Měření venkovního osvětlení elektrických stanic ČEPS

1. Úvod

Venkovní osvětlení elektrických stanic ČEPS prochází posledních dvanáct let prudkým rozvojem. Tento rozvoj je dán několika významnými faktory.

Jako první faktor lze zmínit velký tlak ČEPS na bezpečnost svých zaměstnanců, který se odrazil v požadavku na zajištění odpovídajícího zrakového úkolu (viditelnosti) v nebezpečných prostorách elektrických stanic nejen ve dne, ale i v noci. Osvětlovací soustavy pracující od soumraku do svítání svítí mírně nad 4000 h za rok, což je téměř polovina z celkového počtu hodin za rok (8600 h), ve kterých může vzniknout porucha, již bude nutné ihned odstranit.

Obr. 1. Hlídací osvětlení elektrické stanice TR Slavětice za soumraku s JE Dukovany na pozadí [6]

Druhým významným faktorem, který vedl k rozvoji osvětlovacích soustav venkovních elektrických stanic ČEPS, byl zvýšený požadavek na zajištění bezpečnosti samotné elektrické stanice. Tento požadavek vyplynul i z postupného přechodu na dálkové ovládání elektrických stanic. Původně se k ochraně perimetru používal mikrovlnný systém s infrabariérami. Avšak ten se jevil jako nespolehlivý a generoval velké množství falešných poplachů. Využití osvětlovacích soustav hlídacího osvětlení v perimetru, které jsou schopné zajistit jak osvětlení plochy okolo plotu (horizontální osvětlenost) a zviditelnění oblasti elektrické stanice vzhledem k okolí, tak kamerovou osvětlenost pro maximální rozlišitelnost kamerových systémů snímajících potenciální narušitele v okolí oplocení elektrické stanice, se tak ukazuje jako optimální varianta řešení.

Třetím faktorem byl začátek prudkého rozvoje nové techniky v osvětlovací technice. Zde jde zejména o využití moderních světelných zdrojů s velkou účinností přeměny elektrické energie na světelný tok (LED). Nelze opomenout ani nové přesné a také vysoce účinné optické systémy pro usměrnění světelného toku, které mohou zajistit rovnoměrné osvětlení v osvětlovaných oblastech s minimálním požadavkem na spotřebu elektrické energie a s minimálním světelným přesahem [2], [5].

Se světelným přesahem je spojen další faktor – omezení rušivého osvětlení. Významný tlak na ekologii, se kterým je omezení vyzařování rušivého světla spojeno, byl důvodem celkové změny provozu a umístění osvětlovacích soustav. Osvětlovací soustavy byly de facto rozděleny na ty, které jsou určeny k provozu celou noc, tzn. osvětlovací soustavy spolupracující s kamerovým systémem a pomáhající ke zviditelnění perimetru a kritických oblastí u vstupů do domků (hlídací osvětlení), a na osvětlovací soustavy určené k tomu, aby pracovaly pouze za přítomnosti osob v elektrické stanici a při kritických situacích. Zde jde o celkové osvětlení polí rozvoden, osvětlení transformátorů a osvětlení vnitřních komunikací. Tímto relativně prostým a funkčním rozdělením osvětlovacích soustav byla snížena celková energetická náročnost a také výrazně omezeno generovaní světelného toku mimo prostor elektrické stanice a do horního poloprostoru. Dalším důležitým krokem vedoucím k omezení vyzařování světelného toku mimo elektrickou stanici byla optimalizace umístění svítidel a zajištění svícení shora dolů, a nikoliv zdola nahoru. Toho bylo možné dosáhnout instalováním asymetrických svítidel s plochým sklem a s vodorovně umístěnou optikou na portálové konstrukce vlastní rozvodny a využití maximálních výšek sloupů veřejného osvětlení (z pohledu bezpečnosti – přeskoková vzdálenost) k umístění ostatních svítidel [1], [4].

