8 (843) 205-30-81
СПЕЦИАЛИСТУ
Холодный свет светодиодов имеет жаркий спрос. Применение светодиодов во взрывоопасных зонах

Есть еще порох в пороховницах! Это изречение, кажется, под-твердило свою правоту в случае со старыми добрыми лампами накаливания. Несмотря или лучше сказать, из-за вступления с первого сентября 2009 года в ЕС поэтапного запрета на продажу ламп накаливания мощностью 100Вт, который до 2012 года по-степенно распространяется на все сферы применения светотех-ники, наблюдалось в том же 2009 году, например, в Германии уве-личение количественных показателей продаж ламп накаливания на 50-60% по сравнению с предыдущим годом. Есть еще порох в пороховницах – но тоже не вечно. Можно с уверенностью сказать, что в ближайшие годы новые средства освещения заменят суще-ствующие осветительные технологии во всех сферах.

Первым кандидатом на лидирующее положение на рынке осветительных приборов являются светодиоды (LED): в 2008 году по всему миры было постав­лено 61 млн. светодиодных элементов. Согласно данным немецкой ассоциации ZVEI(Ассоциация предприятий электро­технической промышленности) доля общего валового оборота светодиодов, производимых производителями осве­тительного оборудования в Германии, составляет 15%, и ожидается дальней­ший рост продаж на рынке светодиодов. Аналитики утверждают, что рост объема продаж на рынке светодиодов к 2012 году может составить 100%.

Такой недюжинныйспрос можнообъяснить, прежде всего, тремя причинами:

1.Разработка мощных светодиодов с постоянно повышающейся светоотда­чей.


 
Рис. 1. Светосильная и
энергосберегающая: Сигнальная лампа
со светодиодами от R. Stahl

Благодаря научным исследованиям и переносу в производственный процесс полупроводниковых детекторов стало возможным производство светодиодов различных цветов (голубого, желтого, зелёного, красного и т.д.) с разными цветовыми температурами. При смеше­нии цветов или использовании голубых светодиодов с фотолюминесцентными материалами получается белый цвет.

2.Улучшенные способы производства светодиодов и промышленный масштаб их производства способствовали сни­жению производственных издержек. Вследствие этого упала рыночная стои­мость на светодиоды, что сделало их еще более привлекательными для ши­рокого применения в различных осве­тительных конструкциях. Наряду с этим светодиоды выделяются тем, что могут применяться в суровых промышленных условиях:

• Осуществление компактных и эффек­тивных осветительных решений, Н.: в труднодоступных местах.

• Высокая виброустойчивость делает светодиоды как осветительные средства особенно интересными для применения в машиностроении или в установках с дизельными-генераторами (на кора­блях, оффшорных энергоустановках) Интенсивность свечения одного свето- диода может очень просто варьировать­ся с помощью мощности тока питания. В сравнении с газоразрядными лампами не уменьшается ни энергоэффектив­ность, ни срок эксплуатации. По этой причине светильники со светодиодами подходят для умных световых решений, таких как, например, регулирование ин­тенсивности света оборудованного све­тодиодами светильником в зависимости от освещенности окружающей среды.

• Показатели срока эксплуатации све­тодиодов превышают характеристики ламп накаливания и люминесцентных ламп во много раз. В зависимости от качества и области применения можно рассчитывать на срок службы 30.000 и 100.000 часов. Благодаря этому воз­можно значительное уменьшение ин­тервалов замены для светильников и следовательно затраты на техническое обслуживание.

Чем ниже окружающая температура, тем выше мощность светодиодов и тем длительнее их срок эксплуатации, что делает светодиоды в качестве средств освещения для зон эксплуатации с длительными низкими температурами особенно привлека­тельными. И наоборот нужно принять во внимание тот факт, что мощность и срок жизни светодиодов снижается в условиях повышающейся температуры окружающей среды.

