Stručný pohled na regulaci osvětlení

Stručný pohled na regulaci osvětlení

Ing. Miroslav Váša, EKVA s. r. o.

1. Žárovky na síťové napětí

Tyto zdroje jsou velmi vhodné pro regulaci osvětlení. Všichni uznávaní výrobci spínačů pro domovní instalace nabízejí regulátory – stmívače pro zmiňované světelné zdroje v základní řadě zpravidla od 300 do 1 000 W. Regulátory se montují do běžných instalačních krabic. Pro větší výkon jsou nabízeny podřízené výkonové jednotky, komerčně do 5 kW, které se umisťují do rozvodnic, jež jsou k tomuto účelu určeny.

Příklad:
Žárovkou 100 W pracující na síťovém napětí 230 V protéká proud 0,43 A. Světelné okruhy dimenzujeme vodičem o průřezu 1,5 mm a víme, že máme k dispozici okruh jištěný jističem 10 A. Můžeme tedy na vedení připojit dvacet žárovek o příkonu 100 W.

Při běžných elektroinstalacích je ale třeba dbát na maximální výkon běžně dostupných regulátorů.

Dimenzování regulátorů:
Kvůli oteplení vlastního regulátoru nedoporučuji zbytečně překračovat výkon 600 W na jeden regulační prvek. Je-li nezbytný větší regulovaný výkon, např. u velkých lustrů, je vhodné řešit instalaci podřízenou výkonovou jednotkou umístěnou v rozváděči nebo rozdělit regulaci na několik okruhů.

Je nutné rozlišit regulátory pro standardní žárovky na síťové napětí a halogenové žárovky na síťové napětí. Halogenová žárovka má při startu menší odpor vlákna než běžné žárovky, a proto je nutné vždy použít regulátor určený pro tento druh světelných zdrojů.

Výhody:
a) úspora elektrické energie – návratnost investice,
b) snadná instalace regulátorů,
c) velký estetický efekt v interiéru.

2. Halogenové žárovky na malé (bezpečné) napětí – 12 a 24 V

Uvedený světelný zdroj v posledních deseti letech instaluje do svých produktů velké množství výrobců svítidel. Kromě původního použití např. v projektorech se tyto světelné zdroje prosadily ve dvou základních podobách: jako reflektorová halogenová žárovka (zpravidla s dichroickým integrovaným reflektorem) a halogenová žárovka v základní řadě 5 až 50 W. Jsou vhodné pro regulaci, v některých případech je regulace dokonce nutná.

Výhody:
a) velká svítivost a dobré podání barev osvětleného prostředí,
b) široké využití ve všech běžných prostředích (pracuje se s bezpečným napětím).

Sortiment použitelných regulátorů je stejný jako v předcházející kapitole. Doporučuji rovněž stejný pohled na dimenzování regulátorů. Výkon se reguluje na primární straně transformátoru.

Je opět nutné použít regulátor určený pro stmívání zdrojů napájených indukčními nebo elektronickými transformátory:

a) Indukční transformátory
Jsou zpravidla vinuty na toroidním jádru složeném z transformátorových plechů. Vyrábějí se běžně ve výkonech od 50 do 1 000 V·A. Účiník bývá od 0,7 do 0,85.

Od transformátoru jsou bez výjimky požadovány tyto dvě vlastnosti:

• dvojitá izolace,
• jištění proti zkratu přímo na transformátoru (zpravidla bimetal nebo nízkotavitelný kov).

Správné tolerance transformovaného napětí a dobré mechanické provedení jsou samozřejmostí.

Výhody:

• nízká cena,
• při práci na fázovém napětí (230 V) vyloučení vzniku 3. a 5. harmonické (při rozložení do tří fází je takovéto zapojení možné pouze do hvězdy),
• snadná regulace,
• malá poruchovost,
• provozní bezpečnost (lze použít pro napájení bazénových světel apod.).

