časopis z vydavatelství
FCC PUBLIC

Aktuální vydání

Číslo 3/2020 vyšlo
tiskem 13. 3. 2020. V elektronické verzi na webu ihned. 

Téma: Trendy v elektrotechnice a souvisejících oborech

Hlavní článek
Využití měniče frekvence pro experimentální zařízení

Bezpečnost LED osvětlení

31. 1. 2020 | Ing. Josef Košťál | www.eel.cz

Při použití LED svítidel ve venkovním osvětlení hraje provozní teplota rozhodující roli, jde-li jednak o bezpečnost veřejného prostoru, jednak o spolehlivost a životnost svítidel. Obojí je možné realizovat, je-li při přechodu na LED osvětlení věnována náležitá pozornost vyladěnému řízení teploty – teplotnímu managementu (obr. 1).


Obr. 1. Ve venkovním prostředí poskytují LED svítidla bezpečí, dlouhou životnost a nízké provozní náklady

LED zdroje nepatří sice mezi tepelné zářiče, jako jsou např. žárovkové nebo halogenové světelné zdroje, přesto se také u nich při přeměně energie na světlo uvolňuje teplo. Pro bezpečný a efektivní provoz je třeba toto teplo spolehlivě odvést přes desku plošného spoje a kryt svítidla do okolního prostředí. Vysoké teploty snižují dobu života a světelný zisk – měrný světelný výkon (lm/W) LED zdroje (obr. 2). Údaje výrobce o světelném toku a době života LED zdroje se proto vztahují vždy k určitému rozsahu provozních teplot.


Obr. 2. Vysoké teploty ve svítidlech zkracují
dobu života a snižují světelný zisk

Riziko jednoduché metody

Jednoduché řešení, jak provozovat LED zdroje výhradně v doporučeném rozsahu teplot, poskytuje sledování teploty LED driveru (ovládače) a modulu prostřednictvím monitorovacích komponent. Je-li dodržena stanovená provozní teplota, je možné zajistit očekávanou dobu života a požadovanou osvětlenost LED zdroje. Bude-li však teplota překračovat provozní rozsah, bude osvětlenost pro zajištění tepelné ochrany často automaticky snižována stmíváním.

Tato jednoduchá metoda však nechává bez povšimnutí, že svítidla byla plánována a dimenzována pro určitou osvětlenost a že je třeba podle norem dodržet při jejich použití také určitou hladinu osvětlení. Tak může sledování teploty s integrovanou zpětnou vazbou vést k nejistým situacím v případě, že by např. osvětlení náměstí nebo ulic bylo nedostatečné.

Světlo pro lepší bezpečnost

Bezpečnost je často prioritou číslo jedna, pokud jde o venkovní osvětlení, soukromý pozemek, obytné areály, průmyslové plochy a veřejná místa. Zvláště pro pouliční oblast (pozemní komunikace) existují s ohledem na osvětlení jasná zadání: za tmy chránit chodce, cyklisty a motorizované osoby před újmou na zdraví a ztrátou života (obr. 3). Dostatečně jasné a pro danou situaci správně uzpůsobené osvětlení hraje při tom velmi důležitou roli.


Obr. 3. Bezpečnost pro chodce, cyklisty a motorizované osoby
je nejvyšší prioritou veřejného 
osvětlení

Soubor evropských norem ČSN EN 13201 popisuje kvalitativní kritéria pro pouliční osvětlení, jako jsou osvětlenost, neoslnivost, podání barev nebo rozdělení jasu. Požadavky na kvalitu jsou tím vyšší, čím vyšší je bezpečnostní riziko pro účastníky silničního provozu. Stanovují se na základě konkrétní dopravní situace, na počtu a rychlosti účastníků silničního provozu. Nedostatečné osvětlení značně zvyšuje riziko a nebezpečí kolize.

Promyšlené plánování osvětlení zajistí nejen bezpečné veřejné osvětlení, ale vyhoví i požadavkům norem. Za tmy jsou různé dopravní plochy podle potřeby osvětlovány a uzpůsobovány různým uživatelům komunikací a objemu dopravy. Plánování osvětlení musí zahrnovat také noční pokles osvětlení, což představuje dodatečný potenciál úspor (obr. 4). Je-li např. některá dopravní komunikace v době od půlnoci do časných ranních hodin téměř bez provozu, osvětlení se sníží. To lze provést stmíváním nebo také vypínáním skupin svítidel. K tomuto účelu je však třeba provést podrobnou analýzu noční dopravní situace, přičemž učiněná opatření nesmějí jít na úkor bezpečnosti.


Obr. 4. Za tmy lze osvítit dopravní plochy podle konkrétních potřeb, a dosáhnout tak dodatečných úspor

Výpadek při tepelném šoku

Když dojde ve svítidle neplánovaně z technický důvodů k tepelnému šoku, může pokles úrovně osvětlení způsobit z hlediska světelnětechnického ohrožení bezpečnosti a zvýšit rizikový potenciál pro účastníky silničního provozu.

Použití stmívání při příliš vysokých provozních teplotách jako ochrany před přehřátím považují odborníci na osvětlení z bezpečnostně-technického hlediska za kritické. Doporučují využít možnosti dimenzování komponent a celého systému osvětlení a jejich přizpůsobení konkrétnímu místu použití tak, aby k přehřívání vůbec nedocházelo. V evropském prostoru je takto formulované řešení díky mírnému teplotnímu pásmu kdykoliv možné.

Senzory a data

Odborníci dále doporučují vybavit elektronické komponenty svítidla snímači teploty. Jejich hlavním úkolem je sběr dat, která dávají informace o skutečných teplotách vyskytujících se v hlavě svítidla. Toto umožňuje posoudit kvalitu provedení a včas dát podnět pro zásah údržby. Kromě toho lze tato data také s výhodou použít při modernizaci svítidel – např. pro napojení na systém internetu věcí.

Překročení teploty

Dojde-li přesto za výjimečných okolností ke krátkodobému zvýšení provozní teploty, zajistí současný široký rozsah provozních teplot a implicitně započítané rezervy elektronických komponent, že nedojde k provoznímu výpadku. Robustní komponenty by měly vydržet krátkodobě i tepelný šok. Snížení životnosti se z tohoto důvodu pohybuje řádově v jednotkách procent (obr. 5), ale celý osvětlovací systém a uživatelé příslušného dopravního prostoru profitují ze značně zvýšené úrovně bezpečnosti. Do budoucna by se měla vedle příkonu nebo úrovně stmívání evidovat a pravidelně vyhodnocovat také teplota na světelný bod.


Obr. 5. Započtené rezervy robustních elektronických komponent zajistí, že při krátkodobém překročení provozní teploty nedojde k výpadku osvětlení

Závěr

Obce, městská správa a projektanti osvětlení mohou sami přispět z velké části k bezpečnosti osvětlovací soustavy, neboť bezpečnost ve veřejném prostoru je prioritou číslo jedna. Toto začíná porovnáním tepelných údajů od jednotlivých výrobců svítidel a zahrnuty jsou i speciální údržbové programy, jejichž realizace by měla probíhat v intervalech, které vycházejí z konkrétní světelné situace.

Literatura:
[1] Německý odborný časopis pro elektrotechniku de, č. 21/2017 – Sonderheft Beleuchtung 2017, vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München.


Vyšlo v časopise Elektro č. 1/2020 na straně 11.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde