Je rozdíl ve stmívání žárovky a "LED žárovky"?

V letech 1994 až 1997 prošel Obecní dům po 85 letech nejvýznamnější rekonstrukcí, včetně interiérů a technického zázemí. To se týkalo i elektroinstalace ve Francouzské restauraci. V roce 2008 bylo přidáno stmívání lustrů s klasickými žárovkami řízené centrální jednotkou firmy Teco a s ovládáním z dotykového displeje.

---

 Článek vyšle v časopise SVĚTLO 4/2015,
elektronickou verzi časopisu naleznete ZDE 

---

Zkušenosti se záměnou světelných zdrojů v secesních lustrech Francouzské restaurace Obecního domu v Praze.

V letech 1994 až 1997 prošel Obecní dům po 85 letech nejvýznamnější rekonstrukcí, včetně interiérů a technického zázemí. To se týkalo i elektroinstalace ve Francouzské restauraci. V roce 2008 bylo přidáno stmívání lustrů s klasickými žárovkami řízené centrální jednotkou firmy Teco a s ovládáním z dotykového displeje.

Obr. 1. Interiér Francouzské restaurace pražského Obecního domu patří k vrcholům pražské secese –Art Nouveau (nastavena jedna ze scén pro denní osvětlení)

Sešli jsme se ve Francouzské restauraci pražského Obecního domu. Vrchol secesní architektury, národní kulturní památka, výborná kuchyně, pozorná obsluha, živá hudební kulisa. Venku dlouho zapadající slunce, bylo totiž krátce po slunovratu, a uvnitř světlo linoucí se z originálních lustrů dodaných před sto lety pražskou firmou Františka Anýže. Setkání Jany Kotkové z časopisu Světlo, Jana Fraňka, který zde před rokem rekonstruoval systém stmívaného osvětlení, a Jaromíra Klabana z firmy Teco, která dodala potřebné stmívače, nebylo tak úplně náhodné. Pod postupně a nenápadně se měnícími světelnými scénami dvou řad hlavních lustrů na stropě i řady dalších mezi okny, na stěnách a na galerii jsme diskutovali o článku, který by potěšil oko fotografiemi nejkrásnějšího interiéru pražské secese, přinesl něco technické osvěty pro ty, kteří se chystají zaměňovat klasické žárovky za nové a úsporné LED zdroje. V příspěvku jsou uvedeny i konkrétní kroky, které bylo třeba udělat na cestě k dokonalému výsledku v místě setkání.

O doplnění informací jsme následně požádali Josefa Jílka, specialistu na stmívače ze společnosti Teco, který se schůzky nezúčastnil.

Jan Franěk: „Ten systém dlouhé roky fungoval, až nastal čas k výměně světelných zdrojů. Provozovatel zvážil investici do výměny klasických světelných zdrojů za LED. Porovnal náklady na energii a na údržbu, která spočívala v časté výměně nefunkčních žárovek. Volba padla na stmívatelné LED světelné zdroje 3,6 a 6 W Parathom Classic výrobce OSRAM. Těch je zde použito asi 600 kusů. O výměně systému se neuvažovalo.″

Jana Kotková: „Vypadá to hezky. Světlo je velmi příjemné. Nevnímám rozdíl oproti klasické žárovce. Předpokládám ale, že k výměně žárovek za světelné zdroje LED nestačilo jen vylézt na žebřík a šestsetkrát přešroubovat.″

Jan Franěk: „To je pravda. Provozovatel, dodavatel LED světelných zdrojů ani já jsme netušili, jaké záludnosti v sobě tento inovační krok na cestě k úsporám skrývá a co všechno nás na straně realizačních firem ještě čeká, než se vše povede úspěšně dokončit. Ihned po výměně žárovek jsme zjistili, že původní řízené stmívače si s tolika paralelně připojenými „LED žárovkami“ neporadí. Sám výrobce světelných zdrojů nedoporučuje stmívat na jedné větvi více než deset světelných zdrojů najednou. I od firmy Teco přišlo doporučení rozložit světelné zdroje do více světelných skupin po menších zátěžích. Tuto podmínku jsem ale nemohl všude splnit. Je to tady památka nejvyššího kalibru a změna v instalaci se dala provést možná při poslední rekonstrukci v 90. letech, ale ne nyní. Začal jsem sčítat watty uváděné na krabičkách a v technické dokumentaci, a co šlo rozdělit v rozváděči, to jsem na samostatné větve rozdělil. Jak se ale později ukázalo, sčítat watty nestačí. Stejně bylo nutné stmívače vyměnit a přirozeně jsem sáhl po nových fázových stmívačích C-DM-0402M- RLC firmy Teco, určených právě pro systém Foxtrot.″

Jaromír Klaban: „Když to vezmu více technicky, klasická žárovka má charakter odporu. Platí pro ni Ohmův zákon, proud je přímo úměrný napětí a při napájení střídavým napětím nedochází k žádnému posunu průběhu proudu před nebo za průběh napětí. Jsou ve fázi, jak se mezi elektrikáři říká. Navíc vlákno žárovky se dá připojit přímo na síťových 230 V AC bez dalších úprav jakoukoliv další součástkou. Každá bez rozdílu se dá spínat nebo i stmívat v plném rozsahu od 0 do 100 %. A pro ně byly vyvinuty už v minulém století polovodičové tzv. fázové stmívače, které z každé půlvlny síťového napětí vyseknou jen část. Někde uprostřed půlvlny triak nebo tyristor řízeně připne přímo na vláko plné okamžité napětí a při průchodu nulou zase sám samovolně vypne. U LED zdrojů je to však o dost komplikovanější.

