ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ

СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ И ИХ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ПОДБОРА ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

          Эта статья – результат многолетней, около 25 лет, практики разработки, испытаний, сертификации и производства взрывозащищенных светильников, в том числе светодиодных с момента их появления на рынке. В этой области, как стало очевидным, именно опыт является главным в связи с большим количеством нормативной документации, требующей детального изучения, а также ошибочной информации в доступных источниках, в первую очередь в интернете. Даже популярный на сегодня искусственный интеллект, опирающийся на ту же доступную всем, но часто ошибочную информацию не помогает разобраться. Статья содержит достаточно много идей, способных стать основой современных бизнес-проектов.

Разъяснение терминов поможет в том числе производителям и потребителям любого взрывозащищенного оборудования, не только светильников.

В статье рассмотрены основные факторы, на которые необходимо обращать внимание при проектировании взрывозащищенных светодиодных светильников. Такими факторами являются в первую очередь вопросы взрывозащиты, то есть безопасности применения, вопросы теплоотвода, то есть по сути срока жизни светодиодов и драйвера к ним, вопросы светотехники и прочие потребительские характеристики. Особенно важно, что некоторые вопросы взрывозащиты «пересекаются» с вопросами теплоотвода, что с точки зрения производства нельзя игнорировать.

Статья не имеет коммерческих целей, цели исключительно просветительские, поэтому в условиях очень частого рекламного обмана и путаницы в терминах она также будет полезна заинтересованным потребителям при подборе взрывозащищенных светодиодных светильников для своих конкретных условий и задач. В разделе «Теплоотвод» много информации для потребителей, которая поможет им оценить качество светодиодных светильников по внешнему виду и конструкции. Раздел «Светотехника» посвящен в том числе разбору часто неправильно понимаемым параметров и характеристик светодиодных светильников. Умение разбираться в этих вопросах поможет сэкономить

Правильное понимание терминов по взрывозащите, принципов теплоотвода и светотехнических характеристик поможет тем, кто занимается продажами и продвижением на рынок таких изделий хотя бы для грамотного описания их свойств, что будет привлекать потребителей.

Разделы статьи не относящиеся к взрывозащите содержат достаточно много информации, которая может быть полезной разработчикам обычных, не взрывозащищенных светодиодных светильников. В принципах теплоотвода, например, также встречается много непонимания и как результат – конструкции светильников далекие от оптимальных.

1.ВЗРЫВОЗАЩИТА

 К сожалению, в области взрывозащиты накопилось достаточно много непонимания и путаницы в терминологии, которые распространены не только среди потребителей, но и среди производителей такого оборудования. В интернете можно найти массу трактовок терминов, касающихся взрывозащиты, которые могут не только не соответствовать действительности, но и противоречат друг другу. Такое непонимание встречается даже среди экспертов органов по сертификации, что совсем плохо. Это связано в основном с тремя факторами:

– отсутствие ВУЗов,  где преподают вопросы взрывозащиты, то есть основа грамотности специалистов – самообразование, которое в наше время редкость;

– достаточно большое количество «трудночитаемых» нормативных документов по этой теме, иногда противоречащих друг другу, что не способствует самостоятельному детальному их изучению;

– большое количество неточной, а часто и просто неверной информации в интернете на тему взрывозащиты, связанной в основном с терминологической путаницей которая не разъясняет, а наоборот вводит в заблуждение.

До 2014 года предприятия, разрабатывающие и производящие взрывозащищенное оборудование были подконтрольны Ростехнадзору. Ростехнадзор периодически проводил проверки таких предприятий. Инженеры-конструкторы на этих предприятиях проходили обучение, сдавали экзамены и получали документ, подтверждающий право заниматься разработкой взрывозащищенного оборудования. Сейчас этого требования нет (видимо зря) и на фоне общего падения уровня образования как разработка так и грамотный подбор взрывозащищенных светильников становится не простой задачей. Неправильный выбор взрывозащищенного светильника для своих условий может не только сказаться на безопасности, но и на затратах. В условиях, когда на сайтах производителей много ошибочной информации, разобраться в этом не так просто не только неподготовленному потребителю, но и, к сожалению, работникам институтов, занимающихся проектированием опасных производств и других объектов.

