Защита светодиодных осветительных установок от перенапряжений
Организация
 
АО «Хакель»
 
(Россия)
Дата проведения
 
24.04.2020
Докладчик
Солюлев Михаил Михайлович, технический специалист Инжинирингового центра АО «Хакель»
You must have the Adobe Flash Player installed to view this player.
 
Вебинар размещен в сокращенном варианте.

Современный рынок светотехники состоит из разных сегментов и поделен на узкоспециализированные направления: это светотехника промышленного, бытового применения, внутреннее и внешнее освещение, освещение населенных пунктов, промышленных площадок, транспортной инфраструктуры и декоративная подсветка. В настоящее время на рынке светотехники наблюдается массовый переход со старых ламп накаливания на светодиодные технологии.

Презентация выступления. Защита осветительных установок

По данным исследований компании «Лайтинг Бизнес Консалтинг» рынок светильников РФ на 86,6% состоял из светодиодных светильников уже в 2018 году, и эта доля продолжает расти. Связано это с такими преимуществами светодиодных технологий, как экологичность и экономичность. Светодиодные светильники в два раза энергоэффективнее люминесцентных рамп и в семь раз ламп накаливания. Единственным недостатком светодиодных систем является их более высокая стоимость. Кроме того на рост рынка повлияло принятие по вопросам освещения ряда государственных и инфраструктурных программ, как федеральных, так и местных.

Как показывает опыт, полученный международной организацией по освещению и объединению мэрий городов России и МКП «Ростгорсвет», современное освещение должно отвечать пяти основным критериям:

  • зрительной видимости, то есть обеспечение нормальных зрительных условий для водителей и пешеходов, а также оптимальные количественные и качественные параметры освещения, которые регламентируются действующими нормами;
  • безопасности – старейший из всех других. Количество ДТП и противоправных действий значительно снижается при хорошем освещении города. Причем затраты несопоставимы малы по сравнению с получаемой выгодой. На сегодняшний день качество освещения люди напрямую связывают с уровнем личной безопасности;
  • эстетики – общество ждет от освещения не только выполнения прямых функциональных задач, но и удовлетворение эстетических потребностей. Единых решений в виду обилия средств освещения и многообразия объектов освещения здесь не существует;
  • экономичности – иногда называют решающим фактором для заказчиков. Необходимо учитывать, что кроме капитальных затрат на само оборудование, существуют также затраты на эксплуатацию и ремонт;
  • общественной функции освещения – это понятие гармоничной световой среды. Предполагает создание благоприятного психологического климата, оказывающего положительное влияние на реализацию общественных функций. Является предпосылкой для оживления городской жизни.

Если говорить об экономике, то наиболее масштабные и затратные направления применения светотехники попадают под целевые программы освещения городов и архитектурной подсветки.

 

Помимо качества проектирования комплектующих и соблюдений правил монтажа, надежность светодиодных систем определяется в немалой степени стойкостью к внешним воздействиям.

Говоря о светодиодных системах, рассмотрим две ее основные части: сами светильники и системы управления светильниками. В настоящее время это не просто включение и отключение освещения, а интеллектуальные системы управления освещением, где управление может осуществляться по месту или удаленно из диспетчерского пункта, в автоматическом режиме по уровню освещенности, времени суток, конкретным датам, по присутствию. Кроме того, светильники могут оперативно управляться по яркости, цвету, включению и выключению. Все это позволяет с помощью программируемых контроллеров организовать управление декоративной подсветкой, световыми панно, светодиодными дисплеями.

Надежность светодиодных систем, помимо качества проектирования комплектующих и соблюдений правил монтажа, во многом определяется их стойкостью к внешним воздействиям. Прежде всего, это прямые и близкие разряды молний в воздушные линии и в конструкции со светильниками, или в системы внешней молниезащиты объекта. Особенно эта проблема актуальна для сетей уличного и внешнего освещения, где возможен прямой удар молнии в опоры освещения или близкие удары молнии, когда опоры не находятся в зоне защиты, находящихся рядом более высоких объектов. Также в зоне риска находятся светильники фасадного освещения, подсветка высотных зданий. Нельзя не учитывать влияние находящихся рядом высоковольтных сетей ЛЭП, а также тяговых сетей, в которых также могут возникать коммутационные перенапряжения. Такая ситуация характерна для систем освещения объектов железнодорожной инфраструктуры, когда на линию освещения оказывают влияние коммутационные процессы в тяговой сети, удары молнии в контактную сеть.

