Instalacje LED w dużych obiektach - jak wykorzystać zalety i ominąć wady techniki LED

Zapewnienie odpowiedniego oświetlenia dużych przestrzeni jest sporym wyzwaniem dla instalatorów oświetlenia LED. Oprawy oświetleniowe muszą bowiem pracować w trudnych warunkach (temperatura, zapylenie), zachowując jednocześnie wysokie parametry światła. Poniżej prezentujemy przykłady wielkopowierzchniowych realizacji firmy HSK LEDY, które pokazują jak najlepiej wykorzystać zalety i ominąć wady techniki LED.

Praca w wysokich temperaturach otoczenia (wtryskownia tworzyw sztucznych)

Światło emitowane przez oprawy LED ma liczne zalety w porównaniu z tradycyjnymi źródłami światła. Bezpośrednio z elektroniką zasilającą diody wiążą się następujące:
 

• niewrażliwość na wahania napięcia sieci i krótkotrwałe zaniki zasilania
• brak efektu migotania o częstotliwości 100Hz czy 400Hz (zasilanie prądem stałym z przetwornicy)
• łatwość sterowania natężenia światła praktycznie od 0 do 100%

Dodatkowo LEDowe źródła światła charakteryzują się niezwykle długim czasem eksploatacji bez zmiany jakości emitowanego światła.

Chcąc jednak osiągnąć zakładaną żywotność L70 przekraczającą 50 000 godz. należy zadbać, aby temperatura LED nie przekraczała wartości 60 - 70°C.

LED może pracować i w temperaturze 110°C, ale w takich warunkach jego żywotność nie osiągnie zapowiadanej wartości 50 000 godz.

Dioda LED jest strukturą półprzewodnikową i jak każdy półprzewodnik wymaga starannego doboru warunków zasilania. Najlepiej zasilać diody prądem o stałej wartości, wolnym od pulsacji, a moc doprowadzona powinna być wyraźnie mniejsza od mocy maksymalnej, dopuszczanej przez producenta.

Moc elektryczna dużej wtryskarki to kilkadziesiąt kilowatów, w większości w grzałkach.

Z tego powodu temperatura pod stropem wtryskowni wynosi zazwyczaj 40-50°C.
Oprawy oświetleniowe muszą być zainstalowane nad suwnicą, czyli tuż pod stropem.

W typowych oprawach LED z modułami LED o mocy kilkudziesięciu W (naświetlacze, high bay) nawet przy dużych radiatorach przyrost temperatury między otoczeniem a modułem LED wynosi od 30 do 50°C. Zatem temperatura LED w oprawie zainstalowanej we wtryskowni wyniesie od 80 do 100°C. W takich warunkach obietnica żywotności L₇₀=50 000 godz. jest nierealna.

Rozwiązania problemu:

• zastosowanie wydajniejszego systemu chłodzenia powietrza w hali, aby nie przekroczyć Ta=30°C pod stropem. Inwestor nie zgodzi się na taki koszt, pochłaniający całą oszczędność z zastosowania technologii LED.
• zastosowanie opraw LED o przyroście temperatury LED względem powietrza mniejszym od 10°C. Zastosowaliśmy oprawy HSK LEDY P-120-60W, dające 6000lm przy przyroście temperatury 9°C, uzyskując natężenie oświetlenia średnio 350lx na powierzchni roboczej.

Przykład realizacji: zakłady przetwórstwa tworzyw sztucznych SPLAST w Krośnie, w których zastosowano oświetlenie LED w odmianach dostosowanych do gabarytów pomieszczeń i specyfiki ich użytkowania: PEGAZ P-120 wraz z modułami zasilania awaryjnego zestawy LED / barrisol 240W 4500k oraz LEO-L33R (łazienki)

Zobacz wszystkie oprawy przemysłowe HSK LEDY

Równomierne oświetlenie dużych obiektów

Wymagania na poziom i równomierność oświetlenia w obiektach sportowych są bardzo wysokie. Na przykład dla hal tenisowych przyjmuje się:

W realnych obiektach projektant oświetlenia musi się dostosować do zastanych ograniczeń geometrycznych, zazwyczaj hala jest za niska, zdarzają się nieregularne kształty stropu, wynikające z wizji architekta, który nie zastanawiał się jakie z tego wynikają problemy dla projektanta oświetlenia.