 


 
Фото 3: Уровни светоотдачи
различных источников освещения

Благодаря названным свойствам све­тодиоды интересны для применения во взрывозащищенной осветительной технике. Правда отмеченный бум нужно рассматривать здесь в настоящее время трезво и рассудительно. С чисто техни­ческой точки зрения благодаря выше названному технологическому развитию существует возможность, большинство задач освещения во взрывоопасных зо- нах решить с помощью светодиодов. Од­нако нужно принять во внимание и рас­считать, оправдывает ли более высокая покупная цена такие преимущества как длительный срок эксплуатации и низкие затраты на техническое обслуживание светодиодных светильников. Простой пример должен это прояснить: При замене светильника со старыми люминесцентными лампами мощностью 36Вт равноценными светодиодами, люминесцентная лампа, цена приоб­ретения которой при больших размерах партий меньше, чем 1 евро, должна быть заменена приблизительно тридцатью мощными светодиодами, каждый из которых стоит примерно 1 евро. Если прибавить затраты на установку, то светодиодные лампочки будут стоить приблизительно 40 Евро. Срок эксплуа­тации качественных люминесцентных ламп составляет между тем от 30.000 до 60.000 часов. Даже если рассчиты­вать на продолжительный срок службы светодиодов, нужно учесть, что замена традиционного освещения светодиода­ми с экономической точки зрения имеет смысл только в исключительных случа­ях, например, в тех случаях, когда све­тильник находится в труднодоступном месте и, следовательно, замена светиль­ника связана с большими затратами. Вышесказанное описывает все же толь­ко единичный случай. В настоящее вре­мя рынок развивается благодаря тех­ническому прогрессу (и с ним связано уменьшение издержек производства) настолько быстро, что в обозримом будущем возможно глобальное выве­дение из производства традиционной технологии освещения. Прежде, чем будут представлены неко­торые интересные осветительные реше­ния для взрывоопасных зон с помощью светодиодной техники, мы попытаемся в следующем разделе дать краткий об­зор положения светодиодной техники с точки зрения взрывозащиты.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И ОГРАНИЧЕНИЯ СВЕТОДИОДНОЙ ТЕХНИИКИ

Светодиоды или LED уже много лет применяются в промышленности. Ви­броустойчивость и длительный срок эксплуатации способствуют тому, что в основном светодиоды в больших ко­личествах применяются с целью подачи


 
Фото 2: Запатентованный
взрывозащищенный
светодиодный световой
сигнализатор

сигнала. Если обычные лампы накали­вания нужно в среднем менять через каждые тысяча часов, то при исполь­зовании светодиодов можно рассчиты­вать на срок службы « 50.000 и более часов. Светодиодная техника в области взрывозащиты вступила в свои права с семидесятых годов прошлого века. R. STAHLпредлагает запатентованные световые сигнализаторы со светодио­дами (Фото №2)

Правда вначале светодиоды обладали малой световой отдачей и произво­дились только в красных, зеленых и желтых цветах из-за чего их возмож­ности использования были ограниче­ны. Только на рубеже веков произошел прорыв. Вначале в Японии на основе структур InGanна сапфировых под­ложках был получен светодиод, ко­торый мог светить голубым цветом. Затем при совмещении светодиодов синего цвета с люминесцирующим веществом, которое абсорбирует си­ний цвет, и излучает широкий спектр в видимом диапазоне. Разработки светодиодов с их, постоянно возрас­тающей мощностью, привели к тому, что область их применения начала все больше расширяться на ту, где до сих пор использовались такие технологии освещения как лампы накаливания и газоразрядные лампы. Одной из важнейших характеристик лю­бого осветительного прибора является светоотдача. Она показывает количе­ство света, которое может дать какой либо источник освещения за опреде­ленное время. Фото 3 представляет об­зор уровней светоотдачи различных источников освещения. Многие из имеющихся в продаже на рын­ке светодиоды имеют мощность между 40-90 Люмен/Ватт световой отдачи. С такими показателями они немного усту­пают люминесцентным лампам (50-100 Люмен/Ватт), но определенно имеют значительные преимущества перед лампами накаливания и галогенными лампами. Показателей лидера, высокого давления натриевых ламп мощностью 175 Люмен/Ватт, высокоэффективные белые светодиоды со светоотдачей в 160 Люмен/Ватт до сих пор пока не мо­гут достигнуть, но в обозримом будущем этот барьер может быть преодолен. В настоящее время светодиоды с такой большой светоотдачей все еще очень дорогие, т.к. могут производиться толь­ко с помощью дорогостоящего селек­тивного метода.