В связи с особой спецификой светодиодных светильников их параметры можно оценить по внешнему виду, понимая связь заявленных параметров с их конструкцией. О том, как это делать будет сказано ниже.

Взрывозащищенные светильники (как и другое взрывозащищенное оборудование) предназначены для работы во взрывоопасных средах и, в связи с принятыми конкретными техническими решениями, не могут стать причиной взрыва окружающей среды или как минимум значительно уменьшают вероятность стать такой причиной.

Взрывозащищенный – это не «защищенный от взрыва», как некоторые думают. Это «недоразумение» произошло из-за отсутствия в русском языке подходящего слова. Например, термин «взрывобезопасный» подошел бы больше, но он уже занят (см. ниже).  По правилам русского языка «взрывозащищенный» это синоним словосочетанию «защищенный от взрыва». Люди, впервые столкнувшиеся с темой взрывозащиты так и думают. С точки зрения русского языка это правильно, но по сути неверно. В связи с этим в ТР ТС 012-2011 термин «взрывозащищенное оборудование» исключен и заменен на термин «оборудование для работы во взрывоопасных средах». Но это слишком громоздко по сравнению с одним словом – «взрывозащищенное» и вряд ли приживется. Поэтому нужно привыкнуть – у специалистов «взрывозащищенный» это и есть – «предназначенный для работы во взрывоопасных средах», то есть имеющий технические решения, определяемые видом взрывозащиты, препятствующие ему стать причиной взрыва окружающей взрывоопасной среды, в которой он работает.

Влияние внешних взрывов на такое оборудование не рассматривается.

Виды взрывозащиты, а соответственно и уровни (см. ниже) предусматривают следующие  направления технических решений:

– не допустить возникновения искры или нагрева, способного воспламенить среду, или уменьшить вероятность такого возникновения;

– ограничить энергию возникших нагревов и искр в аварийной ситуации до уровня не способного вызвать возгорание окружающей взрывоопасной среды;

– сделать невозможным попадание внутрь оборудования взрывоопасной среды;

– локализовать возникшую в процессе аварийной ситуации искру или нагрев, приведшие к внутреннему возгоранию и не допустить их распространения во внешнюю среду.

Группы оборудования

 Что касается классификации такого оборудования, то в первую очередь его разделяют по области применения.

Область применения таких светильников (оборудования) определяется условиями, в которых они будут работать. В частности взрывоопасные среды могут быть как газовыми, так и пылевыми. В этой связи оборудование делят на группы: I, II и III.

Оборудование группы I предназначено для применения в подземных выработках шахт и их наземных строениях, опасных по рудничному газу (в основном метану) и/или горючей пыли (в основном угольной). Эта группа выделена отдельно в связи с особой опасностью применения электрооборудования в шахтах. К оборудованию этой группы применяют дополнительные требования.

Оборудование группы II применяют там, где горючие газы или пары ЛВЖ (легко воспламеняющихся жидкостей) способны при смешивании с воздухом образовывать взрывоопасную смесь в виде смеси газов или тумана. Это все предприятия нефтяной, газовой, химической и нефтехимической промышленности, нефте- и газоперекачивающие станции, лакокрасочные производства, предприятия нефте- и газодобычи, компрессорные станции, нефте- и газохранилища, складские терминалы с ЛВЖ, фармацевтические предприятия, спиртзаводы, ТЭЦ, ГРЭС и котельные, работающие на природном газе или мазуте, нефтебазы, заправочные станции, цеха, в которых производится покраска выпускаемой продукции и т.д.

Оборудование группы III применяют там, где горючая пыль может образовать взрывоопасную среду, например на предприятиях переработки и хранения растительного сырья. Это предприятия деревообрабатывающей промышленности, предприятия текстильной промышленность, табачные фабрики, мукомольные и пекарные производства, производители крахмала, комбикормовые и сахарные заводы, предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, зернохранилища и элеваторы, производители специй и приправ, производители сухого молока, предприятия по производству кофе и какао, кухни ресторанов, предприятия по заготовке лекарственных растений, производство фанеры и ДСП, производство мебели и т.д. и т.п.