Všechny zmíněné faktory jsou promítnuty v interním předpisu ČEPS TN 59/2016 Venkovní a vnitřní osvětlení v objektech elektrických stanic. Tento předpis reflektuje i evropské normy řešící venkovní osvětlování včetně rušivého světla. Zde je vhodné zdůraznit i to, že ČEPS, snad jako jediná firma v ČR, již v roce 2003 zatřídila všechny elektrické stanice do environmentálních zón a požadavky na venkovní osvětlení přizpůsobuje i tomuto aspektu.

Cílem ukázky měření osvětlení elektrické stanice TR Slavětice je představení fungování již uvedených principů, které byly v této nově zrekonstruované elektrické stanici plně uplatněny a implementovány. Rovněž dává zpětnou vazbu projektantům a technikům, kteří zajišťují bezpečný a spolehlivý provoz v elektrických stanicích. Cílem měření je ověřit stanovené světelné parametry pro bezpečnou práci i při snížených světelných podmínkách při soumraku a v noci. Měření rovněž ověřuje dostatečnou kamerovou osvětlenost pro správnou funkci kamerového systému dálkového dohledu na elektrickou stanici. Součástí příspěvku bude i fotodokumentace podpořená jasovými analýzami elektrické stanice a jejího okolí, z které vyplývá její minimální vliv na zvyšování jasu okolí (obr. 1). Jako referenční oblasti pro srovnání lze brát v potaz blízkou JE Dukovany a obec Slavětice.

2. Základní požadavky na osvětlení venkovních elektrických stanic

Realizace každého venkovního osvětlení je zakončena měřením důležitých částí osvětlení v areálu elektrické stanice. Měřením jsou ověřovány požadavky interní technické normy ČEPS TN/59/2016 ve vybraných referenčních úsecích elektrické stanice. Běžně jsou ověřovány průměrné udržované osvětlenosti (Ē_m), rovnoměrnosti osvětlení (U₀) a náhradní teploty chromatičnosti z důvodu optimalizace účinnosti kamerových systémů. V tab. 1 a tab. 2 jsou uvedeny základní technické požadavky.

Tab. 1. Požadavky na osvětlení komunikací

Tab. 2. Požadavky na kamerovou osvětlenost

Požadavky na osvětlení u vstupní brány jsou výrazně vyšší z důvodu nutnosti rozpoznání registrační značky vozidel a identifikace návštěvníka kamerovým systémem. Z tohoto požadavku lze vyvozovat i požadavek na ověření kamerové osvětlenosti ve směru snímání bezpečnostní kamery [1].

Kamerová osvětlenost je nastavená podle požadavků a citlivostí instalovaných kamerových systémů tak, aby byly schopny dávat akceptovatelnou obrazovou informaci v rámci celé osy perimetru, která je vytyčená sloupy se svítidly hlídacího osvětlení [1].

3. Ukázka vyhodnocení měření úseku vjezdové brány

U vjezdu do areálu elektrické stanice je pro obsluhu kamerového systému důležité, aby byl systém schopen rozeznat osoby (jejich obličeje) před bránou či za ní a rovněž přečíst RZ přijíždějícího, resp. odjíždějícího automobilu (obr. 3). V tomto případě je kamerový systém umístěn na sloupu hlídacího osvětlení. Podle stínu měřící osoby je patrné, že zde bude dostatečná kamerová osvětlenost nezbytná k identifikování člověka, resp. automobilu, což je ověřeno i v tabulce naměřených hodnot (tab. 3).

Tab. 3. Vyhodnocení měření osvětlení vedlejší vstupní brány [6]

Osvětlení vedlejší vstupní brány do areálu splňuje požadované hodnoty na průměrnou udržovanou osvětlenost a rovnoměrnost ve vnitřním prostoru elektrické stanice, jakož i v prostoru před vstupem do elektrické stanice.