Слайд 1. Внешние воздействия. (кликабельно)

Еще один источник перенапряжения – это коммутационные перенапряжения, вызванные переключением на трансформаторных подстанциях, переключением АВР, переключениями и внезапными изменениями нагрузок, особенно с большой индуктивностью (трансформаторы, моторы, магниты), короткие замыкания и коммутационные процессы в проходящих рядом линиях освещения (Слайд 1).

Также источником перенапряжений является попадание кабельных линий в зону растекания тока молнии по земле или по металлоконструкциям, по которым проходят кабельные линии. Например, линии уличного освещения, освещения парков, где вероятность попадания в саму опору невелика, но возможно попадание молнии в расположенные рядом деревья, заземленные сооружения и конструкции. В результате ток молнии растекается по земле, где проложены кабельные линии, и кабельная линия попадает в зону растекания тока молнии.

 
Защита оборудования.
Слайд 2. Защита оборудование управление. (кликабельно)

Этот вопрос можно разделить на две части – это защита оборудования управления и защита самих светильников. Сначала рассмотрим защиту оборудования управления от вторичных проявлений молнии внутри объекта. Это задача внутренней молниезащиты объекта, важным элементом которой являются устройства защиты от импульсных перенапряжений, то есть УЗИП. Если рассматривать самые мощные воздействия, то защита может понадобиться и кабельным линиям (Слайд 2). В первую очередь это идущие от объектов кабельные линии, находящиеся в так называемой зоне молниезащиты «0В», в которой существует угроза воздействия электромагнитного поля молнии, описанной в ГОСТ Р МЭК 62305 1-я часть. Для защиты оборудования управления со стороны линии светильника рекомендуется применять УЗИП, испытанный по классу испытаний I. Классы испытаний устройств описаны в ГОСТ МЭК 61643 в 11-й части. Это также могут быть УЗИП класса испытаний I+II, I+II и +III, но они в любом случае должны быть испытаны по классу испытаний I.

Для защиты оборудования со стороны линии светильника, попадающее в зону растекания ослабленного тока молнии, можно применять УЗИП класса испытаний II, согласно тому же ГОСТ МЭК 61643 11-й части. Таким образом, защиту оборудования управления освещением и подсветкой рекомендуется выполнять всегда, когда линии внешнего освещения и подсветки выходят за пределы объекта.

 

Таким образом, защиту оборудования управления освещением и подсветкой рекомендуется выполнять всегда для линий внешнего освещения и подсветки, которые выходят за пределы объекта.

Компания «ХАКЕЛЬ» для решения подобных задач разработала и предлагает готовые комплектные решения по защите оборудования осветительных систем. К ним относится изделие повышенной заводской готовности ЩЗИП-ЯУО – щитки защиты от импульсных перенапряжений, который совмещен с ящиком управления освещением различной конфигурации (Слайд 3). Управление может быть местное, дистанционное, автоматическое, по освещенности, по времени. Может быть управление аварийным освещением с резервированием с помощью АВР, то есть конфигурации могут быть совершенно различными. Преимущество подобных решений, в том, что это готовое решение на основе УЗИП собственного производства. Наши специалисты берут на себя всю работу по разработке схемных решений в соответствии с требованием применения УЗИП, либо вне нормативных документов. Щитку присваивается код, таким образом, в спецификации будет фигурировать одна строка – это название, код щитка. Для заказа щитка заполняется опросный лист, где расписывается конфигурация щитка и требования к нему. Желательно также приложить однолинейные схемы. Для щитка ЩЗИП-ЯУО разработан и выложен на нашем сайте специальный опросный лист, где описывается его конфигурация.

 
Слайд 3. ЩЗИП-ЯУО – щиток защиты от импульсных перенапряжений. (кликабельно)
Слайд 4. Требования к блокам питания светильников. (кликабельно).

Теперь рассмотрим вопросы защиты самих светильников. Кратко остановлюсь на требованиях к светильникам, а точнее к блокам питания светильников (Слайд 4). Их часто называют драйверами, хотя в то же время драйвер – это часть блока питания, это стабилизатор тока светильника. Чтобы обеспечить долгую жизнь светильника, необходимо обеспечить подбор качественного и грамотно спроектированного оборудования. Предпочтительным вариантом является использование в светильниках блоков питания фирм, специализирующихся на данном виде продукции. Такие блоки питания должны иметь достаточно большой коэффициент мощности, не менее 0,85, обозначаемый обычно или λ (лямбдой), или PF. То есть это отношение потребляемой активной мощности к полной мощности. Именно этот показатель говорит о качестве блока питания. Максимального КПД блок питания достигает при мощности нагрузки порядка 60-90% от номинальной мощности этого блока питания. При нагрузке менее 50% от номинала блока питания его КПД резко падает.

