ILUMINACIÓN ARTIFICIAL DE ALTA EFICIENCIA

Transcripción

1 SEMINARIO SOBRE EQUIPOS ELECTRICOS ASOCIADOS AL ALUMBRADO ILUMINACIÓN ARTIFICIAL DE ALTA EFICIENCIA (LAS LÁMPARAS DE DESCARGA EN GAS Y LOS COMPONENTES ELÉCTRICOS ASOCIADOS) ELECTRO-TRANSFORMACION INDUSTRIAL,S.A. 1 V.4 11/06/03

2 Un poco de historia Progresos importantes en iluminación artificial Año 1801 Autor: Humpry Davy: Genera luz mediante un arco eléctrico producido entre dos electrodos de carbón. Año 1859 Autor: Becquerel: Propuso los tubos fluorescentes como elementos de iluminación. Año 1879 Autor: Edison: Patenta la primera lámpara de filamento incandescente. Año 1906 Autor: Cooper Hewitt: Hizo funcionar los primeros tubos de descarga utilizados industrialmente. Año 1937 La Torre Eiffel: Se ilumina con tubos fluorescentes, lo que representó el lanzamiento comercial de esta importante fuente de luz. 2

3 Evolución de la Eficacia luminosa de diferentes tipos de lámpara a lo largo del último siglo 200,0 Eficiencia (lm/w) 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 Incandescente convencional Incandescente Halógena Incandesc. halógena con reflector Fluorescencia Vapor de Mercurio Halogenuros Metálicos Vapor de Sodio Alta Presión Vapor de Sodio Baja Presión Led luz blanca 0, Año 3

4 Fuentes de luz artificial Bombilla Tubo fluorescente Lámpara de Descarga 4

5 Equipos asociados a cada tipo de lámpara LAMPARAS EQUIPO ELÉCTRICO ASOCIADO Halógenas de M.B.T. Fluorescentes De descarga De inducción Transformadores reductores, tanto electromagnéticos como electrónicos Balastos electromagnéticos para cebador + cebador Balastos electromagnéticos de arranque rápido Balastos electrónicos Balastos electromagnéticos Balastos electromagnéticos + arrancador Balastos electrónicos Balastos electrónicos específicos 5

6 Característica V-I de una lámpara de descarga VL IL 6

7 Utilización de una Resistencia como elemento estabilizador 7

8 Utilización de una Capacidad como elemento estabilizador 8

9 Utilización de una Inductancia como elemento estabilizador 9

10 PARTE 1ª Lámparas Fluorescentes y sus equipos asociados 10

11 Esquema de Balasto de arranque por cebador El balasto es una inductancia (L) que asume dos funciones : 1.- Proporcionar la tensión de arranque en colaboración con el cebador (V=L.di/dt) 2.- Limitar la corriente de la lámpara. El cebador es un conmutador térmico bi-metálico introducido en una atmósfera de gas noble. 11

12 Comparación de balastos electrónicos con balastos electro-magnéticos VENTAJAS: - Incremento de la eficacia de la lámpara >15% a 30KHz - Incremento de la expectativa de vida de la lámpara >25% - Menores pérdidas / Menores calentamientos. - No hay parpadeo, arranque instantáneo. - Ausencia de efecto estroboscópico - Facilidad para efectuar regulación. - Menor peso y exentos de ruido. - Factor de potencia corregido (En desarrollos de calidad) - Potencia constante con variaciones de V.línea.(En desarrollos de calidad) DESVENTAJAS: - Precio más elevado que el del balasto electromagnético. (Desventaja menos acentuada en equipos dobles, triples o cuádruples). 12

13 Balasto electrónico para lámpara fluorescente V.trig: Tensión de arranque. V.on: Tensión de lámpara. I.Lamp: Corriente de lámpara. L P : Inductancia limitadora (Fuente de corriente). 13

14 Balasto electrónico para lámpara fluorescente 1.- Filtro de supresión de radio interferencias. 2.- Circuito de protección: - Fallo de componentes. - Fallo en las lámparas. - Inhibición por funcionamiento sin carga. 3.- Eficacia: - Pérdidas reducidas. - Estabilidad de potencia. 4.- Amplios márgenes de tensión y protección ante sobretensiones transitorias. 5.- Controlador de factor de potencia. - Armónicos reducidos. - Factor de potencia próximo a la unidad. 6.- Arranque seguro: - En un amplio margen de temperatura ambiente. - Calentamiento óptimo de los cátodos. 14