Кроме того в приложении 1 ГОСТ 12.1.041-83  «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей», а также в таблице 7.3.4 «Правил устройства электроустановок» (далее ПУЭ) перечислены вещества, способные создавать с воздухом взрывоопасную пылевую среду. На предприятиях, где применяются такие вещества, также применяют светильники группы III.

Все предприятия, где могут образовываться взрывоопасные смеси, подлежат контролю со стороны Ростехнадзора. Именно поэтому производители взрывозащищенного оборудования должны изучать нормативные акты Ростехнадзора. Зачастую их приказы могут существенно расширить рынок сбыта (см. ниже).

Светильники группы III (идея бизнес-проекта).

До недавнего времени в пылевых взрывоопасных средах потребители применяли светильники, сертифицированные для газовых сред. Такая возможность описана в ПУЭ. Как сказано в ПУЭ это допустимо при отсутствии у производителей электрооборудования, сертифицированного по пыли. Конкуренция привела к тому, что на рынке появились светильники, имеющие сертификат для применения в пылевых взрывоопасных средах, вернее сказать на большинство уже производимых светильников при сертификации производители стали получать дополнительную маркировку взрывозащиты по пыли, проведя, если нужно, специальные испытания.

Потребность в светильниках группы III особенно возросла после выхода приказа Ростехнадзора №331 от 03.09.2020 г., утвердившего «Правила безопасности взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья». После выхода этого приказа рынок потребления таких светильников значительно расширился. Производители взрывозащищенных светильников как-то вяло на это реагируют (возможно просто не в курсе выхода этого приказа), не понимая, что рынок «пылевых» предприятий сильно отличается от рынка «газовых» по отсутствию в большинстве случаев на таких предприятиях специалистов по взрывозащите.

На таких предприятиях в связи с этим приказом Ростехнадзор требует в том числе применения взрывозащищенных светильников.

Сейчас основным препятствием распространения взрывозащищенных светильников на предприятиях с пылевыми взрывоопасными средами является цена светильников. Предприятий такого профиля очень много, но обычно они небольшие и небогатые.

Не все производители взрывозащищенных светильников понимают, что обеспечение взрывозащиты в пылевых средах может быть гораздо менее сложным и дорогим, чем в газовых, если применять виды взрывозащиты, предназначенные только для этого.

Большинство производителей сертифицируют свои светильники на применение во взрывоопасных газовых и пылевых средах одновременно. Светильники при этом имеют двойную маркировку взрывозащиты, но высокую цену.

С одной стороны начиная производство взрывозащищенных светильников казалось было бы правильным сразу охватить весь рынок взрывозащиты, то есть и «газовые» и «пылевые» предприятия, учитывая, что большинство видов взрывозащиты подходят и к тому и к другому. Так делают все. Но этот путь приводит к производству достаточно дорогих светильников, недоступных по цене малым предприятиям с пылевыми взрывоопасными зонами.

С другой стороны, многие производители взрывозащищенных светильников не знают, что существует вид взрывозащиты «t», предназначенный только для пылевых взрывоопасных сред или, как минимум, не изучают детально стандарт на этот вид взрывозащиты даже в том случае, когда применяют двойную маркировку взрывозащиты для своих изделий. Такой вид обеспечивает высокий уровень взрывозащиты и позволяет применять такие светильники в любых пылевых зонах (20, 21, 22, см. далее).

Но в то же время технические требования для обеспечения такого уровня минимальны и легко достижимы с небольшими затратами. На сертификации они не подвергаются сложным испытаниям. Цена такого светильника может быть намного меньше, чем у взрывозащищенных светильников для газовых взрывоопасных сред с применением других, более дорогих  видов взрывозащиты. Например, корпусные делали могут быть изготовлены штамповкой, что значительно удешевляет светильник.

Удивительно, что все производители взрывозащищенных светильников делают их в первую очередь для применения в газовых взрывоопасных средах, хотя предприятий с пылевыми взрывоопасными средами как минимум на порядок больше.