Nevýhody:

• velká hmotnost,
• oteplení.

b) Elektronické transformátory

Při masovém rozšíření elektronických transformátorů v osvětlování systémů na malé napětí nastal jejich velký rozmach. Přesto doporučuji při jeho volbě zaměřit se na renomované výrobce, vybavené patřičnými certifikáty.

Principem zmiňovaného transformátoru je středofrekvenční měnič. Primární síťové napětí se nejdříve usměrní. Poté se v oscilačním obvodu rozkmitá na frekvenci kolem 30 kHz a na feritovém transformátoru se transformuje na pracovní napětí, zpravidla 12 V. Směrem zpět k primární straně je třeba přístroj vybavit kvalitní filtrací proti vyšším harmonickým kmitočtům. Téměř všichni výrobci těchto komponent nabízejí regulovatelnou verzi, jež je určena pro stmívání světelných systémů. Přístroje jsou běžně dostupné do výkonu 150 W.

Výhody:

• malá hmotnost,
• malé rozměry,
• snadná regulace (přístroj musí být na regulaci konstruován; ne každý elektronický transformátor lze stmívat).

Nevýhody:

• obvykle nelze spojit sekundární části transformátoru paralelně,
• omezení výkonu na přibližně 150 W na jeden přístroj (v běžných sériích),
• vždy vznikají vyšší harmonické kmitočty.

Výhody osvětlovacích soustav na malé napětí:
a) při správné konstrukci vysoká bezpečnost (pracuje se s bezpečným napětím),
b) velká variabilita při návrhu světelných systémů,
c) velká nabídka svítidel a světelných zdrojů.

Nevýhody osvětlovacích soustav na malé napětí:
Nutná elektroinstalace řádně dimenzovaná na příslušné proudy tekoucí vedením na sekundární straně transformátoru.

Příklad:
V předešlém případě šlo o proudy okolo 10 A. Nyní je třeba si uvědomit, že pracujeme s nízkým napětím. Při 12 V pracovní proud vzroste devatenáctkrát oproti proudu na primární straně transformátoru. Analogicky – přívod pro příkon 500 W/12 V bude třeba dimenzovat na výpočtový proud 42 A!

Je zapotřebí uvážit, že rozvody pro osvětlení při malém napětí, např. oblíbenými tzv. bodovými svítidly, jsou často velmi rozvětvené, členité. Zde je nutné počínat si s jistou rozvahou.

Extrémní příklad z praxe:
Občas narážíme na aplikace, kdy instalace např. 30 halogenových žárovek 50 W na malé napětí je připojena např. ve třech sekcích v sérii na kabel CYKY 2,5 a často na jeden transformátor. Transformátor má mnohdy hmotnost 20 kg, přívody ke svítidlům jsou teplem poškozené, vypínač, kterým se obvod ovládá, často bývá poddimenzovaný a slepený, není překvapením jeho zapojení na sekundární straně obvodu. Příkon 1 500 V·A reprezentuje při spínání indukční zátěže při účiníku transformátoru 0,6 proud na primární straně kolem 7 A v činné složce a přibližně stejný ve složce jalové. Z tohoto pohledu je třeba přiměřeně dimenzovat vodiče i na primární straně obvodu a nepodceňovat kompenzaci účiníku při rozsáhlejších aplikacích. Na sekundární straně obvodu se v tomto příkladu dostáváme na hodnoty proudu 125 A.

Na první pohled je zřejmé, že v případě nepřiměřeného dimenzování vodičů celý příběh skončí velmi nepříznivě. Ve špatně řešených aplikacích je na první pohled zřejmý úbytek napětí vlivem nedostatečného dimenzování vodičů, který způsobí pokles světelného toku žárovek paralelně řazených v dlouhé trase vedení.

Při napájení větší skupiny halogenových žárovek z jednoho zdroje je třeba:

• rozvod vedení vést paprskovitě,
• správně dimenzovat napájecí vodiče,
• nevytvářet zbytečně dlouhé sekce paprsků vedení,
• nepoužívat hořlavé materiály,
• montovat pouze transformátory s patřičnými certifikáty.