15 Bloques auxiliares en un circuito típico de balasto electrónico ( Half bridge auto-oscilante ) PFC (Controlador de Factor de Potencia): a) Corrige el P.F. b) Mantiene constante la potencia (Wred) ante variaciones de Vred. c) Reduce el contenido de armónicos de la corriente consumida PROTECCIONES: a) Start/ Stop b) Tubo roto c) Circuito abierto 15

16 Corrección del factor de potencia en balastos electrónicos: 16

17 Balasto electrónico sin PFC 17

18 Balasto electrónico con PFC 18

19 Representaciones Gráficas en Balastos electrónicos con PFC 19

20 Límites de armónicos EN ORDEN DEL ARMÓNICO (n) n 39 INTENSIDAD ARMÓNICA ADMISIBLE (EN ) (%) 25 (30 λ) λ = Factor de potencia del balasto. 20

21 Niveles típicos de distorsión armónica en balastos BALASTO DE 36W / 220V / 50 Hz. Valores máx. norma EN (Para un balasto de λ = 0.9) ORDEN DE ARMÓNICOS (% en intensidad) 3º 5º 7º 9º 11º Magnético sin corregir ,8 0,8 0,5 Magnético corregido ( λ = 0.9) Electrónico sin P.F.C Electrónico con P.F.C ,6 0,3 λ = Factor de potencia del balasto. P.F.C. = Controlador factor de potencia. 21

22 PARTE 2ª Lámparas de alta intensidad de descarga y sus equipos asociados 22

23 Balasto Electromagnético Lámparas de Descarga 23

24 Normativa vigente aplicable a balastos para lámparas de descarga EN Balastos para lámparas de descarga. -Prescripciones generales y de Seguridad EN Balastos para lámparas de descarga.-prescripciones de Funcionamiento. Sus apartados principales son: a) Líneas de fuga y distancias en el aire b) Resistencia a la humedad y aislamiento c) Tensión a circuito abierto d) Forma de onda de las corrientes 1.-Corriente de alimentación 2.-Corriente suministrada a la lampara Factor de cresta de la corriente = I p /I eff Un valor excesivo del Fc, que atraviesa un cátodo frío, puede producir el desprendimiento de material del mismo, acortando la vida de la lámpara. e) Potencia e intensidad absorbida f) Ensayo en c/c g) Ensayo de calentamiento h) Ensayo de endurancia térmica de los arrollamientos. 24

25 Tipos de balastos para lámparas de descarga a) Vapor de Mercurio Alta Presión b) Vapor de Sodio Alta Presión c) Vapor de Mercurio con Halogenuros Metálicos d) Vapor de Sodio Baja Presión e) Vapor de Sodio Blanco f) Lámparas de INDUCCIÓN 25

26 Arrancadores Esquema general de conexión para lámpara de descarga 26

27 Arrancador dependiente (Montaje semiparalelo) Max. 20m 27

28 Arrancador independiente (Montaje serie) Máximo 1m 28

29 Arrancador independiente (Montaje paralelo) 29

30 Factor de Potencia (λ) y Coseno de ϕ ( fi ) Al estabilizarse una descarga en gas con la ayuda de un balasto inductivo, se produce un retraso de la corriente (y consecuentemente, también de la tensión de la lámpara) que atraviesa el conjunto, respecto a la tensión de alimentación. Dicho retraso, corresponde al ángulo cuyo coseno es: 30 Cos ϕ V = V Lamp Lin (en la figura, Cosϕ = E/U)

31 Condensador corrector I Xc I Xi 31

32 Compensación capacitiva del factor de potencia 2 C = 2 U 2 I L 2 W Wtan ϕ : π f 50 U 100 C Capacidad (µf) U Tensión de la línea (V) I Intensidad de lámpara (A) W Potencia total consumida (Potencia lámpara + Pérdidas balasto) (W) F Frecuencia de la línea (Hz) 32

33 Cosϕ y Capacidad correctora Pr(VAr) Pa(VA) ϕ P Cosϕ = = Pa λ Pr 2 Pr 1 P(W) Pa = Potencia aparente Pr = Potencia reactiva P = Potencia activa Pa 1 Pa 2 ϕ 2 P ϕ 1 C = (Sólo en ondas senoidales) P ( tanϕ tanϕ ) Π f U L C = Capacidad a añadir para pasar de ϕ 1 a ϕ 2 f = frecuencia U L = Tensión de línea 2 33