Необходимо соблюдение правильного подключения блока питания. И если, допустим, клеммы промаркированы как L и N, то подключать нужно соответствующим образом. Недопустим перегрев в результате неудачной конструкции или неудачного расположения блока, что приводит к деградации его электролитических элементов, конденсаторов.

 
Слайд 5. Стойкость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. (кликабельно)
Слайд 6. Издержки выхода из строя светового оборудования. (кликабельно).

Есть такой параметр, как стойкость оборудования к импульсным перенапряжениям. То есть это стойкость к микросекундным импульсным помехам большой энергии, так называемые МИП. Указывая данный параметр, иностранные производители ссылаются на МЭК 61000-4-5, а в России он соответствует ГОСТ Р 51317.4.5 (Слайд 5). Следует сказать, что не все зарубежные производители указывают этот параметр. Оборудование компании «ХАКЕЛЬ» имеет достаточно хорошую стойкость к МИП – это до 4 кВ по линии «фаза-нейтраль» и до 6 кВ по линии «нейтраль-земля», «нейтраль-PE». Достигается это применением внутри блока питания защитных нелинейных элементов: варисторов, разрядников, супрессоров.

Необходимо пояснить, что особенностью микросекундных импульсов большой энергии является то, что их энергия невелика, то есть это именно помехи, отголоски более мощных импульсных воздействий. Для защиты конечного оборудования от остаточных бросков импульсных перенапряжений применяют УЗИП класса испытаний III.

В случае мощных молниевых коммутационных воздействий, энергия импульсных перенапряжений может достигать значений достаточных, чтобы вывести из строя оборудование даже с встроенной защитой. Кроме того, нужно учитывать, что упомянутые стандарты не рассматривают вопросы стойкости изоляции в условиях воздействия высоковольтных напряжений, не рассматривают также прямые воздействия молниевых разрядов. В таких условиях может понадобиться применение дополнительных мер защиты.

Из-за высокой стоимости светодиодных систем важным моментом является обеспечение их надежности и долговечности. Для того чтобы светодиоды горели ярко, через них пропускают максимально допустимые токи, поэтому к ним предъявляются высокие требования к качеству и стабильности питающего тока, которую обеспечивают драйверы. При бросках импульсных перенапряжений возникают броски импульсного тока через светодиод, что сокращает срок его службы даже в том случае, если импульсные перенапряжения не приводят к выходу его из строя. Принимая решение защиты светильников необходимо учесть дополнительные экономические критерии. Ведь стоимость защиты светильников может быть сравнима со стоимостью самих светильников. Кроме этого необходимо учитывать и косвенные потери, возникающие при выходе их из строя. Это стоимость замены светильника, это потери и риски, связанные с прекращением работы освещения, что приводит к нарушению безопасности, остановке производственных или иных важных процессов, это репутационные и имиджевые потери (Слайд 6). Ведь даже частично неработающая световая реклама может не лучшим образом сказаться на имидже компании.

 

При выборе класса испытаний УЗИП подход здесь такой же, как и при защите оборудования управления. То есть все зависит от возможности воздействия на линию.

Слайд 7. Однофазные щитки серии ЩЗИП-ОСВ. (кликабельно)

В зависимости от расположения светильников возможны различные варианты их защиты. Например, для защиты светильников на опорах уличного освещения рекомендуется размещать УЗИП у основания опоры в месте подключения кабеля. При выборе класса испытаний УЗИП подход здесь такой же, как и при защите оборудования управления. То есть все зависит от возможности воздействия на линию. Например, для линии городского уличного освещения, как правило, достаточно УЗИП класса испытаний II. То есть, когда мы не ожидаем прямого удара молнии в какую-то из опор или в кабельную линию. В качестве комплектного решения компания «ХАКЕЛЬ» разработала специальные однофазные щитки серии ЩЗИП-ОСВ с установленным в них УЗИП и автоматическим выключателем (Слайд 7), где * - это вариант исполнения щитка по согласованию с заказчиком в зависимости от класса применяемого УЗИП, системы заземления, номинала автоматического выключателя. То есть возможны различные конфигурации. Эти щитки предназначены для установки во внутреннюю полость опоры диаметром от 100 мм через ревизионную дверцу у основания опоры. Щиток подключается параллельно линии, и заземляющий проводник этого щитка подключается к клемме заземления опоры.

