CC BY
18
Л t\A ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
104 LIGHTING EQUIPMENT 5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
Существенная доля затрат промышленных предприятий, особенно работающих в круглосуточном режиме, приходится на осуществление освещения рабочих мест, помещений и производственных площадей. Эффективность светопреобразования стационарных светильников общего освещения, составляющих основную массу на большинстве промышленных предприятий, лежит в диапазоне от 10 лм/Вт для ламп накаливания до 40-80 лм/Вт для люминесцентных и натриевых ламп (данные американской программы освещения будущего). Для переносных аккумуляторных светильников с лампами накаливания, применяемых при обслуживании и ремонте технологического оборудования, эти показатели находятся на низком уровне, особенно с учётом затрат на энергопотребление при выполнении процедуры «разряд-заряд» для аккумуляторов на зарядных столах.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ -СВЕТИЛЬНИКИ НА БАЗЕ LED
В.М. ОСИПОВ Н.Г. ЧЕРЕДОВА
главный конструктор ЗАО «Электроточприбор» генеральный директор ЗАО «ТК «Электроточприбор»
г. Омск
Интенсивное развитие технологий в области производства оптоэлектронных приборов на основе полупроводниковых светоизлучающих кристаллов привело в 80-х годах прошлого века к созданию и внедрению в практику полупроводниковых преобразователей электричества в свет. Сначала в виде монохромных маломощных цветных светодиодов, а после совершенствования гетероструктур и люминофоров для получения светодиодов белого света - к созданию светодиодов белого света с эффективностью светопреобразования более 100 лм/Вт с единичной мощностью 3-5 Вт. В настоящее время мировая электронная промышленность производит светодиоды «холодного» (цветовая температура выше 50000К) «нейтрального» (3600-50000К) и «тёплого» (менее 36000К) белого света.
Практически первым случаем широкого применения белых светодиодов (LED) в промышленности явилось создание головных
переносных светильников для горнодобывающих отраслей. Применение LED с диаграммой излучения «side emmiting» и оптической системой на основе параболического отражателя позволило создать светильник, имеющий в два раза меньшую массу и объём контейнера аккумуляторной батареи, чем у фонарей СГВ-2 и СГВ-2.1 с рудничными лампами Р3,75, применяемых в нефтехимии. Срок службы мощных LED превышает при допустимой деградации 30 000 часов, против 200 часов у рудничной лампы Р3,75.
Переход в переносных головных светильниках для нефтехимии от никель-кадмиевых аккумуляторов на никель-ме-таллгидридные и литиевые аккумуляторы позволяет, помимо решения экологических задач, существенно сократить затраты электроэнергии и времени на заряд в каждом рабочем цикле за счёт исключения принудительного доразряда батареи. При этом светильник обеспечивает освещённость в ►
A significant portion of the costs incurred by industrial companies, especially those which operate round the clock, is accounted for by lighting the workplaces, premises and production facilities. The efficiency of light transformation of the stationary light fixtures for general application which constitute the majority at most industrial companies, lies within the range from 10 lm/wt for incandescent lamps and up to 40-80 lm/wt for luminescent and sodium lamps (according to the data of the U.S. «Lighting for the Future» program). For portable battery powered flashlights with incandescent bulbs used for the service and repair of the manufacturing equipment, these indicators are on the low side, considering the energy consumption costs in performing the «discharge-charge» procedure for batteries on the charging tables.