4. Ukázka vyhodnocení měření domu sekundární techniky

Dostatečná hladina osvětlenosti u domků sekundární techniky je důležitá z hlediska dobré viditelnosti vstupních a ovládacích prvků a rovněž z hlediska rozpoznatelnosti obličeje osoby nacházející se v tomto prostoru kamerovým systémem. Pro splnění těchto požadavků bylo na sloupku před domkem umístěno svítidlo s asymetrickým rozložením svítivosti. Svítidlo je směrováno tak, aby zajistilo dostatečnou osvětlenost nejen před domkem, ale i na jeho fasádě (obr. 2).

Obr. 2. Osvětlení vstupu domku sekundární techniky [6]

Obr. 3. Měření osvětlenosti vedlejší vjezdové brány [6]

Na základně naměřených hodnot (tab. 4) lze konstatovat, že osvětlení domků sekundární techniky splňuje požadované hodnoty na průměrnou udržovanou osvětlenost a rovnoměrnost, a odpovídá tudíž světelnětechnickému výpočtu a normativním požadavkům. Na obr. 4 je jasová analýza a na obr. 5 kamerový záznam před domkem sekundární techniky UDC3. U výstupu z kamerového záznamu je nutné upozornit na skutečost, že kamera by neměla být příliš vzdálená od sledovaného objektu. Omezujícím faktorem jsou rozlišovací schopnosti kamery při velkém zoomu a zhoršené atmosférické podmínky.

Tab. 4. Vyhodnocení měření osvětlení domků sekundární techniky [6]

 
Obr. 4. Jasová analýza před domkem UDC3 (vlevo); Obr. 5. Kamerový záznam před domkem UDC3 (vpravo)

Jasovou analýzou figurantů v zorném poli hlídací kamery byly vypočteny kontrasty mezi pozadím a figurantem, které nabývaly poměrně vysokých hodnot (tab. 5). Zde je nutné poznamenat, že rozlišitelnost figurantů (kontrast) výrazně ovlivňuje jejich oděv. Zkamerového záznamu je patrné špatné zaostřením detailů způsobené větší vzdáleností od objektu i za optimálních meteorologických podmínek (jasná, bezoblačná noc). Proto může být detekování narušitele obtížné zejména za nepříznivých meteorologických podmínek.

Tab. 5. Vyhodnocení měření jasových parametrů osvětlení domků sekundární techniky – pozice UDC3 [6]

5. Ukázka vyhodnocení měření perimetru elektrické stanice

Pro hlídací osvětlení perimetru elektrické stanice je nezbytně nutné rovnoměrně osvětlit celý prostor okolo plotu tak, aby byla obsluha kamerového systému schopna včas zaregistrovat narušitele, popř. ho identifikovat. Proto je při vypracovávání návrhu tohoto osvětlení nezbytné zvolit optimální vzdálenosti sloupů hlídacího osvětlení s optimálním rozložením svítivosti těchto svítidel. To musí zviditelnit případného narušitele dostatečně velkou hodnotou vertikální osvětlenosti, která má za úkol vybudit citlivost kamerového systému a zaručit tak identifikaci narušitele.

Podle údajů z tab. 6 lze konstatovat, že hlídací osvětlení splňuje normativní požadavky na průměrnou udržovanou osvětlenost. Celkové rovnoměrnosti ve většině případů leží v pásmu nejistoty měření.

Tab. 6. Vyhodnocení měření hlídacího osvětlení [6]

Obr. 6. Figuranti na vybraném úseku hlídacího osvětlení [6]

Při jasové analýze odpovídají pohledy jasového analyzátoru možným pohledům bezpečnostních kamer. Tyto pohledy jsou voleny jako nejkritičtější možné pohledy bezpečnostních kamer, jejichž úlohou je hlídat areál elektrické stanice. Pro vyhodnocení jasové analýzy měli figuranti oděvy různých odrazností a postupně měnili své pozice. Pro každý referenční úsek hlídacího osvětlení byla jasová analýza vyhotovena pro pět pozic figurantů (obr. 7).