 

Важной проблемой внедрения сверх­мощных светодиодов является опре­деленное температурное влияние. Температурные проблемы связаны не с генерацией света - светодиоды произ­водят свет через электролюминесцен­цию и поэтому могут излучать только «холодный» монохромный свет. Так как мощность рассеяния света пре­образуется не через отражение света, как это происходит в лампах накалива­ния, то вся мощность рассеяния света должна отводиться через кристалл, длинна которого, исчисляется в не­скольких квадратных миллиметрах. Если этого не происходит, то полу­проводниковый материал светодиода может сильно нагреться, что ведет к уменьшению срока жизни светодио­да или его разрушению. Стремление предотвратить перегрев светодиода на­ряду с предотвращением нарушения его функций и уменьшением срока экс­плуатации имеет особое значение для сферы взрывозащиты. При нормальных температурных усло­виях, которые указаны в технических данных производителей, срок служ­бы светодиодов, использующихся с низким током, достигает, больше чем 100,000 часов. Данные о сроке службы светодиодов указанные в документа­ции производителя информируют, как правило, об участии еще функциони­рующего светодиода в совокупности тестируемых ламп. Таким образом, данные «В 50 при 100.000» означают, что после 100.000 часов эксплуатации в специфических условиях еще 50% тестируемых светодиодов функциони­руют или наоборот, что по истечении этого времени половина светодиодов больше не работает.

Применение светодиодов вовзрывозащищенном электрооборудовании

Как уже упоминалось выше, с помо­щью светодиодов могут быть решены практически все известные задачи освещения, в промышленном освети­тельном оборудовании, в том числе и во взрывоопасных зонах. Остается только вопрос, будет ли принято во внимание в целом достижимое соот­ношение Цена- Производительность- Отношение клиентов. Многие базирую­щиеся на светодиодах осветительные


 
Фото 4: Взрывозащищенный
светодиодный карманный фонарик

 

решения, предлагаемые в настоящее время на рынке, даже сравнимы по цене с традиционными взрывозащищенными светильниками, но при более близком рассмотрении, выясняется, что свето­технические характеристики не всегда удовлетворительны. Или существуют исполнения, которые сравнимы с тра­диционным оборудованием по техни­ческим данным, но имеют существенно более высокую цену. В дальнейшем бу­дут представлены некоторые взрывоза- щищенные светодиодные светильники и преимущества их применения. Тип светильников, преимущества кото­рых определенно выступают на перед­ний план и которые утвердили свето­диоды в качестве средства освещения, являются ручные и карманные фонари­ки. Для данного типа светильников до сих пор предлагались лишь лампы на­каливания с коротким сроком службы и плохой светоотдачей, так что несколько лет спустя светодиоды показали свое превосходство. В большинстве случаев достаточно высокого внутреннего со­противления батарей, чтобы обеспечить относительно постоянную подачу тока. Также типичный для светодиодов узкий угол излучения света отлично подходит для фонариков. На фото 4 представлен взрывозащищенный светодиодный кар­манный фонарик от R. STAHLс техниче­скими данными II 2GExibIICT4 или II 2D ExibD21 T 81oCIP68. Следующий светильник, в котором про­


 
Фото 5: Светодиодный кластерный
светильник серии 6590

являются достоинства светодиодов, светодиодный кластерный светильник серии 6590 (Фото № 5). Особенностью разрешенного для использования в зоне 2 светильника является возмож­ность его быстрого и универсального монтажа на плоский ленточный кабель. Замыкание контакта происходит по­средством технологии наживных (врез­ных) контактов при защелкивании кор­пуса светильника без необходимости дальнейших рабочих операций. Так как изолирующий материал кабеля обла­дает свойствами восстановления, то в дальнейшем очень просто можно изме­нить монтажное положение светильни­ка. Данные светильники используются для освещения путей эвакуации, лест­ничных ступеней, распределительных шкафов и небольших помещений. Вид взрывозащиты: «неискрящее» обору­дование (ExnA).

