Грамотная эксплуатация светильников - максимизируем срок службы

Содержание:

• 2 вида эффективности
• Общие приемы оптимальной эксплуатации светильников
• Специфика эффективной эксплуатации светодиодов и LED светильников
  • Температура
  • Проблемы, связанные с блоками питания
  • Меры тепловой защиты
  • Электротехнические меры защиты

Максимальный экономический эффект освещения на светодиодах достижим при выполнении общих и специфических условий эксплуатации. Под мерами общего характера понимаются те, что действуют независимо от типа источников света. Под специфическими — обусловленные физическими и конструктивными особенности LED светотехники. В этом обзоре мы коснемся первой и подробно рассмотрим вторую категорию мероприятий.

2 вида эффективности

Экологи и маркетологи выдвигают на первый план энергоэффективность как главный козырь светодиодов. Исчисляется этот параметр в единицах светового потока, генерируемого источником на каждый Ватт затраченной мощности (Лм/Вт). Синонимом энергоэффективности в светотехнике является понятие световой отдачи (Н).

Однако, для бизнеса более принципиальна экономическая эффективность, выраженная в полной стоимости эксплуатации (ПСЭ). ПСЭ светильника или системы освещения учитывает:

• Стоимость оборудования и его монтажа.
• Оплату потребляемой электроэнергии.
• Срок* эксплуатации светильников.

*Полный ресурс, либо время до снижения светового потока от начального уровня в заданных пределах. Согласно стандарту IESLM-80 за срок эффективной эксплуатации принимается промежуток работы ИС до уровня светового потока в 70 % (L70) или 50 % (L<50).

Далеко не всегда самые энергоэффективные системы отличаются самой низкой ПСЭ, поскольку могут быть значительно дороже аналогов или иметь меньший ресурс. С другой стороны, существенного увеличения ресурса можно добиться с помощью мер эффективной эксплуатации, о чем и пойдет речь ниже.

Более подробно параметр ПСЭ на стадии выбора светильников рассмотрен в статье «Экономическая эффективность ИС — выбираем лучшее освещение».

Общие приемы оптимальной эксплуатации светильников

Элементы управления системой освещения моделируют величину светового потока и время работы светильников. Экономические результаты такого управления — снижение энергопотребления и увеличение срока службы оборудования. В типовых технических решениях используют:

• Диммеры — позволяют вручную и автоматически регулировать уровень освещения, изменяя входное напряжение светильников. Вольтаж увеличивается и уменьшается посредством ступенчатой или непрерывной функции.
• Датчики освещенности — с их помощью в помещениях учитывают влияние солнечного света, чтобы поддерживать заданные уровни освещенности, экономя ресурсы.
• Детекторы движения и присутствия — дают команды на включение светильников только тогда, когда в зоне их контроля появляются люди.
• Таймеры — позволяют организовывать экономичный режим освещения без привлечения датчиков и интеллектуальных систем.

По данным DOE (Департамент Энергетики США) 2018 г. применение интеллектуальных систем управления энергией (EMS) в коммерческом секторе позволяет экономить около 47 % электричества на оптимизации освещения. К сожалению, пока еще не проводились статистические исследования на предмет продления ресурса LED светильников благодаря EMS. А ведь этот экономический эффект может даже превышать профит от энергосбережения!

Специфика эффективной эксплуатации светодиодов и LED светильников

Ключевыми блоками светодиодного светильника являются:

• Излучающий диод, матрица диодов или набор этих элементов.
• Оптическая часть диода (линза) — присутствует лишь в отдельных моделях ИС.
• Блок питания (драйвер).
• Радиатор теплоотвода, либо теплоотводящий корпус.

Соответственно проблемы устройства могут быть связаны с особенностями теплового и электрического режимов эксплуатации, а также помутнением линз.

Температура

Лампы накаливания излучают тепло в виде инфракрасных волн, тогда как светодиоды генерируют только видимый свет. Поэтому без организации надлежащего теплоотвода температура LED ИС повышается до уровней, несовместимых с эффективной эксплуатацией.

Температура, превышающая проектную, не только разрушает сам светодиод и слой люминофора. Вторая проблема заключается в том, что перегреваясь, отказывают электронные компоненты драйвера, в частности, электролитические конденсаторы. Существует и обратная деструктивная зависимость: работа блока питания добавляет от 15 % до 20 % тепла в общий баланс светильника, что затрудняет возможность охлаждения светодиодного источника.