 На сегодня на рынке взрывозащищенных светильников нет ни одного светильника, сертифицированного исключительно для применения в пылевых средах с применением специально для этих целей имеющегося вида взрывозащиты «t».

 Производить такие светильники сейчас можно при полном отсутствии конкуренции. Предприятий потенциальных потребителей таких светильников очень много, но они в основном небольшие и не проводят закупку на тендерах.

Из-за того, что таких светильников никто не делает и потенциальные потребители о них не знают, основной задачей расширения их продаж будет рассылка специально подготовленной информации потребителям, имеющим право самостоятельно закупать взрывозащищенное оборудование, а также проектным организациям, связанным с такими предприятиями.

В наше время информационных технологий это почти без затратно. На рынке есть много баз данных предприятий с возможностью фильтрации по виду производства, в том числе содержащие проверенные электронные адреса. Аргумент, что рекламная рассылка будет в основном отсеяна как спам, то есть её никто не будет читать, можно парировать тем, что для предприятий с пылевыми взрывоопасными средами вопрос выполнения приказа №331 является очень актуальным. А если рассылаемая информация будет содержать ссылку на выполнение этого приказа, то она не останется без внимания. Но даже если большая часть рассылки будет проигнорирована, при огромном количестве таких предприятий потенциальных заказчиков окажется очень много.

При низкой цене на светильники для потребителей способ замены светильников на взрывозащищенные (но дешевые) будет более приемлемым, чем периодическая уплата штрафов (или взяток) при проверке или применение более дорогих методов, например сложной и дорогой вытяжки, тем более, что по тому же приказу вытяжка также должна иметь взрывозащиту.

Кроме того, хотя это не имеет отношения к взрывозащите, на такой светильник легко получить сертификат РН (рудничный нормальный) для его применения в не угольных шахтах и на предприятиях горно-добывающей промышленности, учитывая, что почти все требования к таким светильникам будут выполнены, если будут выполнены требования взрывозащиты вида «t». Рынок РН также достаточно широкий. Сопоставление требований стандартов на «РН» и «t» мало кто делает.

Если у него сделать небольшие доработки, связанные в первую очередь с защитой от воздействия среды эксплуатации (покрытие), то можно получить его модификацию, одобренную «Морским регистром» для применения светильника на морских и речных судах и прибрежных зонах.

При минимальных затратах на подготовку производства (в первую очередь изготовление оснастки, например штампов) такой светильник может иметь очень широкий рынок потребления, можно «убить сразу трех зайцев» – Ех по пыли, РН и применение на воде.

Взрывоопасные зоны

Организации, занимающиеся проектированием предприятий, где может возникать взрывоопасная среда определяют классы взрывоопасных зон в зависимости от частоты возникновения взрывоопасной среды и длительности её присутствия. В Европейских странах определение классов зон также зависит от местонахождения предприятия и от величины возможного ущерба при взрыве.

В соответствии с нашими стандартами, основанными на стандартах «Международной электротехнической комиссии» (далее МЭК), в общем случае зоны обозначаются:

Зона 0 (по газу) или зона 20 (по пыли) –  в которой взрывоопасная газовая или пылевая среда присутствует постоянно или в течение длительных периодов времени.

Зона 1 (по газу) или зона 21 (по пыли) – в которой существует вероятность присутствия взрывоопасной среды в нормальных условиях, без аварийной ситуации.

Зона 2 (по газу) или зона 22 (по пыли) – в которой взрывоопасная среда возникает только в результате аварии или повреждения технологического оборудования.

Некоторую путаницу в определении зон вносит тот факт, что раньше зоны определялись по ПУЭ и имели другое обозначение: В-I, В-Iа, В-Iб, В-Iг (по газу) и В-II, В-IIа (по пыли).  Их определения были более конкретными, поэтому они часто применяются до сих пор. К сожалению точного официального соответствия между зонами, определенными по стандартам и по ПУЭ нет.

На рис. 1 Показано неофициальное соответствие взрывоопасных зон. На шкале указана вероятность возникновения взрывоопасной среды.

Рис. 1. Соотношение взрывоопасных зон.