Obr. 7. Schematické zobrazení pozic figuranta pro měření jasové analýzy hlídacího osvětlení [2]

Jako příklad je uvedena jasová analýza (obr. 8) a kamerový záznam figurantů na pozici 3 (obr. 9).

Jasovou analýzou figurantů v zorném poli hlídací kamery byly vypočteny kontrasty mezi pozadím a figurantem na všech pozicích (tab. 7). Vypočtené kontrasty mezi figurantem a pozadím nabývaly poměrně nízkých hodnot, a proto v některých případech může být zaznamenání a rozeznání osoby v zorném poli hlídací kamery obtížné. Rozlišitelnost figurantů (kontrast) opět výrazně ovlivňuje jejich oděv. Z měření jasových poměrů a na základě vertikálních osvětleností figurantů vyplynulo, že nejvyšších hodnot jasů a kamerových osvětleností nabývají figuranti na pozici 2. Naopak nejnižších hodnot nabývají na pozicích 1 a 5 (pozice pod sloupem). Aneb jak praví přísloví „pod svícnem je největší tma“. Z kamerových záznamů je patrný problém se zaostřením detailů na větší vzdálenosti i za nejpřijatelnějších meteorologických podmínek (jasná, bezoblačná noc), a tudíž může být detekování narušitele obtížné zejména za nepříznivých meteorologických podmínek.

Tab. 7. Vyhodnocení měření jasových parametrů hlídacího osvětlení – pozice 3 [6]

 
Obr. 8. Jasová analýza na pozici 3 (vlevo); Obr. 9. Kamerový záznam na pozici 3

6. Ukázka vyhodnocení měření pole rozvodny v elektrické stanici při zapnutém celkovém osvětlení

Při poruše, popř. při údržbě je nutné vygenerovat dostatečnou hladinu osvětlenosti i v poli samotné rozvodny. Toto osvětlení primárně zajišťují svítidla s asymetrickým rozložením svítivosti umístěná na portálech v poli rozvodny.

Osvětlení polí rozvodny splňuje požadované hodnoty na průměrnou udržovanou osvětlenost a rovnoměrnost, a odpovídá tudíž světelnětechnickému výpočtu a normativním požadavkům. Při výpočtech osvětlovací soustavy je nutné brát v potaz ztráty způsobené konstrukcemi rozvodny, vedením a izolátory, které se podle dlouhodobých zkušeností pohybují v oblasti zhruba 10 %.

7. Ukázka vyhodnocení měření vlivu rušivého světla generovaného z elektrické stanice při zapnutém hlídacím osvětlení

Na obr. 10 je ukázka jasové mapy standardně zapnutého hlídacího osvětlení elektrické stanice (pravá část obrázku) v porovnání s vlivem blízké JE Dukovany (levá část obrázku) při ideálních rozptylových podmínkách. Porovnáním jasů oblohy ze vzdálené JE Dukovany a předmětné elektrické stanice lze konstatovat její minimální vliv na zvýšení jasu okolí. Tmavé sloupy vývodů a horních částí elektrické stanice ukazují, že i v tak malých vzdálenostech od světelných zdrojů nerostou jasy okolních předmětů. Jasy okolí rozvodny jsou srovnatelné s jasy způsobenými blízkou obcí Slavětice. V linii přímo nad povrchem lze zaznamenat vyšší jasy v oblastech perimetru elektrické stanice a kontrolních domků, což jsou oblasti permanentně kontrolované kamerovými systémy s maximální bezpečnostní prioritou. Z důvodu záznamu kamerových systémů nelze tyto hodnoty snižovat.