RESOLVING THE ENERGY SAVING PROBLEM LED BASED LIGHT FIXTURES
In the 1980's intensive development of the technologies in the area of producing optical electronic instruments based on semi-conductor light emitting crystals led to creation and introduction into practice of semi-conductor transducers converting electricity into light. Initially in the form of monochrome low power color light emitting diodes while after improving heterostructures and lumino-phors to produce white light emitting diodes, it led to creation of white light emitting diodes with light transformation efficiency of more than 100 lm/wt with single unit power of 3-5 wt. At present, the world electronics industry produces LEDs of «cold» (color temperature higher than 50000K), «neutral» (3600-50000K) and «warm» (less than 36000K) white light. Virtually, the first example of common use of white LEDs in industry was the creation of head worn portable lights for the mining sector. The use of LED with «side emitting» diagram and the optical system based on a parabolic reflector made it possible to produce a lighting device which had twice lesser mass and battery container volume than SGV-2 and SGV-2.1 flashlights with mine lamps R3.75 used in petroleum chemical industry. The service life of the powerful LEDS exceeds, given acceptable degradation, 30 000 hours, against 200 hours typical of the R3.75 mine lamp. Transition in the portable head worn lighting devices in petroleum chemical industry from nickel-cadmium batteries to nickel metal hydride and lithium batteries allows, apart from dealing with environmental issues, electric power costs and charging time in each working cycle to be reduced due to elimination of forced completion of battery discharge. At the same time the lighting device ensures such illumination intensity in the hard hat as is 1.7 - 3 times greater than that of the lighting devices with an incandescent lamp. The lighting device, head worn
Показатель
РСП25-250 РСП25-250 ССП01-5 ССП01-20 Лампы с ПРА накали
1 2 Мощность, Вт Световой поток, лм 250 12000 250 12000 15 900 60 3600 2х100 2000
3 КПД, % 55 70 70 85 10
4 Реально потребляемая мощность, Вт 455 333 21 70 200
5 Эффективность источника света, лм/Вт 48 48 60 60 10
6 Эффективность светильника, лм/Вт 26 36 44 52 10
7 Стоимость изделия, руб. 4543 6749 5000* 19000* 30
8 Срок использования до плановой замены, ч 2000 4000 50000 50000 1000
9 Стоимость электроэнерги, **руб. 43047 31505 1987 6623 18900
10 Эксплуатационные издержки за Тоц, руб. 61990 49234 14887 27523 52070
* - ориентировочно ** - в 2008году с НДС Табл. 1 Сравнительные характеристики светильников
накаливания
Ф
ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ . _ _ ЭКСПОЗИЦИЯ 5/Н (73) октябрь 2008 г. LIGHTING EQUIPMENT 105
type, SGG-10, manufactured by «Electrotochprib-or» Production Association and offered for operation in petrochemical industry has been designed, making the most of advanced technical solutions. The lighting device incorporates a LED, capacity 1 wt, powered by lithium and polymer storage battery which has a stabilized light flux, producing illumination intensity in the evaluation area of no less than 1200 lk. All the components of the electronic circuit of the light and the storage battery are located in the headlight. There is no external battery compartment or connection cable. The light has additional service functions: indication of remaining charge on the storage battery, current time and the employee's registration number. Its mass is 190 g, thanks to which this lighting device is easily attached to the protective hard hat or any head gear. Level of explosion proofness
PB Exibl X/ 1 Exibl lT5 X. Permission of the Russian Federation's Technical Supervision Authority for operation has been issued. The instrument is equipped with an individual charging device. The battery's charging time does not exceed 4 hours. The cited specifications of the product confirm that it is practically possible, using modern component base and LED, to create a new generation of economical portable head worn lighting devices for the service personnel in the oil, gas and other branches of industry, which have superior light and technical performance. And to replace the population of morally and physically outdated uneconomical lighting devices, implemented in mine incandescent lamps R3.75 and sealed nickel and cadmium or top-up storage batteries. The most capacious area of application of the stationary lights is various branches of industry where the use of LED allows their advantages to be utilized. The efficiency of LED based lights 3-10 times exceeds that of luminescent lights and lights with incandescent lamps which, given equal light flux and annual work cycle of 9000 hours, allows electric power costs to be correspondingly reduced. One has to remember that conventional lights are noticeably sensitive to change in supply voltage which affects the light flux. For example, reduction in supply voltage by 1 % decreases the light flux of the incandescent lamps by 3-4%, that of luminescent lamps by 1.5%, mercury lamps - by 2.2%, whereas a reduction in voltage by 10% would cause the light flux to decrease by 30-40%. On the other hand, an increase in voltage by 10% cuts back on the service life of the lamps by 25-30%. The lighting devices based on LED are devoid of these disadvantages. The characteristics of the modern light emitting diodes, series SSP01, as compared with commonly used lights, series RSP25, and incandescent lamps, are given in table No.1B; at the present time work is underway to develop stationary light emitting diode based lights for operation in explosive environments. The design of the light fixtures to equip workplaces and facilities with is greatly dependent on the capacity of the lighting device. SSPO1 light devices, capacity up to 25-30 wt, are accommodated easily enough in an explosion proof envelope. When greater capacity lights are required to be created, one has to look for other methods of explosion proof protection. Joint work carried out by «Electrotochpribor» Production Association in this field with the VostNII Test Center has resulted in the designs that are suitable for industrial tests to be performed. The calculations made by UGE OOO ONOS experts have proved the high efficiency achieved as a result of introducing LED based lights for illuminating compressor installations as well as the enterprise's perimeter. Judging from the above, the principal advantages of the stationary LED based lights are as follows: longevity of the light source, minimizing the light service costs, uniformity of the light flux, irrespective of voltage fluctuations in the supply network, economy which reduces electric power costs by several orders of magnitude.