Нужно иметь в виду, что эти данные не являются официальными. Всю ответственность за определение зон несут организации, проектирующие такие предприятия.  Это очень ответственный и лицензионный вид деятельности. Производителям светильников участвовать в этом не стоит, например предлагать взрывозащищенный светильник с определенной маркировкой для применения в неопределенной зоне (см. ниже).

Уровни взрывозащиты

Внутри групп оборудование классифицируется по уровням. Уровень определяет степень взрывозащиты оборудования. Термин «Уровень взрывозащиты» можно понимать буквально, чем выше уровень взрывозащиты оборудования, тем более безопасно его применение. Но это достаточно формально. Иметь «запас» в этом особого значения не имеет, если оборудование применяется в соответствующих ему условиях. От уровня взрывозащиты  оборудования зависит возможная зона его применения (см. ниже).

В связи с тем, что уровни взрывозащиты кроме обозначения имеют своё наименование, возникла терминологическая путаница. Например термины «взрывозащищенные» светильники и «взрывобезопасные» светильники иногда путают между собой.

«Взрывозащищённый» это общее более широкое понятие. Не всякий «взрывозащищенный» светильник является «взрывобезопасным». «Взрывобезопасным» называется только такой светильник, который имеет первый уровень взрывозащиты.

Иногда на сайтах некоторых производителей можно встретить фразу «Наше оборудование взрывозащищено!». Видимо имеется в виду защита от внешнего взрыва, понять эту фразу по другому сложно. Наверное специалисты таких предприятий сами не понимают, что они производят…

Среди взрывозащищенных светильников кроме «взрывобезопасных» (1-й уровень) есть ещё «повышенной надежности против взрыва» (2-й уровень) и «особо взрывобезопасные» (0-й уровень). Кроме того, путаницу вносит ещё и то, что российское обозначение уровней взрывозащиты оборудования совпадает с обозначением взрывоопасных зон в МЭК и наших (гармонизированных) стандартах, хотя это совершенно разные понятия и относятся к разному – уровни к оборудованию, а зоны к среде. То, что они как-то должны друг другу соответствовать, это отдельный вопрос, не нужно его связывать с их обозначениями, как раз это и вызывает путаницу. Часто соотношение уровней и зон пытаются как-то запомнить с использованием их обозначений, так же как например соотношение подгрупп оборудования и категорий смеси или температурных классов оборудования и групп газовых смесей. То что было запомнено легко забыть. Лучше один раз понять, чем сто раз запомнить. Подробно об этом будет сказано ниже.

До «гармонизации» с МЭК в наших нормативных документах зоны обозначались по ПУЭ (см. выше) и никакой путаницы между зонами и уровнями не было. Путаница появилась когда наши стандарты на взрывозащиту были «гармонизированы» со стандартами МЭК, в которых применялось обозначение зон, совпадающее с обозначением наших уровней – 0, 1, 2, 20, 21, 22. В МЭК-е на тот момент понятия «уровня» не было. Это случайное совпадение, но оно привело к путанице между понятиями зон и уровней. О связи между уровнем оборудования и зонами, в которых оно может применяться будет сказано ниже при описании подбора светильников для конкретных условий.

Уровень входит в маркировку взрывозащиты оборудования и определяется применяемыми в нем видами взрывозащиты. Эта связь однозначно определена и «узаконена» стандартами. Она не может быть ошибочной или неправильной.

Наименования уровней и их обозначение по нашим стандартам и МЭК показано в таблице:

Наименование уровня	Обозначение по ГОСТ*	Обозначение по МЭК**
Особо взрывобезопасное оборудование	0 (РО)	Ма, Ga, Da
Взрывобезопасное оборудование	1 (РВ)	Мb, Gb, Db
Оборудование повышенной надежности против взрыва	2 (РП)	Мc, Gc, Dc

* В скобках указано обозначение уровня для оборудования группы I.

** В обозначении уровня по МЭК присутствуют буквы, указывающие на принадлежность оборудования к определенной группе: М – к группе I, G – к группе II, D – к группе III.

О видах взрывозащиты.

В соответствующих видам взрывозащиты стандартах подробно описаны все технические требования, которые необходимо выполнить и какие испытания нужно будет пройти для обеспечения заданного уровня.

