Когда заходит речь о светодиодном освещении дорог, то среди специалистов всегда находятся скептики, которые утверждают: «Это не для России». При этом имеется в виду не только дороговизна светильников, но и суровый климат нашей страны, значительно отличающийся от климата стран, являющихся лидерами по применению светодиодов. Насколько оправдан их скептицизм? Какие меры принимаются, чтобы импортные светодиодные светильники без проблем работали на наших улицах?
Для эксплуатации светильников в России характерны следующие особенности:
- Различие в нормах, принятых в России и других странах.
- Возможность значительных отклонений напряжения сети.
- Эксплуатация, в том числе, и при низких температурах.
- Образования слоя снег на светильнике зимой.
Из перечисленных особенностей первая связана с историческими особенностями, вторая — с изношенностью электросетей и человеческим фактором, две последние — с климатом нашей страны. Рассмотрим каждую из особенностей отдельно.
В некоторых светодиодных светильниках используются блоки питания с диапазоном питающих напряжений 100–240 В. Основная задача, которую преследовали разработчики подобных блоков питания (как правило, импортных, даже если светильник произведен в России) — обеспечить поддержку практически всех имеющихся в мире стандартов электропитания.
Это дает возможность снижать стоимость блока питания за счет выпуска его большим тиражом для экспорта сразу во все страны, а также осуществлять более гибкую логистику. Но следует иметь в виду, что разработчики совсем не стремились облагодетельствовать российских электриков, которые вынуждены подключать светильники к напряжению ниже номинального.
Как правило, в блоке питания диапазон 100–240 В фактически разбит на два поддиапазона: 100–130 В и 190– 240 В, между которыми происходит автоматическое переключение. В диапазоне питающих напряжений от 130 до 190 В блок питания может работать неустойчиво. Например, если на него подать напряжение 170 В, то он может переключиться в режим «американский стандарт 120 В» и работать в нем со значительными перегрузками, которые в итоге быстро приведут к его выходу из строя.
Это не означает, что следует отказываться от светильников с мультистандартными блоками питания. Но подход при проектировании вроде «у нас здесь 170 В, потому что потери в длинном кабеле, поэтому ставим светильник с диапазоном питающих напряжений 100–240 В», недопустим, т.е. не следует питать светильник от напряжения, заведомо меньшего допускаемых стандартом пределов.
Российские и зарубежные нормы
В России параметры освещения дорог нормируются сводом правил СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение».
В странах Евросоюза принят стандарт EN 13201, созданный на основе немецкого стандарта DIN 13201. Также нормативы DIN 13201 легли в основу международного стандарта CIE 140. В США используется стандарт IESNA RP-8-00.
Действующий с 2011 года свод правил СП 52.13330.2011 во многом схож c европейским стандартом EN 13201. Главное отличие заключается в разных системах классификации дорог.
Следует понимать, что применительно к самому светильнику нельзя сказать, что он соответствует или не соответствует требованиям СП 52.13330.2011. Нормируются параметры, связанные с конкретной установкой светильников. Поэтому возможность использования светильника на дорогах того или иного класса определяется в первом приближении созданием проекта освещения определенной дороги в программе DIALux или иной аналогичной программе. Это правило одинаково как для отечественных, так и для импортных светильников.
В России сертификация дорожных светодиодных светильников в системе ГОСТ Р осуществляется по электробезопасности и электромагнитной совместимости.
Нормы по электробезопасности светильника устанавливаются ГОСТ Р МЭК 60598-1-2003 и ГОСТ Р МЭК 60598-2-3-99. Как видно из названия, эти стандарты созданы на основе стандартов, выработанных Международной электротехнической комиссией (МЭК). Поэтому любой светильник, выпущенный легально работающей зарубежной компанией, этим стандартам должен соответствовать.
Специфически российскими стандартами являются ГОСТ Р 51318.15-99, ГОСТ Р 51317.3.2-99 и ГОСТ Р 51317.3.3-99, устанавливающие требования по электромагнитной совместимости. Для светодиодных светильников, содержащих в себе импульсный блок питания и управляющие узлы, вопросы электромагнитной совместимости очень важны. К счастью, в большинстве случаев дорожные светодиодные светильники от ведущих зарубежных производителей успешно проходят сертификацию по электромагнитной совместимости.
Итак, различия в принятых нормах на светильники в разных странах не является препятствием в использовании импортных светодиодных светильников на российских дорогах. Но это при работе светильников в нормальном режиме. К сожалению, российская действительность способна подкинуть куда более сложные испытания.
Отклонения питающего напряжения от нормы
Броски напряжения в электросети могут быть вызваны разрядами молнии. Для них характерны короткие всплески с большой амплитудой (до 10 кВ). Защита от воздействия молнии осуществляется при помощи газовых разрядников. Используются также варисторы, но их недостатком является низкая стабильность параметров. Более современный вариант — использование так называемых TVS-диодов или TVS-тиристоров. Наибольшую же надежность защиты от удара молнии дает комбинация разрядника и одного из указанных полупроводниковых приборов.
Разрядники, TVS-диоды и TVS-тиристоры шунтируют вход питания светильника при кратковременном повышении напряжения выше нормы. Такая защита возможна только для подавления импульсных помех. При долговременном повышении питающего напряжения выше установленного предела элементы защиты будут перегреваться. Порог срабатывания при защите от удара молнии выбирается на уровне около 400 В.
В описаниях светодиодных светильников нередко можно встретить впечатляющие данные, свидетельствующие о том, что светильник способен выдерживать высокие напряжения, например, 5 кВ. Пусть вас не обнадеживают эти цифры, относящиеся к защите от удара молнии. Опасность для светильника кроется, как ни странно, в более низких напряжениях.
