Hlídací osvětlení elektrických stanic ČEPS

V článku je rozebrána koncepce hlídacího osvětlení jakožto osvětlení perimetru venkovních elektrických stanic ČEPS v souvislosti s požadavky na kamerové vidění. Tato koncepce je naplňována v kontextu minimalizace nákladů na osvětlení a provozu osvětlovacích soustav u dálkově ovládaných venkovních elektrických stanic tak, aby byla možná identifikace narušitele v jakémkoliv místě narušení perimetru venkovní elektrické stanice.

1. Úvod

Návrh a realizace venkovního osvětlení elektrických stanic ČEPS prošly v posledních několika letech vývojem, za který vděčí ochotě učit se pracovat s novými technologiemi. Přijímáním zpětné vazby od provozovatelů elektrických stanic, pracovníků TSFO (Technický Systém Fyzické Ochrany), specialistů na osvětlování z VŠB-TU Ostrava a rovněž z výstupů světelnětechnických měření od ČSO RS Ostrava se tyto postoje a názory postupně formulují. Současné návrhy a koncepce venkovních osvětlovacích soustav elektrických stanic ČEPS jsou tedy výsledkem dlouholeté geneze. V tomto článku se autoři budou věnovat vývoji od roku 2007 po současnost.

2. Hlídací osvětlení

Moderní technologie umožňují efektivně hlídat prostor elektrické stanice a ochránit ho před nežádoucími návštěvníky. V tomto ohledu je logické zaměřit se na možná místa vstupu do prostoru, tedy perimetr elektrické stanice. V anglické literatuře je takovéto osvětlení nazýváno fence lighting, jednoduše přeloženo: osvětlení plotu. V ČEPS se pro tyto účely užívá pojem hlídací osvětlení. Často se lze také setkat s pojmem osvětlení perimetru. Projekt osvětlení v součinnosti s kamerovým systémem klade nové požadavky na návrh osvětlovací soustavy. Návrh takovéto osvětlovací soustavy musí respektovat požadavky nejen na nízkou spotřebu elektrické energie, ale i na omezení přímého vyřazování světelného toku do horního poloprostoru, eliminaci oslnění kamer, věrohodné podání barev atd. Důležitým parametrem je též návrh vhodné kombinace snímacího čipu kamery (spektrální citlivost) v součinnosti s použitými světelnými zdroji a zajištění dostatečné kamerové osvětlenosti v celé délce sledovaného úseku.

3. Historie vzniku požadavku na hlídací osvětlení

Ke vzniku pojmu a aplikování hlídacího osvětlení vedlo ČEPS několik důvodů. Jejich logickým řešením bylo použití hlídacího osvětlení v součinnosti s kamerovým systémem. Do roku 2007 se pro účel hlídání perimetrů elektrických stanic užívaly infrabariéry a mikrovlny, které v té době nebyly plně doplněny kamerovým systémem. Reakci těchto bariér často iniciovala i drobná zvěř a bez komplexního kamerového systému bylo nesnadné ověřit, kým byl perimetr narušen.

V tomto období elektrické stanice postupně přecházely na dálkové ovládání, čímž se stala verifikace narušitele, nejčastěji zvířecího, velmi obtížnou. Vzrostl také požadavek na osvětlení kritických prostorů a oblastí ve vnitřním prostoru elektrických stanic v noci. Na základě realizace opatření na splnění těchto požadavků začala v roce 2007 spolupráce ČEPS s VŠB-TU Ostrava. Cílem bylo vytvoření nové koncepce venkovního osvětlení elektrických stanic včetně osvětlení perimetru, které bylo interně označeno jako hlídací osvětlení. Dalším krokem vývoje bylo strategické rozhodnutí ČEPS o instalaci kamerového systému pro sledování perimetru u všech elektrických stanic.

4. Postupný vývoj požadavků a limitů hlídacího osvětlení

Úvodní návrh limitů osvětlovacích soustav venkovních elektrických stanic vycházel zejména z evropských norem pro osvětlování venkovních pracovních prostorů (ČSN EN 12464-2) a souboru norem pro osvětlování komunikací (ČSN EN 13201). Z pohledu rušivého světla byla zapracována i doporučení CIE.

Na základě zpracování požadavků na jednotlivé prostory (hlídací osvětlení, osvětlení komunikací, provozní osvětlení polí rozvoden a stanovišť transformátorů a tlumivek) byly stanoveny základní kvantitativní a kvalitativní požadavky na osvětlovací soustavy. Z technických možností v elektrických stanicích v kombinaci s možnostmi osvětlovacích soustav vyplynuly základní požadavky na využití světelných zdrojů a typů svítidel.