Для защиты светильников на мачтах освещения, на которые установлены молниеприемники, рекомендуется у основания мачты подключить УЗИП класса испытаний I или I+II. Такая схема обеспечивает защиту светильников со стороны соседних мачт освещения, в которые возможен прямой удар молнии. В качестве комплектного решения компания «ХАКЕЛЬ» предлагает щиток защиты ЩЗИП, устанавливаемый внутри мачты, в месте подключения кабеля. Щиток разрабатывается в соответствии с требованиями заказчиков и электромагнитной обстановки.

 
Слайд 8. Непосредственной защиты светильников. (кликабельно)
Слайд 9. Защита светильников. (кликабельно).

Для непосредственной защиты светильников, компания «ХАКЕЛЬ» разработала специальное устройство защиты серии ГСО, которое можно разместить в корпусе светильника или в непосредственной близости от него (Слайд 8). Применяется он как для отдельно расположенных светильников, так и для группы светильников или для защиты светильников, расположенных на высоких мачтах освещения (свыше 10 метров), в качестве второй ступени защиты дополнительно к первой ступени защиты – УЗИП класса I, установленные в основание опоры.

ГСО подключается к линии клемм или непосредственно к клеммам защищаемого оборудования с помощью проводников, выходящих из корпуса устройства (Слайд 9). Проводники имеют цветовую маркировку. То есть черный – это фазный проводник, синий – нейтраль и желто-зеленый – заземляющий проводник. Класс испытаний этого устройства – II+III. В случае если по металлоконструкциям, на которых расположен светильник, возможно протекание тока молнии, то заземляющий проводник с устройства необходимо подключать к защитному проводнику PE и не подключать к металлоконструкциям. При подключении УЗИП серии ГСО для защиты самого светильника и блоков питания, может выйти из строя защита, встроенная в блок питания, при воздействии на него импульсного перенапряжения из-за рассогласования между ступенями защиты. То есть может произойти пробой варисторов или супрессоров. В этом случае, во-первых, необходим подбор качественного оборудования а, во-вторых, может потребоваться согласование ступеней защиты, путем разнесения подключаемого устройства ГСО на расстояние 10 метров по проводнику от блока питания, что не всегда возможно или удобно выполнить, или же согласование параметров устройства и встроенной защиты. Прежде всего, это согласование максимально длительного рабочего напряжения.

Правильность выбора блока питания, а также параметров встроенной защиты можно подтвердить только по результатам испытаний в испытательной лаборатории, которая есть в компании «ХАКЕЛЬ».

При особо сложной электромагнитной обстановке для светильников, размещенных на металлоконструкциях, служащих молниеприемниками, или в которые возможен прямой удар молнии, выполнить защиту светильника только с помощью УЗИП не представляется возможным. Это связано с тем, что действенность защиты зависит от множества факторов: амплитуды тока молнии, конструкции молниеприемников, конструкции опор, от сопротивления молниезащитного заземления, стойкости светильника и оборудования, а также от их размещения. Но даже в этой ситуации можно предпринять меры к существенному снижению вероятности повреждения светильников.

Слайд 10. Конструкция молниеприемного устройства. (кликабельно)

Наиболее простым решением является конструкция молниеприемного устройства, в котором основная часть тока молнии будет отводиться не через металлоконструкцию, а через отдельный токоотвод. Светильники при этом располагаются таким образом, чтобы они были как можно дальше от токоотводов и металлоконструкций. Такое решение может защитить светильник от так называемого перекрытия тока молнии, то есть пробоя воздушного зазора между корпусом светильника и корпуса мачты, при котором светильник однозначно будет выведен из строя. Кабели, идущие к светильникам, при этом должны быть заключены в металлическую заземленную оболочку (трубы или короба) для уменьшения влияния тока молнии на кабели (Слайд 10). Но при этом сохраняется электромагнитное воздействие тока молнии на светильник и на оборудование, а УЗИП от такого воздействия не защищает, так как он не предназначен для этого. В этом случае вероятность повреждения светильников будет зависеть от тока молнии и стойкости самого оборудования.