В России питающее напряжение в сети электропитания 220 В +/–10%, т.е. 198–242 В. В Западной Европе напряжение в электросети должно быть 230 В +10/–6%, т.е. 216–253 В. Верхний предел разброса напряжений в Европе аж на 11 В выше, чем в России. Почему же тогда импортная техника выходит из строя в результате превышения питающего напряжения?
Светильники обычно подключаются к нейтрали и одному из фазных проводов трехфазной системы. Из-за износа электросетей, а также низкой технологической дисциплины, в России бывают случаи обрыва или плохого контакта нейтрального провода в трехфазных сетях. В результате возникает явление перекоса фаз, которое способно привести к повышению напряжения на нагрузке вплоть до линейного, т.е. до 380 В. А, если учесть, что допускается превышение номинального значения напряжения на 10%, то в итоге светильник может оказаться на длительный период времени под напряжением до 418 В.
Поэтому, делая вывод о возможности использования светодиодного светильника в реальных российских условиях, следует обратить внимание на его устойчивость не только к ударам молнии, но и к повышенному напряжению в промежутке 242–418 В.
Валентин Бубненков, руководитель отдела светотехники LG Electronics RUS:
«Специально по просьбе клиентов мы проводили температурные испытания наших уличных светильников. Для этого использовалась специальная температурная камера во ВНИСИ им. Вавилова. При проверке работоспособности исследуется не только работа светильников при установившемся режиме, но и, самое главное, возможность запуска при данной температуре. Наши светильники выдержали температуру до –52°С.
Испытания уличных светильников LG в условиях реальной эксплуатации первоначально велись на территории завода компании в г. Руза (Московская область), они показали возможность их работы в российском климате. Затем была поставка светильников в элитный московский жилой комплекс «Кутузовская ривьера». Кстати, по итогам эксплуатации управляющая компания этого комплекса заказала нам недавно еще партию таких светильников для установки на том же объекте. Есть успешный опыт эксплуатации уличных светодиодных светильников LG во Владивостоке.
Проводились и испытания уличных светодиодных светильников на устойчивость к перепадам питающего напряжения, продемонстрировавшие возможность использования их в России. Компания LG Electronics сама разрабатывает и производит блоки питания для светодиодных светильников, что позволяет ей эффективно контролировать качество этого важнейшего узла светильника».
Низкие температуры
Пресловутый «генерал Мороз» способен поставить заслон на пути многих вполне удачных моделей дорожных светодиодных светильников в Россию. В первую очередь, в российском климате недопустимо использование уличных светильников с активной (т.е. использующей вентилятор) системой охлаждения. При попадании влаги в такую систему охлаждения, чего избежать невозможно, на морозе движущиеся части примерзнут, что приведет к поломке светильника при старте. Вот почему, хотя Philips производит широкий ассортимент уличных светильников с активной системой охлаждения, его совместная с «Оптоганом» «дочка» поставляет на российский рынок уличные светильники только с пассивной системой охлаждения, способной работать на морозе.
В отношении производства морозоустойчивых светильников существует различная политика. Например, GE для своих дорожных светильников R250 LED сразу установила минимальное значение температуры окружающей среды на уровне –40° C, что вполне достаточно для средней полосы России. Некоторые другие компании предлагают производство светодиодных светильников для работы в условиях низких температур под заказ под конкретные требования клиента. Наконец, иногда для поставки в Россию проводятся дополнительные испытания, подтверждающие возможность работы при более низких температурах, чем первоначально было указано в документации.
При работе в установившемся режиме светодиодный светильник разогревается теплом, идущем от его компонентов. Поэтому основной проблемой является запуск светильника при низкой температуре.
Для проверки возможности запуска светильника на морозе его подвергают испытаниям в специальной термокамере. Температуру сначала понижают до заведомо безопасного для механической прочности светильника значения, а затем последовательно повышают, пытаясь регулярно запустить светильник. В итоге удается определить минимальное значение температуры, при которой возможен пуск светильника.
Образование слоя снега
В течение светлого времени суток, когда светильник не работает, зимой на поверхности теплоотвода накапливается снег. Вечером, когда включаются светильники, снег тает, в результате скапливается влага, которая должна быть максимально быстро выведена из теплоотвода, иначе будет происходить его обледенение, образование сосулек и т.п. явления. Небольшие остатки влаги на поверхности теплоотвода испарятся естественным способом.
Выводу влаги мешает загрязнение теплоотвода листвой, ветками и прочим мусором. Поэтому, чтобы светильники можно было использовать в России, нужно, чтобы их конструкция обеспечивала эффективный отвод влаги и защиту от загрязнения теплоотвода.
Различные производители по-разному подходят к решению данной задачи. Конструкция уличных светильников LG такова, что вся электроника и светодиоды размещены в герметичном отсеке. Корпус светильника имеет отверстия вверху и внизу, благодаря чему вода проходит светильник насквозь, поэтому грязь в теплоотводе не задерживается.
Польская компания LUG в своем новом светодиодном светильнике City LED использует теплоотвод с расположением ребер не вдоль, а поперек длинной стороны корпуса. Расстояние между ребрами увеличено по сравнению с другими аналогичными светильниками. Чтобы компенсировать уменьшение количества ребер, они сделаны более высокими.
Как показывает практика, адаптация светодиодных светильников к российской специфике является уже вполне стандартной операцией для ведущих зарубежных производителей. А некоторые компании уже изначально закладывают при проектировании возможность работы светильника в российских условиях без доработки конструкции. Поэтому отечественных производителей дорожных светодиодных светильников уже в ближайшее время ожидает серьезная конкурентная борьба с зарубежными компаниями.
Алексей Васильев
Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 4 (52), 2013