Функция быстрого пуска и возможность частых переключений без сокращения срока эксплуатации способствует все больше переходу


 
Фото 6: Взрывонепроницаемый
светильник серии 6162

оттрадиционных ламп накаливания к светодиодам. На фото № 6 изображён взрывонепроницаемый светильник серии 6162, который может применяться в Зоне 1, 2, 21 и 22. Кроме того при внедрении светодиодной тех­ники сокращается энергопотребление при одновременно очень хорошей мощ­ности сигнала. Благодаря низкому по­треблению тока самонагрев светильни­ка минимальный, так что температурный класс Т6 или максимально допустимая температура 80оС соблюдается и при этом возможно широкое применение светильника в пылевзрывоопасной зоне. Различные функции светильни­ка устанавливаются также через тер­минал с помощью соответствующего программного обеспечения. В пред- ставленном примере светильника воз­можна его установка с непрерывным или вращающимся световым сигналом (проблесковым маячком). При приме­нении светильника в качестве пробле­скового маячка не используются больше никакие механически подвижные эле­менты, вследствие чего значительно увеличивается его срок службы. Светодиоды также применяются в све­тосигнальных лампах. В данном случае значительным преимуществом также является большой срока службы по сравнению с галогенными и ксеноно- выми лампами.

 


 
Фото 7: Трубчатый светильник для люминесцентных
ламп сосветодиодами

Светильникам для люминесцентных ламп также существуют альтернативные про­дукты на основе светодиодов. На фото 7 представлен трубчатый светильник со светодиодами. Прозрачная пластмас­совая трубка обеспечивает изолиро­вание и герметизацию взрывозащиты типа «d». Cдобавлением светодиодов можно увеличить мощность светового излучения до мощности равной 14Вт люминесцентной лампы. Данная серия светильника пригодна в частности для использования на судах и для освеще­ния путей эвакуации и указательных табличек, а также в труднодоступных местах. Благодаря прочной конструк­ции и применению высококачественных светодиодов можно говорить о прак­тически не требующих технического обслуживания светильниках. Старые светильники могут быть также модернизированы с помощью свето­диодной техники. На фото 8 показан взрывонепроницаемый подвесной


 
Фото 8: Взрывонепроницаемый подвесной
светильник с высокомощными светодиодами

све­тильник, в котором использованы высо­комощные светодиоды. Расположение и количество светодиодов определя­ется исходя из осветительных задач с определенным распределением силы света. В отличие от газоразрядных ламп высокого давления и ламп накаливания светодиоды имеют меньший угол свето­вого излучения. Если необходимо све­товое излучение на 3600, то светодиоды должны быть расположены в различных направлениях или должна использо­ваться специальная оптика, которая определенным образом распределяет свет. Дополнительные расходы для та­кого рода решений освещения оправда­ны в специальных случаях применения светильников, таких как, например, тре­бование больших сроков эксплуатации, применение при температурных услови­ях ниже -30 0С или быстрое повторное включение светильника в случае отказа сетевого питания.

Прогноз на будущее

Без сомнения светодиоды представляют источники света, которые в будущем возьмут на себя большинство задач освещения. Стремительное развитие светодиодной техники за последние 10 лет продолжается. В ближайшем буду­щем свойства светодиодов будут зна­чительно улучшены. Какая стоимость будет достигнута, было уже упомянуто ранее. Дальнейшие улучшения произ­водственных технологий, постоянно возрастающий объем производства, а также растущая конкуренция будут способствовать тому, что издержки производства и цены на рынке будут продолжать падать. Интересно также, каких успехов в сле­дующие годы может достигнуть ОСИД- технология (OLED- технология). У орга­нических светодиодов в сравнении с до сих пор известными светодиодами угол излучения света шире и температура света приближена к естественному. Касательно упомянутой выше техно­логии, срок ее эксплуатации и сила света до конца не изучены и поэтому применяется только в определенных случаях.

Развитие и производство прожекторов мощностью 200 Вт и 400 Вт для зоны 1 уже сегодня возможны. Напрашивается только один вопрос, готов ли покупа­тель платить более высокую цену за светодиодные прожекторы. При всем оптимизме касательно приме­нения светодиодов в качестве средств освещения не нужно недооценивать то, что замена осветительного оборудо­вания со старыми светоизлучателями может происходить постепенно более продолжительное время. Об этом сви­детельствуют многолетние привычки клиентов, массовое применение тради­ционного оборудования, а также плохая информированность персонала фирмы о новой технике и отсутствие техниче­ской информации в проектных органи­зациях, монтажных и эксплуатационных службах.