Předně samotný světelný zdroj – dioda LED – pracuje na jiném fyzikálním principu a svítí pouze při velmi malém a konstantním napětí řádově jednotky voltů, svítí pouze při jedné polaritě a intenzita světla je úměrná pouze protékajícímu proudu. Při střídavém napájení tedy svítí jen v jedné polovině celé sinusovky. A kdyby se na ni dostalo přímo napětí 230 V, tak by se prorazila, shořela by. Chceme-li ji stmívat, musíme umět ještě plynule řídit stejnosměrný proud. Je tak nasnadě, že v každé „LED žárovce″ musí být elektronika, která tyto tři funkce vyřeší.″

 Obr. 2. Příklady scén osvětlení pro podvečer a večer

Josef Jílek: „Všude se uvádí, že „úsporky″ a „ledky″ jsou jednoduchou náhradou klasických žárovek. Jenže technická pravda je trochu jinde. Obzvláště v mezních případech, jako byl Obecní dům. Tyto nové prvky s sebou nesou novou vlastnost, kterou nelze jen tak opomenout. A tou je komplexní, většinou kapacitní složka impedance zátěže způsobující fázový posun mezi proudem a napětím, vyjadřovaným často jako účiník, resp. cos φ. Vestavěný elektronický předřadník v každém kompaktním LED zdroji obsahuje zdroj pro vlastní napájení svíticího prvku a ve stmívatelných verzích i obvod řízení proudu, který se odvozuje z úhlu sepnutí klasického fázového stmívače. Obvody mají na začátku usměrňovač a vyhlazovací kondenzátor a právě ten dává celé „LED žárovce″ charakter kapacitní zátěže.

Podobně jsou na tom elektronické transformátory používané pro nízkonapěťové halogenové žárovky. Naopak vinuté transformátory pro halogenové žárovky mají charakter indukční zátěže. Zdaleka ne ve všech světelných zdrojích je výrobcem provedena takzvaná kompenzace účiníku, která by měla takový světelný prvek co nejvíce přiblížit charakteru odporové zátěže, jakou měly klasické žárovky. Pak by i použití původních fázových stmívačů nemuselo přinášet problémy. Alespoň teoreticky. Každodenní praxe je ale jiná.″

Jana Kotková: „Vedoucí směny mi řekl, že jsou zde s novým osvětlením spokojeni. Ukázal mi i pro laika přehledné ovládání na dotykovém panelu, který je na hlavním koridoru mezi kuchyní a sálem. Všechno vypadá a funguje velmi jednoduše, jak jsem se mohla přesvědčit názorně při přestavování světelných scén pro pořízení prezentačních fotografií. Čtenáře časopisu Světlo ale jistě bude zajímat, zda jste se setkali při výměně světelných zdrojů s nějakými komplikacemi, se kterými jste předem nepočítali?″

Obr. 3. Původní skrytý rozváděč a v něm nové stmívače; na stmívačích a jejich spínacích prvcích z fyzikálních principů vzniká teplo; k dobré praxi a ke zvýšení spolehlivosti celé instalace ve Francouzské restauraci patří dostatečný prostor a objem vzduchu k jejich průběžnému chlazení, pohyb vzduchu při nejvyšších teplotách mají stmívače C-DM-0402M-RLX zajištěn zabudovaným miniaturním ventilátorem. 

Jan Franěk: „Po konzultaci u výrobce stmívačů a po novém uspořádání světelných okruhů v rámci stávající instalace jsem k Foxtrotu objednal a nainstaloval nové stmívače. Na většině okruhů jsme se pohybovali daleko pod 50 % maximální zátěže uváděné ve wattech, tedy pod výrobcem doporučovanou hranicí pro LED zdroje. Tam bylo vše v pořádku. Ovšem hned v prvních minutách se projevily nestability na třech nejzatíženějších okruzích, kde jsme se pohybovali velmi blízko té 50% hranice. Dlužno podotknout, že tu bylo, resp. muselo být 32 LED zdrojů na jednom okruhu. OSRAM sám jich doporučuje maximálně deset.

Následoval telefonát do Kolína, tedy do firmy Teco. Potvrdili mi, že mohu propojit paralelně oba dva stmívače v modu lu a tak zdvojnásobit jejich zatížitelnost. Kolega Petr Vetešník, který vše programoval, se ujal překonfigurování Foxrotu, aby oba stmívače byly řízeny shodně, a mě čekala rychlá cesta do Kolína. Pro zapůjčení dalších stmívačů, abych doplnil jejich počet podle počtu okruhů a abychom mohli práci dokončit ještě týž den. Jel jsem bezpečně, ale musím mluvit o štěstí, když jsem za tu dopolední jízdu nedostal žádnou obálku od policie, kde by se řešila rychlost mého auta. Bohužel se nám odpoledne vedlo podobně, a tak nezbývalo nic jiného, než znovu projít různé možnosti a vymyslet co dál. Podařilo se  odlehčit několika dalším stmívačům jejich paralelním propojením, aby se tak rozdělila zátěž mezi dva prvky.