Uvedený soubor poznatků byl zakomponován do interního předpisu Technická norma ČEPS TN/59/2010 – Venkovní osvětlení objektů elektrických stanic PS. Na základě prvních realizací a testovacích a ověřovacích světelnětechnických měření součinnosti hlídacího osvětlení a výstupů z kamerového systému TSFO byla roku 2013 norma ČEPS TN/59/2010 aktualizována a doplněna přílohami se specifikacemi LED svítidel. Podle této normy ve formátu ČEPS TN/59/2013 se doposud vypracovávají světelnětechnické návrhy a realizují osvětlovací soustavy elektrických stanic včetně hlídacího osvětlení perimetru.

Obr. 1. Základní koncepce hlídacího osvětlení z pohledu kamerového osvětlení

V roce 2015 byla také přijata koncepce hlídacího osvětlení z pohledu součinnosti kamerového systému, viz obr. 1. V témže roce byl zakomponován dokument Venkovní osvětlení v elektrických stanicích PS a z požadavků kamerového systému TSFO do Příručky elektrotechnika 2015, kterou vydává Skupina ČEPS pro rozšíření odborných znalostí pracovníků společnosti. V příručce je uveden široký soubor autorů a publikace vždy obsahuje články z různých oblastí elektrotechnické praxe související s přenosem elektrické energie, ať už jde o oblasti elektro, strojní, právní, nebo o první pomoc. Uchování těchto znalostí je dobrým příkladem aplikace knowledge managementu.

5. Geneze osvětlovacích soustav hlídacího osvětlení od roku 2007 do současnosti

K vývoji a směřování k současné koncepci osvětlování v elektrických stanicích ČEPS velkou měrou přispěla měření osvětlovacích soustav. S výjimkou výchozích měření v úvodu jsou tato měření prováděna zpravidla při uvádění projektových změn do praxe. Tím je možné reagovat na drobné odchylky a mít rychlou zpětnou vazbu ohledně technických aplikací. Přínosem je obsáhlá zkušenost z navrhování a realizování venkovních osvětlovacích soustav. Tato kapitola se bude věnovat zejména vybraným konkrétním měřením a vyhodnocením zjištěných světelnětechnických ukazatelů.

2007
Do této doby bylo osvětlení elektrických stanic realizováno bez normativních podkladů. Z příkladu osvětlení elektrické stanice TR Horní Životice je patrné, že bylo instalováno bez důrazu na osvětlení perimetru (viz obr. 2).

Z obrázku vyplývá, že důraz je zde kladen na osvětlení polí rozvodny a kritických přístrojů. Z pohledu osvětlení perimetru lze vysledovat pouze jedno svítidlo veřejného osvětlení, které zároveň slouží k osvětlení komunikace. Takovéto osvětlení je z hlediska kamerového snímání perimetru, resp. celé elektrické stanice nedostatečné.

Obr. 2. Osvětlení elektrické stanice TR Horní Životice

2008
Byl vypracován první koncepční návrh elektrické stanice TR Horní Životice a TR Lískovec. Byla určena kritická místa v elektrické stanici, která byla následně vhodně osvětlena. Také zde již bylo realizováno snímání kamerovým systémem.

Stanovené kritické oblasti v elektrické stanici snímané kamerovým systémem:
– průčelí (vstupy) domků a okolí centrálního domku;
– umístění kamer a svítidel nejlépe na sloupy pro osvětlování komunikací v rozvodně;
– směr vyzařování svítidel a umístění kamer tak, aby bylo možné rozeznat potenciální narušitele  – průčelí domků, brány;
– pro permanentní sledování:
   – použití svítidel k osvětlení komunikací, popř. k osvětlení transformátorů,
   – použití halogenidových výbojek tak, aby bylo možné barevné snímání sledovaného objektu;
– pro občasné (krizové) sledování:
   – použití klasických světlometů osazených halogenovými žárovkami,
   – okamžitý náběh na 100 % světelného toku,
   – možnost dosáhnout vysoké osvětlenosti (docílení efektu oslnění narušitele).