34 Inductancia y Capacidad en serie 34

35 Factor de Potencia (λ) 35

36 Equipos de ahorro energético para dos niveles de iluminación NRC UCR RCT NRC 36

37 Balasto reductor para dos niveles de iluminación 37

38 Equipo reductor con línea de mando NRC - VSAP VSAP P M T F P M T F RED F N BLOQUE ARRANCADOR BLOQUE CONMUTADOR TELEMANDADO L A C L L R CIRCUITO CONEX S1 / P FM OM MANDO 38

39 Equipo reductor con programador interno ETIMER NRC - VSAP P F VSAP M T P M T F F RED N BLOQUE ARRANCADOR BLOQUE CONMUTADOR TEMPORIZADO ( ETIMER ) LA C L LR CIRCUITO CONEX SE / P SELECTOR TIEMPOS 39

40 Distribución horaria del Flujo Luminoso en Equipo de Doble Nivel con controlador ETIMER ETIMER DOBLE ETIMER Tiempo seleccionado en SW1 4H 22M (*) 5H 49M (*) Resto NIVEL PLENO NIVEL REDUCIDO NIVEL PLENO NIVEL REDUCIDO NIVEL PLENO Conmutación a nivel reducido Encendido del Apagado del alumbrado alumbrado DIA NOCHE DIA DIA Encendido del alumbrado Conmutación a nivel reducido Conmutación a nivel pleno NOCHE Apagado del alumbrado DIA (*) Tiempos fijos 40

41 Equipo reductor con doble compensación del factor de potencia (DSM) NRC - VS o VM P M T F VS o VM P M T F F RED N BLOQUE DOBLE CONMUTADOR TELEMANDADO LA M N M N LR P P CIRCUITO CONEX DSM ARRANCADOR 22 CV ( solo para VS ) FM OM MANDO Cm C M 41

42 Unidades Compactas para Alimentación de Lámparas de Descarga U U A B A L U C R 42

43 Marcación CE y Directivas La proliferación de dispositivos electrónicos ha creado la necesidad de NORMALIZAR el impacto de los mismos en la Seguridad y en la Contaminación de las Redes de Alimentación comunes a todos los usuarios. Directivas Comunitarias aplicables en el Sector que nos ocupa: - La del Consejo, relativa a Compatibilidad Electromagnética - La de Baja Tensión (Seguridad). - Nueva Directiva (2000/55/CE), sobre Rendimiento Energético, aplicable a balastos para lámparas fluorescentes. 43

44 Normas de Compatibilidad Electromagnética aplicables en el Sector UNE EN : Equipos para alumbrado de uso general. Requisitos de inmunidad. UNE EN : Límites para las emisiones de corriente armónica en Equipos con corriente de entrada 16A por fase. UNE EN : Límites y métodos de medida de las perturbaciones Radioeléctricas en los Equipos de iluminación. 44

45 Límites de armónicos EN (Clase C) INTENSIDAD ARMÓNICA ORDEN DEL ADMISIBLE ARMÓNICO EN (Clase C) (n) (%) (30λ) n 39 3 λ = Factor de potencia 45

46 Normas de seguridad eléctrica aplicables en el sector de Componentes para Alumbrado UNE EN : Prescripciones de Seguridad Balastos Electromagnéticos de Fluorescencia. UNE EN : UNE EN : Lámparas Descarga. Electrónicos C.C. Fluorescencia. UNE EN : Arrancadores. UNE EN : Balastos electrónicos c.a. Fluorescencia. UNE EN : Convertidores reductores. 46

47 Tras finalizar la presente exposición: ILUMINACIÓN ARTIFICIAL DE ALTA EFICIENCIA Se abre, para los participantes, EL TURNO DE PREGUNTAS. Preparado por: D. Juan José Garrido Vázquez - Director Gerente de E.T.I. S.A., D. José Francisco Mejía García - Director del Dpto. Técnico de E.T.I. S.A. Colaboradores gráficos: D. Joaquín José Leandro Espada - Técnico del Laboratorio de E.T.I. S.A. D. Luis Javier Abad Delineante Proyectista de E.T.I. S.A. 47