Без решения проблемы охлаждения LED ИС меры по управлению системой освещения с помощью EMS могут лишь ускорить деградацию оборудования. Речь идет о порочном круге неадекватной обратной связи:

1. Нагреваясь, светодиодная лампа генерирует меньший световой поток.
2. Датчик освещенности, реагируя на снижение потока, дает сигнал EMS, которая через диммер увеличивает силу тока на светодиоде.
3. На короткое время яркость лампы увеличивается, но затем падает ниже уровня, который был до реакции EMS.
4. Цикл повторяется, пока лампа не выйдет из строя, либо у нее не сработает защитная схема, ограничивающая силу тока независимо от команд EMS.

Проблемы, связанные с блоками питания

К конструкциям драйверов предъявляются жесткие и подчас противоречивые требования. Устройства должны быть:

• Компактными (особенно для лампочек, имитирующих лампы накаливания и галогенные).
• Энергоэффективными (выделять как можно меньше тепла).
• Выдерживать высокие температуры без влияния на параметры управления.
• Поддерживать постоянную величину тока при изменении напряжения в электросети.
• Корректно работать с диммерами.

Миниатюризация блоков питания усложняет соблюдение качества сборки. Кроме того, на драйверах отсутствует защита от резких скачков напряжения. Большинство светодиодных ламп оснащены интегрированными бюджетными драйверами типа:

• RC — без стабилизатора напряжения, зато регулируется обычным диммером.
• IC — со стабилизатором, но не диммируется.

Существуют внешние драйверы, которые и стабилизируют напряжение, и диммируются. Они маркируются как «dimmable», но стоят значительно дороже. Выпускаются и специальные диммеры для LED драйверов любых видов. Казалось бы, в чем проблема? Просто нужно согласовывать все эти виды аппаратуры между собой при компоновке системы освещения. Однако, далеко не все производители указывают тип блока питания, установленного внутри LED лампы с резьбовым или пиновым цоколем…

Светодиодные блоки питания чаще всего выходят из строя по причине:

• Перегорания элементов вследствие пробоя (диодный мост, импульсная сборка и т.д.)
• Из-за КЗ или потери контактов вследствие низкого качества сборки (плохая пайка).

Меры тепловой защиты

Если светотехника уже выбрана и установлена, то для улучшения условий эксплуатации возможно применение следующих мер:

1. Вынос блоков питания за пределы корпусов светильников с целью уменьшения выделения тепла в замкнутом объеме (технически и без ущерба для эстетики это возможно, если светильники подвесные линейные или накладные/врезные на подвесных потолках с достаточным подпотолочным пространством).
2. Обмен мощных ламп с резьбовым цоколем, устанавливаемых в открытых светильниках, на аналоги с более эффективными радиаторами и/или встроенными вентиляторами (разумеется, если не прошел срок, утвержденный законом о правах потребителей).
3. Ограничение мощности системы пределом в 90 % - 95 % от номинальной (с помощью диммеров).
4. Своевременная чистка от пыли радиаторов и теплоотводящих корпусов (пыль может снижать естественную теплопередачу в 2 – 3 раза).

Если вы еще только проектируете свою систему или приобрели, но еще не смонтировали оборудование, то максимальной температурной защиты светодиодов можно достичь:

1. Размещая подвесные светильники вдоль оси потока вытяжной вентиляции.
2. Отказываясь от накладных закрытых потолочных светильников в корпусах без радиаторов.
3. Отказываясь от установки светодиодных ламп в светильники, предназначенные для эксплуатации ИС других типов.
4. Выбирая ИС с большим диапазоном питающего напряжения.
5. Выбирая в рамках одной модели светильника исполнение с меньшим световым потоком среди аналогов равной потребляемой мощности*.

* В таких модельных линейках используются одинаковые комплектующие, а более энергоэффективные исполнения реализованы за счет увеличения силы тока на светодиодах. Выше ампераж при прочих равных условиях — значит больше нагрев и меньше ресурс светильника.

Электротехнические меры защиты

Некоторые производители светодиодных ИС публикуют списки моделей диммеров, протестированных и одобренных для использования с их продукцией. Необходимо соблюдать эти рекомендации.

Если в вашей компании есть штатный электрик достаточной квалификации, ему можно поручить апгрейд светодиодных блоков питания, выполненных без защиты (в схему добавляются предохранитель и варистор). В противном случае дешевле заменить такие драйверы на более качественные, либо заказать установку общей электротехнической защиты на всю систему. В частности, такая мера является необходимой, если колебания напряжения в вашей сети выходят за рамки штатного диапазона работы LED ИС.

При эксплуатации масштабных групп LED светильников суммарной мощностью более 1 кВт актуальной становится проблема срабатывания защитных предохранителей во время пуска системы. Удачным и простым решением является использование контактора, пересекающего нулевое напряжение. Установленный в линию с автоматическим выключателем, контактор задерживает включение цепи до тех пор, пока волна напряжения не пересекает ноль. Это сводит к минимуму пусковой ток до такой степени, что не требуется снижение номинального напряжения автоматического выключателя.