Obr. 10. Rušivé světlo generované umělými světelnými zdroji při pohledu na elektrickou stanici (zapnuto pouze hlídací osvětlení v elektrické stanici) [6]

Obr. 11. Rušivé světlo generované umělými světelnými zdroji při pohledu na elektrickou stanici (zapnuto veškeré osvětlení v elektrické stanici) [6]

8. Ukázka vyhodnocení měření vlivu rušivého světla generovaného z elektrické stanice při zapnutém celkovém osvětlení

Při zapnutí osvětlení polí rozvodny a transformátorů (100 % osvětlovacích soustav) lze pozorovat srovnatelné zvýšení jasu oblohy jako od JE Dukovany, nicméně je nutné zdůraznit rozdíl v pozorovacích vzdálenostech popsaných objektů. Z homogenního rozložení jasů okolí rozvodny je možné usuzovat, že svítidla v elektrické stanici nevyzařují přímo do horního poloprostoru. Tento stav, kdy se veškeré osvětlení sepne na 100 %, se objevuje velmi zřídka po dobu nezbytně nutnou k opravě přístrojů v poli elektrické stanice či při jejich údržbě.

Pro srovnání vlivu světelných zdrojů v blízkém i vzdáleném okolí jsou v příspěvku uvedeny jasové mapy s pohledy na JE Dukovany od elektrické stanice TR Slavětice, recipročně opačný pohled od JE Dukovany na elektrickou stanici TR Slavětice se zapnutým hlídacím osvětlením a zapnutými všemi světelnými zdroji a též pohled od elektrické stanice TR Slavětice směrem na Brno (asi 35 km vzdušnou čarou). Na jasových mapách na obr. 12 jsou popsané situace zachycené v totožné škále jasů tak, aby bylo možné porovnat vliv rušivého světla z různých zdrojů i vizuálně.

Obr. 12. Jasové mapy okolí elektrické stanice vygenerované pro posouzení vlivu stanice na zvýšený jas oblohy: a) JE Dukovany, b) Slavětice – hlídací osvětlení, c) Slavětice – 100% osvětlení, d) Brno) [6]

Na jasových mapách je jasně patrný minimální vliv elektrické stanice TR Slavětice ve standardním režimu provozu (více než 99 % z celkového provozu osvětlovacích soustav). Elektrická stanice TR Slavětice v maximálním režimu osvětlení (v provozu pouze několik hodin za rok) je svým vlivem na jas okolí stále výrazně menším zdrojem (měřeno ze stejné vzdálenosti) než JE Dukovany a v daném prostoru srovnatelným zdrojem vyzařování jako Brno vzdálené 35 km.

9. Závěr

Na základě uvedených přístupů k návrhu a realizaci velkých soustav venkovního osvětlení lze konstatovat, že podle současných norem a při citlivém přístupu k instalacím osvětlovacích soustav a jejich provozu je možné realizovat kvalitní osvětlovací soustavy, které vyhovují nejen z pohledu požadavků na zrakovou činnost, ale také z pohledu minimalizace spotřeby elektrické energie, zajištění celkové bezpečnosti osvětlovaného (hlídaného) prostoru, a zároveň lze i minimalizovat vliv osvětlovacích soustav na noční prostředí zvýšeným jasem okolí, popř. zvýšeným jasem oblohy.

Ing. Ivo Ullman, Ph.D., ČEPS, a. s.,
doc. Ing. Tomáš Novák, Ph.D., Ing. Richard Baleja, Ing. Petr Běčák, Ing. Pavel Valíček, Ing. Jiří Ullman, VŠB-TU Ostrava

Literatura:
[1] TN 59. Venkovní a vnitřní osvětlení v objektech elektrických stanic PS – Technická norma ČEPS 06/2010. Aktualizace 05/2016.
[2] 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 978-80-248-2087-3.
[3] 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.
[4] SOKANSKÝ, Karel a kol. Světelná technika. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011. ISBN 978-80-01-04941-9.
[5] 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.
[6] NOVÁK, Tomáš a kol. Světelnětechnický projekt TR Slavětice. 2020.