CC BY
84
УДК 620.91:338.5 А.В. Крымов, В.Д. Никитин,
Я.А. Кунгс, В.Р. Завей-Борода
РАСЧЕТ СТОИМОСТИ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ СВЕТОДИОДОВ И ТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
В статье представлен обзорный материал по характеристике светодиодов. Проведен сравнительный анализ кривых сил света для световых приборов с светодиодами и традиционными источниками света; оценена целесообразность их применения в наружных осветительных установках. Рассчитана стоимость единицы световой энергии для мощных белых светодиодов отечественного производства и компании Cree.
Ключевые слова: светодиоды, стоимость, единица световой энергии, источники света, расчет.
A.V. Krymov, V.D. Nikitin Ya.A. Kungs, V.R. Zavey-Boroda COST CALCULATION OF LIGHT ENERGY OF LIGHT-EMITTING DIODES AND TRADITIONAL LIGHT SOURCES
Survey materials of the light-emitting diode characteristics are given in the article. The comparative analysis of luminous intensity distribution curves for light devices with light-emitting diodes and traditional light sources is conducted; the expediency of their application in external lighting installations is estimated. Cost of the light energy unit for powerful white light-emitting diodes of domestic and Cree company production is calculated.
Key words: light-emitting diodes, cost, light energy unit, light sources, calculation.
1. Полупроводниковый источник света
Светодиоды (СД) относительно молодой вид источника света (ИС), быстроразвивающийся в последние годы и обладающий большими перспективами. На рис. 1 изображена тенденция развития световой отдачи СД и традиционных ИС. В табл. 1 представлены световая отдача (г|у) и срок службы (т) для различных ИС, в том числе и СД.
Таблица 1
СД vs традиционные ИС [1]
Показатель Лампа
ЛН ГЛН КЛЛ ЛЛ ДРЛ МГЛ НЛВД ДКс СД
r|v, лм/Вт 8-13 16-22 50-70 60-100 40-60 60-100 90-130 20-50 До 100
т, тыс. ч 1 2 8-12 12-18 12-20 10-15 12-18 0,5-2 50
200
1970 1980 1990 2000 2010 2020
Год
Рис. 1. Сравнение световой отдачи традиционных источников света с белыми светодиодами в последние годы и в планируемом будущем [2]
СД не содержат ртути (в отличие ЛЛ) и потому не представляют экологической опасности. Они миниатюрны и имеют малое питающее напряжение, встроенное светораспределение и безынерционность включения. У них малый вес и большая устойчивость к деформациям и вибрациям (удобство для потребителя и вандалоустойчивость) [2].
2. Сравнение СП с СД и традиционным ИС для уличного освещения (на основе [3])
Вот уже несколько последних лет ведутся дискуссии о применении мощных светодиодов в световых приборах общего освещения, начиная от внутреннего и заканчивая уличным. Однако применение не носит массового характера. Из открытых источников можно составить лишь приблизительную картину об областях внедрения светодиодов за рубежом.
В табл. 2 сравниваются (погрешность в мощности ДP«10%) КСС:
- СД-светильника LZ-40-90 (диаграмма светораспределения дана на рис. 2);
- характерного для уличного освещения СП с ДНаТ-100 (рис. 3).