Obr. 3. Jasový snímek hlídacího osvětlení z TR Opočínek s vysokými jasy ve směru sledování kamery

2010
Byla ověřena první realizace hlídacího osvětlení v elektrické stanici TR Opočínek. Pro hlídací osvětlení zde byly užity halogenidové výbojky v symetrických svítidlech. Z měření v rozvodně vyvstala tato doporučení:
– Zlepšení rovnoměrnosti osvětlení lze dosáhnout změnou koncepce použití svítidel. Místo dvou symetrických světlometů v jednom světelném bodě by bylo výhodnější osadit svítidla používaná na komunikacích. Ke zlepšení rovnoměrnosti by také výrazně přispěla větší závěsná výška svítidel.
– Doporučuje se likvidace větví stromů zasahujících do hlídacího osvětlení v okolí stožárů. Větve stromů překážejí.
– Velmi důležitým a omezujícím aspektem tohoto typu osvětlovací soustavy bylo generování velmi vysokých jasů ve směru pohledu kamer. Toto dokumentuje ukázka jasové analýzy pohledu kamer hlídacího osvětlení TR Opočínek (viz obr. 3).
– Průměrné měřené kamerové osvětlenosti zde bylo dosahováno na úrovni 4,7 lx.

2012
Realizace nové osvětlovací soustavy TR Horní Životice. Osvětlovací soustava hlídacího osvětlení byla koncepčně realizována pouze na 5 lx, jako světelné zdroje byly užity vysokotlaké sodíkové výbojky a svítidla byla osazena vypouklým optickým krytem. Na základě již uvedených podkladů bylo měřením ověřeno, že horizontální osvětlenost je nedostatečná. Kamerová osvětlenost díky vyzařovacím charakteristikám použitých svítidel odpovídá požadovaným 10 lx, nicméně vlivem velkých roztečí mezi svítidly je rovnoměrnost horizontální i kamerové osvětlenosti nedostatečná. Kamerový systém TSFO nemůže pro nízký index podání barev osvětlovací soustavy pracovat v barevném režimu a čip kamery je ve velkých prostorových úhlech saturován vysokými jasy způsobenými vypouklou optikou užitých svítidel (viz obr. 4).

Obr. 4. Ukázka výstupu měření hlídacího osvětlení v TR Horní Životice

V roce 2012 bylo také realizováno hlídacího osvětlení TR Kletné. Byla použita asymetrická svítidla osazená vysokotlakými sodíkovými výbojkami, vždy dvě na jednom sloupu, která opět nesplňovala požadavky na omezení oslnění a vysoký index podání barev. Ukázka realizace pomocí instalovaného kamerového systému a jasového analyzátoru ve dne i v noci je uvedena na obr. 5.

Hlídací osvětlení TR Přeštice opět tvoří dvě asymetrická svítidla osazená vysokotlakými sodíkovými výbojkami. K osvětlení oblastí přilehlých k místní komunikaci byla použita svítidla pro veřejné osvětlení tak, aby neoslňovala uživatele přilehlé komunikace. Realizovaná osvětlovací soustava i zde vykazuje problematické chování v oblasti oslnění a indexu podání barev. Opět se vyskytuje vliv větví stromů zasahujících do hlídacího osvětlení v okolí stožárů (viz obr. 6).

Obr. 5. Ukázka z výstupu měření osvětlení TR Kletné

Obr. 6. Hlídací osvětlení TR Přeštice

2013
V tomto roce byly doplněny požadavky normativního předpisu a doplněna specifikace LED svítidel. Šlo zejména o eliminaci svítidel bez dlouhodobého potenciálu splňovat požadavky hlídacího osvětlení. Omezení výběru svítidel je uvedeno v těchto bodech:
– typ svítidla – svítidlo pro veřejné osvětlení,
– typ optického krytu – ploché sklo,
– typ montáže – doporučuje se beznástrojová montáž,
– typ uchycení – doporučuje se uchycení na dřík,
– údržba – samočisticí schopnost,
– typ LED – teple bílá barva světla 3000 K z důvodu spolupráce s kamerovým systémem,
– typ křivky svítivosti – široká vyzařovací charakteristika pro osvětlení komunikací,
– ochrana proti přepětí – ochrana proti přepětí a nadměrné teplotě,
– třída izolace I – z důvodu omezení silného elektromagnetického pole,
– krytí – alespoň IP65,
– materiál krytu – Al pro jeho recyklovatelnost,
– stmívání – možnost regulovat světelný tok podle aktuální viditelnosti,
− záruka – alespoň pět let na celý výrobek včetně LED (možno i za příplatek),
− reference výrobce – doložení výroby a vývoje svítidel alespoň deset let,
− reference v realizacích v ČR – minimálně dvě doložené realizace veřejného osvětlení.

2015
V roce 2015 bylo realizováno osvětlení elektrické stanice TR Babylon s LED svítidly s dostatečným indexem podání barev, širokou vyzařovací charakteristikou a plochým sklem omezujícím vysoké jasy, a tudíž saturaci kamerového systému.