Při rostoucích cenách elektrické energie jde o nejvýhodnější osvětlovací systémy z hlediska spotřeby, životnosti i jejich ceny. Pokrok v technologii výroby zajišťuje širokou nabídku těchto světelných zdrojů.

Mezi nejoblíbenější patří standardní zářivky o příkonu 18, 36 a 58 W.

Druhou skupinou lineárních zářivek jsou zářivky třípásmové. Při jejich koupi je možné vybrat požadovanou teplotu chromatičnosti světla. Cena těchto komponent oproti klasickým zářivkám je asi dvojnásobná, zato třípásmové zářivky mají oproti standardním delší život a o 20 % větší světelný tok.

Stále oblíbenější jsou dnes tzv. kompaktní zářivky. Vyrábějí se s příkonem běžně od 5 do 55 W.

Pro stmívání je třeba, aby tyto zdroje měly vyvedeny oba vývody katod. Výrobci totiž běžně nabízejí uvedené zářivky s integrovaným startérem, a proto není běžně možné použít je ve stmívaných systémech.

Elektronickým stmívatelným systémům pro zářivky je v současné době zaslouženě věnována stále větší pozornost. Elektronické předřadníky (které většinou jsou nedílnou součástí svítidla a nahrazují tlumivku a startér) se vyrábějí ve velkých sériích, čímž prudce klesla jejich cena. V poslední době se renomovaní výrobci sjednocují na způsobu ovládání těchto předřadníků.

Stmívatelné elektronické předřadníky lze podle funkce rozdělit na:

a) Nízkofrekvenční (obr. 1)
Tento předřadník pracuje s předžhavenými katodami zářivek na pracovní frekvenci 50 Hz. Rozsah stmívání je od 0 do 100 %, tedy v plném pracovním rozsahu světelných zdrojů. Ovládá se běžnými regulátory – stmívači pro stmívání standardních žárovek.
Tento typ předřadníku je možné použít ve všech běžných svítidlech, oblíbené jsou hlavně ve scénickém osvětlení, protože proces regulace z nuly (zářivka nesvítí) do libovolné polohy proběhne bez záblesku světelného zdroje.

b) Vysokofrekvenční (obr. 2)
Předřadník pracuje na pracovní frekvenci asi 30 kHz. Tím je zaručeno, že světelný zdroj svítí trvale. Svítidla vybavená těmito komponentami jsou velmi oblíbená při aplikacích zejména v kancelářích a všude tam, kde jsou kladeny zvýšené požadavky na zrakový výkon. Odpadá stroboskopický jev, interference počítačových monitorů; celkově jde o velmi dobrý systém, v němž se spojily výhody zářivkového osvětlení s vlastnostmi teplotních světelných zdrojů a s požadavky na ně kladenými.

4. Vysokotlaké výbojky

V posledních letech bylo v České republice představeno několik aplikací, v nichž byl tento systém použit. Vysokotlaký výboj je možné regulovat a výrobci stmívacích systémů nabízejí komponenty, s jejichž pomocí lze tento fyzikální problém řešit.

Jestliže v předešlých případech bylo možné uvažovat o komerčním masovém zavedení regulátorů světelných zdrojů, zde je třeba postupovat s jistou rozvahou. Není mnoho výrobců, kteří nabízejí opravdu spolehlivý systém pro regulaci výbojek. Zatím to jsou systémy velmi drahé a je třeba velmi seriózně kalkulovat návratnost investice.

Základem každého správně fungujícího regulovaného světelného systému je dobře zpracovaný návrh a následně kvalitní projektová dokumentace. Tento stručný článek má pomoci při základní orientaci v regulaci – stmívání světelných zdrojů; neklade si za cíl poskytnout hlubší rozbor systémových řešení regulátorů a jejich ovládání. Další informace lze získat v odborných firmách zaměřených na osvětlování, kterých je dnes již velké množství.