Таблица 2
Сравнение кривой силы света СП с СД (уравнение (1)) и типичного для уличного освещения СП (уравнение (2)) и оценка целесообразности применения СП с СД в наружных осветительных установках
LZ-40-90 со светодиодами SGP340 PC TP P5 с лампой ДНаТ-100
Кривая силы света (приближенные оценки)
20* 10‘ 0“ 10" 20“ Рис. 2.. Lambetian
Рис. 3. Batwing
Уравнение ^С
WV1 = 1200-2480-1« 0,5=cos60°, т.е. І60° = l0°^cos60°. Следовательно, уравнение la = ^cosa (1) Ia=l0^cosa[cos(0sinmCa)l-1 (2)
ЮС І0, кд 0, град m C
Л 155 70 1,2 1,7
Ш 90 85 1,5 1,2
Характеристика ^С
У данного СП практически косинусное све-тораспределение в поперечной плоскости (уравнение (1)). СП с косинусной КСС широко используются в освещении производственных, общественных и жилых зданий, но крайне редко в УО (торшеры)___________
Для функционального уличного освещения используются СП с кривыми полу- или широкими (Л или Ш), удовлетворяющими уравнению (2), расположенные на значительном расстоянии друг от друга. Большой шаг СП обусловлен экономическими обстоятельствами: выгодны СП значительной мощности на «редких» опорах______________________
Применение
Показано в задачах 1 и З (приведены далее)_______________________________________
В задаче 2 - МГЛ Р=60Вт с ^С по уравнению (2) как альтернатива СД____________________________________________
СД пригодны для освещения
СД непригодны для освещения :
Пешеходных переходов и тротуаров, отделенных от проезжей части; возможно (но неэффективно) применение для улиц и дорог категории «В» СНиП 23-05-95*, автостоянок 1)
Магистралей, площадей, мостов, тоннелей, автозаправок,
ж.-д. платформ, открытых пространств
Примечание. 1) В [4] приведена фотография подземного автопаркинга (Raleigh, N.C.), освещенного СД и ДНаТ; сколько уже прослужила установка с ДНаТ - не сообщается, что лишает визуальное сравнение объективности; 2) По техническим и/или экономическим соображениям.
Таблица 3
Сравнение освещения с полупроводниковыми (1,3) и с разрядными (2,4) ИС в уличных (1,2) и промышленных (3,4) осветительных установках
3 vs 4. В цехе длиной 60 м, шириной 30 м, h=8 м при E=200 лк, ^=1,5 сравниваются СД-светильник LZ-40U и СП MPK110WB с РЛ Р=400Вт
Параметр ОУ1 с СД ОУ2 с МГЛ Параметр ОУ3 с СД ОУ4 с ЭйИ
Высота/шаг, м 9,0/24 8,0/40 Число СП 168 28
Цуе, кд^м-2 0,48 0,53 Рис(Рис+пра), Вт 90 400 (429)
Ьтіп/Ьауе 0,45 0,43 Ф/7Ф, клм 7,143/1200 32,5/910
ТІ, % 2,1 7,3 7Р, кВт 15,12 12,01
к л ф со ш 5,96 6,02 Етіп/Еауе/Етах 124/228/280 114/207/235
Р, Вгм-1 3,62 1,65 Етіп Етах 0,44 0,49
Ф, клм^м-1 0,25 0,17 W, Вт/м2 8,35 6,22 (6,67)
Недостатки расчета - различия в световом поле, обусловленные исходными данными
ОУ1 и ОУ2 ОУ3 и ОУ4
Е^Е2, Ьауе 1^Lave 2, Ьтіп 1^Lmiп 2 Етіп3^Етіп4, Еауе Э^Еауе 4, Етах3^Етах4
3. Анализ рекламных утверждений, касающихся СД (на основе [3])
В табл. 4 представлены основные утверждения и реальность.
Таблица 4
Оценка рекламных материалов по освещению твердотельными ИС
Рекламные утверждения (мифы) Ситуация в действительности (реальность)
1 2
I. Характеристика (основные показатели) СД
1.1. Срок службы т = 80-100 тыс. ч Эти цифры не подтверждены практикой: опыт эксплуатации светодиодных СП невелик. Более осторожная оценка - 50 тыс. ч
1.2. Устойчивость к перепадам напряжения Зависит от качества блока питания. Непосредственно светодиоды очень чувствительны к качеству питания и выходят из строя при незначительных изменениях напряжения
1.3. Показатель использования светового потока светодиодных светильников равен 100% Возможно, если СП формирует световой пучок, адаптированный к форме освещаемой поверхности (для случая освещения дороги пучок прямоугольной формы). Реально п< 100%
1.4. Полное отсутствие опасности перегрузки электросетей в момент включения В правильно спроектированных электросетях такой опасности не существует
1.5. Потребляемый ток светодиодных светильников меньше, чем у газоразрядных ламп В табл. 3 показано, что при освещении дороги мощность светодиодного светильника выше, чем у светильника с газоразрядной лампой
1.6. Светодиодные светильники обладают возможностью регулировки яркости за счет снижения питающего напряжения Светодиоды для своего питания требуют неизменного номинала напряжения. Но регулировать их яркость можно за счет изменения скважности импульсов питающего напряжения
1.7. Мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и независимость работоспособности от низких температур Если блок питания работает при низких температурах, то светодиоды действительно мгновенно включатся
1.8. При монтаже светодиодных светильников требуется кабель меньшего Оснований для уменьшения сечения кабеля нет: светодиодные светильники пока не дают экономии установленной мощности
Рис. 5. Зависимость стоимости ЕСЭ от световой отдачи для СД фирмы Огее (на врезке представлены зависимости при ц=1,80руб/кВтч и $=2,07руб/кВтч)
Выводы
1. Систематизированы материалы В.Н. Степанова.