 
Слайд 11. Пример светильников, встроенных в конструкцию здания. (кликабельно)
Слайд 12. Пример светильников, встроенных в конструкцию здания. (кликабельно).

Может возникнуть ситуация, когда нет возможности отодвинуть светильник от токоотвода или от металлоконструкции, но при этом требуется обеспечить высокую надежность работы светодиодных систем. Например, светильники, встроенные в конструкцию здания, которая одновременно является элементом токоотвода молниеприемной системы. Иллюстрацией сказанного является работа, выполненная компанией «ХАКЕЛЬ» по защите систем светодиодной подсветки, встроенной в купол храма (Слайды 11 и 12). Светильники встраивались в ячейки купола, арматура служила токоотводом молниеприемника. Очевидно, что требования к надежности подсветки на данном объекте были особенно высоки, учитывая как его имиджевую значимость, так и сложность замены вышедших из строя светильников.

 

Арматура вместе с токоотводом молниеприемника заземляется, на заземляющее устройство и одновременно изолированный токоотвод при этом может быть экранирующим. Это существенно уменьшает электромагнитное воздействие тока молнии. Если применить еще УЗИП серии ГСО для защиты непосредственно самого светильника, то это обеспечивает высокую стойкость светильников к молниевым воздействиям. Но подобные решения, если в них все-таки возникает необходимость, должны разрабатываться на стадии проектирования

Решением в этой ситуации было применение изолированных молниеприемников и изолированных токоотводов. То есть ток молнии в этом случае должен протекать только по изолированному токоотводу и не попадать на арматуру купола. Арматура вместе с токоотводом молниеприемника заземляется, и одновременно изолированный токоотвод при этом может быть экранирующим, если в нем еще сделан экран. Это существенно уменьшает электромагнитное воздействие тока молнии, а применение УЗИП серии ГСО для защиты самого светильника обеспечит его высокую стойкость к молниевым воздействиям. Но здесь следует обратить внимание на один важный момент. Дело в том, что подобные решения должны разрабатываться на стадии проектирования зданий и сооружений, поскольку в это случае нужен комплексный подход.

Следует сказать, что при расчете вероятности прямых ударов молнии в объект нередко учитывается и срок жизни объекта. Например, если вероятность прямого попадания молнии в объект составляет, например, раз в 30-50 лет, а это больше, чем срок жизни объекта, то в каких-то ситуациях этой вероятностью из экономических соображений можно пренебречь.

Внешняя молниезащита объекта чаще всего требует разработки конкретного технического решения в зависимости от особенности объекта. Специалисты компании «ХАКЕЛЬ» производят необходимые расчеты и разрабатывают готовые комплектные решения, и таким решением является УМК – устройства молниезащитные комплектные. Это изделие повышенной заводской готовности, требующее минимальных трудозатрат при монтаже на объекте. УМК выполняется из материалов, отвечающих требованиям по механической, коррозионной и термической стойкости, что подтверждается результатами испытаний. В зависимости от категории молниезащиты объекта, его конструктивных особенностей, УМК может иметь различное исполнение: на базе молниеприемных мачт, на базе стержневых молниеприемников, молниеприемных сеток на базе изолированных молниеприемных систем и УМК комбинированного типа.

Также как и в случае с ЩЗИП, для разработки УМК необходимо заполнить опросный лист, в котором указывается категория молниезащиты объекта и требования к молниеприемному устройству.

В завершении следует сказать, что компания Hakel предлагает сотрудничество с проектными организациями в проработке комплексных технических решений систем молниезащиты и заземления, в соответствии с требованиями государственных отраслевых нормативных документов, а также оказывает поддержку пользователей нашего оборудования в течение всего срока его эксплуатации.

Наш вебинар подошел к концу. Спасибо за внимание!

 

Информация о АO "Хакель"

АO "Хакель" – динамично развивающееся российское предприятие, разработчик и производитель электротехнического оборудования, устройств заземления и молниезащиты со 100% российским участием. Подробная информация о компании и производимой продукции, а так же о направлениях в развитии – на сайте https://www.hakel.ru/

Bottom Logo

Портал ЭлеЭкспо – это информационное интернет-издание в области электротехники, электроэнергетики и автоматизации.

Основная задача Портала — это оперативное информирование о новинках, которые были или только будут представлены на крупнейших российских и зарубежных электротехнических выставках.

Follow Us:

Контакты:
  • Телефон, e-mail:

    +7 921 7871 350, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Bottom Logo