Фото 1. Светильник головной СГГ-10 со светодиодным излучателем (LED)
1,7 - 3 раза большую, чем у светильников с лампой накаливания.
Производимый на ПО «Электроточпри-бор» и предлагаемый для эксплуатации в нефтехимии светильник головной СГГ-10 создан с максимальным использованием передовых технических решений. В светильнике применён светодиод мощностью 1 Вт, питаемый от литий-полимерной аккумуляторной батареи, имеющий стабилизированный световой поток, создающий освещённость на участке оценки не менее 1200 лк.
Все компоненты электронной схемы светильника и аккумуляторная батарея размещены в фаре. Внешний батарейный отсек и соединительный кабель отсутствуют. Светильник имеет дополнительные сервисные функции: индикацию остатка зарядной ёмкости аккумулятора, текущего времени и табельного номера работника. Масса его составляет 190 г, благодаря чему светильник легко закрепляется на защитной каске или любом головном уборе. Уровень взры-возащиты PB ExibI X / 1ExibIIT5 X. Разрешение Ростехнадзора РФ на эксплуатацию имеется. Прибор снабжается индивидуальным зарядным устройством. Время заряда батареи не превышает 4 часа.
Приведённые параметры изделия подтверждают практическую возможность, используя современную элементную базу и LED, создать новое поколение экономичных переносных головных светильников имеющих высокие светотехнические характеристики для обслуживающего персонала нефтегазовой и других отраслей промышленности. И заменить парк морально и физически устаревших неэкономичных светильников, реализованных на рудничных лампах накаливания Р3,75 и герметичных никель-кадмиевых или доливных аккумуляторах.
Наиболее ёмкой областью применения стационарных светильников являются различные отрасли промышленности, где применение LED позволяет реализовать их преимущества.
Эффективность светильников на базе LED в 3-10 раз превышает эффективность люминесцентных светильников и светильников с лампами накаливания, что при равном световом потоке и годовой наработке 9000 часов позволяет снизить, соответственно, затраты на электроэнергию.
Фото 2. Светильник светодиодный промышленный ССП01-5
Не следует забывать, что традиционные светильники обладают заметной чувствительностью к изменению напряжения питания, влияющего на световой поток. Например, снижение напряжения питания на 1% уменьшает световой поток у ламп накаливания на 3-4%, у люминесцентных ламп на 1,5%, у ртутных на 2,2%, а снижение напряжения на 10% вызывает у люминесцентных ламп уменьшение светового потока на 30-40%. С другой стороны, повышение напряжения на 10% сокращает срок службы ламп на 25-30%. Осветительные приборы на базе LED лишены этих недостатков.
Характеристики современных светодиодных светильников серии ССП01 в сравнении с широко применяемыми светильниками серии РСП25 и лампами накаливания приводятся в таблице №1.
В настоящее время ведётся разработка стационарных светодиодных светильников для работы во взрывоопасных средах.
Конструкция светильников для освещения рабочих мест и площадей сильно зависит от мощности светильника. Светильники ССПО1 мощностью до 25-30 Вт достаточно просто размещаются во взры-вонепроницаемой оболочке. При необходимости создания светильников большей мощности приходится искать другие методы взрывозащиты. Совместные работы ПО «Электроточприбор» в этом направлении с испытательным центром ВостНИИ позволили создать конструкции, пригодные для проведения промышленных испытаний. Расчёты, проведённые специалистами УГЭ ООО ОНОС, показали высокую эффективность внедрения светодиодных светильников для освещения компрессорных установок, а также периметра предприятия.
Исходя из вышеизложенного, основными преимуществами стационарных светодиодных светильников являются:
• долговечность источника света, сводящая к минимуму расходы на обслуживание светильника;
• равномерность светового потока, не зависящая от перепадов напряжения в питающей сети;
• экономичность, снижающая в разы расходы на электроэнергию. ■
5
Ф