Względnie łatwe w technice LED jest uzyskanie wymaganych współczynników rozróżniana barw, natomiast droga do osiągnięcia tak wysokich poziomów oświetlenia przy zachowaniu wymaganej wysokiej równomierności i akceptowalnej wartości olśnienia prowadzi zazwyczaj przez zastosowanie dużej ilości opraw o względnie niewielkiej mocy, rozłożonych równomiernie pod stropem.
 

Oświetlenie hali sportowej SCOUT Fitness Club za pomocą opraw HSK LEDY

Przy projektowaniu zasilania kilkuset opraw LED warto zwrócić uwagę na kwestię startu systemu zasilania oświetlenia przy załączaniu napięcia.

Ze względu na wysoką efektywność współczesnych opraw LED pobór mocy ciągłej oświetlenia ma zwykle niższą wartość w porównaniu do oświetlenia na lampach wyładowczych. Projektant zasilania wpada tu niekiedy w pułapkę obliczeniową: Oprawa o mocy 60W pobiera z sieci prąd ciągły 0,27A, czyli na jednym obwodzie zabezpieczonym bezpiecznikiem B10 A można by z należytym zapasem umieścić 20 opraw. Po zainstalowaniu opraw okazuje się, że takiego obwodu zasilania nie da się załączyć, bezpieczniki uruchamiają się przy każdej próbie załączania.

Przyczyna zjawiska tkwi w konstrukcji zasilaczy. Oprawy LED zasilane są prądem stałym z przetwornicy elektronicznej. Typowy zasilacz LED przedstawia sobą od strony sieciowej mostek prostowniczy, zasilający kondensator elektrolityczny o pojemności kilkuset mikrofaradów. W momencie pierwszego załaczenia do sieci zasilacz pobiera prąd rozruchowy ( w katalogach anglojęzycznych inrush current) i wartości kilkudziesięciu amperów. Ten udar prądu, pomnożony przez ilość opraw w jednym obwodzie bezpiecznika, trwa tylko przez kilka półokresów 50Hz, ale to uniemożliwia załączenie zasilania.

Renomowani producenci zasilaczy, a w ślad za nimi producenci oświetlenia, informują klientów o tym zjawisku, podając tabele z dopuszczalną ilością zasilaczy (opraw) na jednym obwodzie. W poniższej tabelce podaję przykłady kilku popularnych zasilaczy LED, na podstawie danych fabrycznych:

Są dostępne zasilacze z miękkim startem, nie są one jednak chętnie wybierane z z powodu dwóch wad: niższa sprawność i wyższa cena.

Jak widać z powyższej tabeli, najlepszym rozwiązaniem problemu twardego startu zasilania jest podział zasilania na obwody o mniejszej ilości opraw, zasilane bezpiecznikami o charakterystyce C wszędzie tam, gdzie to jest możliwe.

Jednak w sytuacji, gdy projektant oświetlenia przewidział zastosowanie kilkudziesięciu opraw o mocy 240W lub wyższej, trudno wymagać od projektanta instalacji elektrycznej, żeby doprowadził osobny obwód do każdej oprawy, gdyż inwestor nie zgodzi się na takie podniesienie kosztu instalacji.

W takiej sytuacji firma HSK proponuje sprawdzone rozwiązanie w postaci modułu AXON POWER Protector Soft Start

Działanie tego modułu polega na wydłużeniu czasu ładowania kondensatorów elektrolitycznych zasilaczy LED, przez co zmniejsza się prąd rozruchowy, zatem na jednym obwodzie można bezpiecznie umieścić więcej zasilaczy.

Oświetlenie hali sportowej SCOUT Fitness Club w Częstochowie za pomocą opraw HSK LEDY

Moduł AXON Power Protector Soft Start przeznaczony jest do:

• zasilania pojedynczych opraw dużej mocy,
• zasilania sekcji kilkunastu opraw mniejszej mocy.

Rozwiązanie to jest szczególnie użyteczne przy wymianie oświetlenia z opraw wyładowczych na LED, kiedy instalacja elektryczna już istnieje, z jednego obwodu zasilanych jest kilkadziesiąt opraw i nie ma możliwości dodania nowych obwodów zasilania.

Moduł AXON ProtectorSoft Start ma podwójną funkcję: oprócz eliminacji twardego startu zapewnia również ochronę przeciwprzepięciową - jest to ochronnik przeciwprzepięciowy klasy D, o schemacie identycznym jak omawiany wcześniej AXON Power Protector LED.