е с обозначено напрежение, показващо максималното напрежение на веригата, за което той е конструиран, но не непременно напрежението, за което ще бъде използван. Например, кабел с обозначение 600/1000V е подходящ за електрически вериги с напрежение 600Vac между фаза и земя и с междуфазово напрежение 1000Vac. Този кабел се използва обикновено на места, където се изисква механична здравина, например в индустриални инсталации. За индустриални осветителни инсталации с напрежение 230/400Vac, е нормално да се използват кабели за 450/750Vac, а за жилищни инсталации с напрежение 230/400Vac, често се използват кабели за 300/500Vac. Традиционното обозначение на кабела 300/500V e за променливо (ac) напрежение. Постояннотоковoтo (dc) напрежение кабелно жило към земя на този кабел е 300×1.5 (450V dc max), а напрежението кабелно жило към кабелно жило е 500×1.5 (750V dc max).