Z uskutečněného měření vyplynuly následující závěry. Průměrná intenzita horizontálních osvětlení a jejich rovnoměrností splňují požadavky na funkci kamerového systému v noci (viz obr. 7). Průměrná hodnota intenzity vertikálních osvětleností a jejich rovnoměrností v obou směrech splňují požadavky normy. Svítidla i světelné zdroje jsou vyhovující.

Při testování vlastností hlídacího osvětlení byl sepnut i režim, kdy svítilo pouze každé druhé svítidlo, tzn. že se rozteč mezi svítidly zvětšila na 40 m. Z dále uvedeného měření (viz obr. 8) je zřejmé, že provozovat osvětlovací soustavu hlídacího osvětlení v tzv. úsporném režimu není akceptovatelné. V tmavých úsecích, které vzniknou mezi svítidly, nelze pomocí kamerového systému rozeznat potenciálního narušitele. Z měření vyplynula i nutnost okamžitě vyměnit světelné zdroje ve svítidlech této liniové osvětlovací soustavy.

Obr. 7. Měření osvětleností a jasů hlídacího osvětlení TR Babylon – rozteč svítidel 20 m

Obr. 8. Měření osvětleností a jasů hlídacího osvětlení TR Babylon – rozteč svítidel 40 m

2016
V tomto roce bylo zavedeno osvětlení elektrické stanice TR Chodov novými LED svítidly. V některých úsecích této elektrické stanice byla také požadována rozteč 40 m. Z důvodu této rozteče nebylo možné splnit zejména požadované hodnoty horizontální a kamerové osvětlenosti. Z přiložené jasové analýzy (viz obr. 9) je patrný velký rozdíl jasů v osvětlované oblasti perimetru.

Obr. 9. Měření osvětleností a jasů hlídacího osvětlení TR Chodov – rozteč svítidel 40 m

6. Shrnutí současného stavu hlídacího osvětlení ve venkovních elektrických stanicích ČEPS

V roce 2020 bylo uskutečněno poslední měření v elektrické stanici TR Slavětice. Zde instalované hlídací osvětlení splňuje stanovené požadavky včetně roztečí mezi svítidly. Díky světelnětechnickému návrhu s důrazem na výpočet kamerového osvětlení, dodržení požadovaných roztečí mezi svítidly i ostatních požadavků světelnětechnického návrhu bylo dosaženo optimální varianty hlídacího osvětlení z pohledu investičních a provozních nákladů a funkce kamerového systému (viz obr. 10).

Obr. 10. Hlídací osvětlení TR Slavětice

Pro další směřování součinnosti kamerového systému a hlídacího osvětlení je nutné pracovat na optimalizaci umístění kamer a jejich hustotě. Zvýšit hustotu kamer je nutné zejména z pohledu zhoršených rozptylových podmínek, za kterých nelze pořídit kvalitně nasnímaný obraz na velké vzdálenosti.

Literatura:
[1]TN 59. Venkovní a vnitřní osvětlení v objektech elektrických stanic PS – Technická norma ČEPS 06/2010. Aktualizace 04/2013.
[2]SOKANSKÝ, Karel, Tomáš NOVÁK, Ivo ULLMAN a Zdeněk MEDVEC. Osvětlování venkovních elektrických stanic. Světlo. Praha: FCC Public, 2009, (2), 42–44. ISSN 1212-0812.
[3]SOKANSKÝ, Karel a kol. Lighting of outdoor electrical stations philosophy. In: EPE 2009, VŠB-TU, Ostrava. 2009.
[4]NOVÁK, Tomáš, Ivo ULLMAN a Karel SOKANSKÝ. Osvětlování venkovních pracovních prostor v kombinaci s kamerovými systémy. In: Kurz osvětlovací techniky XXVII, Kouty nad Desnou, 29. 9. – 1. 10. 2009. s. 316–322. ISBN 978-80-248-2087-3B.
[5]ULLMAN, Ivo. Osvětlování venkovních rozvoden v elektrických stanicích ČEPS, a. s. In: Kurz osvětlovací techniky XXVIII, Kouty nad Desnou, 11. 10. – 13. 10. 2010. s. 192–197. ISBN 978-80-248-2307-2.
[6]SOKANSKÝ, Karel a kol. Světelná technika. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011. ISBN 978-80-01-04941-9.
[7]HABEL, Jiří, Karel DVOŘÁČEK, Vladimír DVOŘÁČEK a Petr ŽÁK. Světlo a osvětlování. Praha: FCC Public, 2013. ISBN 978-80-86534-21-3. s. 429–431.