Zlepšení se dostavilo, ale stále do druhého dne zbývalo několik okruhů, jejichž chování i přes všechny provedené úpravy bylo takříkajíc na hraně. V domluvený (velmi ranní) čas, jsme se zde sešli a provedli se světly několik pokusů spojených s důkladnějším měřením. Výsledkem bylo pojmenování problému: vyšší harmonické, a především velké napěťové a proudové špičky, které vznikají ve spínaných zdrojích „LED žárovek“ při zapnutí, ale i během provozu, jestliže se se světly více manipuluje. Zde jsme již za pomoci měřicích přístrojů vybrali nejvhodnější náběhy na stmívačích a nainstalovali k nim doporučené odrušovací filtry.″

Josef Jílek: „Když si představíme elektrický obvod tvořený stmívačem, vedením ve zdi a vlastním světelným zdrojem, jde o komplexní soustavu, která je tvořena spínacími výkonovými tranzistory na straně stmívače, vedením, které má převážně indukční charakter, a zátěž, v tomto případě s kapacitním charakterem. V případě fázového řízení dochází při spínání/rozpínání uprostřed půlvln ve světelném okruhu ke vzniku přechodových dějů a zároveň ke generování vyšších harmonických, které ve svém důsledku mohou ovlivnit kvalitu osvětlení, jeho nestabilitu a mohou způsobit i nežádoucí interference. Úroveň těchto jevů závisí na mnoha parametrech a nelze předem říci, kde jsou hranice při konkrétním použití. Jejich úroveň jednoznačně roste s počtem použitých světel v obvodu. Nežádoucí rádiové emise – EMI, které mohou působit i na další elektronická zařízení, jsou navíc silně závislé i na způsobu vedení kabelů v instalaci. Zde jsme mnoho možností neměli. Počet a typ světelných zdrojů byly dány předem stejně jako počet a dlouhé vedení původní elektroinstalace.″

Jan Franěk: „Nakonec se tedy podařilo vše zdárně dokončit, vlastní řízení osvětlení předat provozovateli a ten ho využívá více než rok, bez problémů a jakýchkoliv závad nebo poškozených stmívačů. Pro mne a mou firmu to bylo získání cenných poznatků na instalaci, která ve více ohledech rozhodně nebyla rutinní. I pro firmu OSRAM byla tato akce prestižní a o jejím pozitivním přístupu ke zdaru celé akce vypovídá i zapůjčení 32 „LED žárovek“ pro potřeby testování a optimalizace firmwaru stmívačů. I díky tomu jsme dnes schopni lépe zvládat podobné situace. Tyto pod časovým tlakem nabyté zkušenosti jsme již zúročili u řady následných realizací. Ukázalo se, že výběr partnerů je jedním z důležitých, možná klíčových faktorů. Díky naší vzájemné spolupráci a nasazení všech i nad rámec standardních povinností všechno dopadlo tak, jak investor očekával. Tedy k jeho spokojenosti. A jak tak vidím, dnes jsme zde spokojeni i my jako hosté, že?″

Obr. 4. Ovládací obrazovka s řadou tlačítek a jednoznačnou volbou žádané scény

Jaromír Klaban: „Kdybychom s kolegou Jílkem chtěli ostatním dát praktická doporučení pro stále více se rozšiřující instalace s LED zdroji, byla by asi následující:

• Před použití každého světla je třeba si o něm zjistit co nejvíce informací. Posoudit i parametr Inrush current – náběhový proud, pouhý trvalý příkon ve wattech nestačí.
• Obecně nelze kombinovat na jednom řízeném elektrickém okruhu různé typy světelných prvků. Například transformátory pro halogenové žárovky nemají kapacitní, ale indukční charakter.
• Na stmívači je třeba správně nastavit typ zátěže. Při nesprávném nastavení může dojít ke zničení světelného zdroje nebo i obvodů stmívače. Stmívače s automatickým rozpoznáváním není třeba nastavovat, při extrémních zátěžích však vykazují nestabilitu při rozpoznávání.
• Před každým nasazením je nutné zvážit možnosti rozložení zátěže do více okruhů a nesnažit se využívat modul stmívače na maximum. U známých výrobců osvětlovacích prvků lze nalézt tabulky, kde jsou uvedeny maximální možné kombinace pro ten který osvětlovací prvek v kombinaci s konkrétním typem použitého stmívače.
• Pokud to jde, před nasazením nových typů světelných zdrojů si předem prakticky ověřit funkčnost zvolené kombinace světelných zdrojů a předem najít technická opatření. Nikoliv až na stavbě.″

Obr. 5. Originálním lustrům Františka Anýže „LED žárovky″ rozhodně neubraly na lesku

 Foto: Jana Kotková, Jaromír Klaban