2. Рассчитана стоимость единицы световой энергии для светодиодов и традиционных источников света. Светодиоды пока проигрывают, но имеют тенденцию к снижению стоимости единицы световой энергии
3. Светодиоды являются перспективным источниками света, благодаря своим достоинствам и быстрому прогрессу.
Литература
1. Полищук А.Г. Новая серия светодиодов XR-E7090 компании Cree для общего освещения // Светотехника. - 2007. - № 3. - С. 20-23.
2. Юнович А.Э. Современное состояние светодиодов и тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения // Светотехника. - 2007. - № 6. - С. 13-16.
3. Степанов В.Н. Комментарии по светодиодным светильникам производства компании «Церс Инжиниринг» [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://forum.expertunion.ru/forum/showpost.php?p=7165&postcount=6
4. Полищук А.Г. Новая серия светодиодов XR-E7090 компании Cree для общего освещения // Светотехника. - 2007. - № 3. - С. 20-23.
5. Матющенко А.А., Никитин В.Д. Сравнение экономических показателей ИС: мат-лы 6-й междунар. светотехн. конф. (Калининград; Светлогорск, 19-21 сент., 2006). - М., 2006.
6. Мощные светодиоды [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.bright-leds.ru/page-power_led.html
7. Мощные светодиоды на 1Вт, 3Вт, 5Вт, 10Вт и 20Вт [Электронный ресурс]. - режим досту-па:http://www.microelectronica.ru/hb/hb_leds_powerw.html
8. Прайс-лист компании «Сибавтоматика+» [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.sib-a.ru/UserFile/File/prais150609sait.гar
9. Прайс-лист компании «Galad» [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.tdsvet.ru/files/galad_price.xls
10. Официальный дистрибьютор фирмы Сгєє компания "НЕОН-ЭК" [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.e-neon.ru/catalog/id/2059223
УДК 616-001.21 О.К. Никольский, Т.В. Ерёмина
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
В статье рассмотрен вероятностный и имитационный методы формирования травмоопасных ситуаций. Дано математическое описание электротравмы с летальным исходом.
Ключевые слова: электропоражение, математическая модель, вероятность, исход электротравмы.
O.K. Nikolsky, T.V. Eryomina MATHEMATICAL MODEL OF ELECTRIC SHOCK OF A MAN
Likelihood and imitating techniques for the injury risky situations formation are considered in the article. Mathematical description of an electrotrauma with a lethal outcome is given.
Key words: electric shock, mathematical model, probability, electric injury outcome.
Введем следующие определения в рамках теории системного подхода [1]. Под электротравматизмом условимся понимать некоторое множество электротравм (отнесенное к одному году), обусловленных причинно-следственными связями между элементами системы «человек-электроустановка-среда» (Ч-Э-С). Система обеспечения электробезопасности (СЭБ) - совокупность взаимосвязанных технических средств и организационных мероприятий и соответствующих им нормативно-правовых актов, направленных на предупреждение несчастных случаев и снижение их последствий.
При определенных допущениях система «Ч-Э-С» может рассматриваться как вероятностная модель с некоторыми дискретными ее состояниями Д, В], С]... Обозначим вероятность перехода рассматриваемой системы из одного состояния в другое через Р12, Р23, Р34. Примем за начальное состояние момент включения электроустановки, например, после ее монтажа или после проведения очередной профилактики. Тогда среднее время безопасной эксплуатации электроустановки можно представить как
tv =
о
(1)
которое будет зависеть от организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение необходимого уровня электробезопасности.
Представим возникновение электротравмы в виде стохастической модели
ЭП, =
Aj в CjI, р р р 1 12 1 23 1 34 • • •
(2)
Рассмотрим событие ЭП] - возникновение электропоражения человека в ]-й электроустановке, принадлежащей к однородному множеству электроустановок N за время Т.