В соответствии с новыми стандартами на взрывозащиту, некоторые виды взрывозащиты могут обеспечивать разные уровни, при этом обозначение вида дополняется обозначением обеспечиваемого им уровня. В связи с этим виды взрывозащиты получили двухбуквенные обозначения, например вместо «d» – «da», «db», «dc», вместо «i» – «ia», «ib», «ic» и т.д. Вторые буквы «a», «b» и «c» говорят об обеспечении данным видом взрывозащиты соответствия уровню: «a» – уровню 0 (Ga, Da, Ma), «b» – уровню 1 (Gb, Db, Mb) или «c» – уровню 2 (Gс, Dс, Mс).

Технические подробности отличий обеспечения разных уровней одним видом взрывозащиты подробно описаны в соответствующих стандартах. Это могут быть как конкретные конструктивные параметры, так и виды испытаний, разные для разных подвидов.

Отличие в маркировке, например «…db…» от «…d…» говорит только о том, что оборудование было сертифицировано по разным, но действующим на момент сертификации  стандартам. Вариант «db» это более новый стандарт.

При проектировании взрывозащищенных светильников изучать стандарты на конкретный (выбранный для разработки) вид взрывозащиты нужно не только в части обязательного выполнения всех технических требований, то есть например проверяемых при сертификации величин (зазоров, толщин, расстояний и т.д.), но и в части описания всех видов испытаний, которые необходимо будет пройти. В этой связи при конструировании таких светильников важен опыт их проектирования, производства и испытаний. Далеко не всегда понятно, какие именно технические решения как себя проявят на достаточно специфических испытаниях при сертификации.

Часто в таких случаях неопытные конструкторы прибегают к «запасам», которые могут привести, и в большинстве случаев приводят к значительному удорожанию светильника (оборудования) и к снижению его конкурентоспособности. Применение предварительных расчетов с использованием очень специальных компьютерных программ далеко не всем производителям доступно.

Виды взрывозащиты входят в маркировку взрывозащиты, но они напрямую не связаны с характеристиками среды или условиями применения и на подбор светильников для конкретных условий не влияют. В конструкции одного светильника могут применяться несколько видов взрывозащиты. С видами взрывозащиты связан обеспечиваемый ими уровень. Эта связь описана в соответствующих стандартах и обязательно определяется при сертификации, то есть светильнику не может быть присвоен конкретный уровень, если хотя бы один из видов взрывозащиты, применяемых в светильнике его не обеспечивает.

Необходимый вид взрывозащиты не может рассматриваться как требование по безопасности. Это исключительно пожелание потребителя, не связанное с условиями применения светильника. Связь «вид взрывозащиты – уровень взрывозащиты» жестко определен в стандартах и не может быть произвольным или ошибочным, а для подбора нужен именно уровень.

Выбор вида взрывозащиты потребители должны делать не из соображений безопасности, а из других, конструктивных и эксплуатационных соображений. Например вид «m» (заливка компаундом) делает светильник «одноразовым», то есть не ремонтопригодным, для вида «p» к светильнику нужно подводить не только электрический кабель, но и чистый воздух в трубе под давлением, и т.д. Именно из этих соображений вид взрывозащиты может быть заявлен в списке требований, но не обязательных с точки зрения безопасности применения оборудования в конкретной среде.

Ответственность

В «советские» времена проектированием и производством взрывозащищенного оборудования, в том числе и светильников, занималось достаточно небольшое количество предприятий. Все хорошо понимали высокую степень ответственности, в случае аварий на опасных производствах по вине оборудования могли быть очень тяжелые последствия в том числе с жертвами. С началом рыночных отношений многие предприниматели вначале боялись этим заниматься, понимая ответственность. Но со временем «страх» ушел. Его победил рынок.

В наше время производством взрывозащищенных светильников занимаются многие, к сожалению, в том числе и те, кто не имеет достаточных компетенций и квалифицированных специалистов. В условиях, когда уровень контроля таких предприятий снизился, а кроме этого снизился технический уровень экспертов органов по сертификации, это может представлять опасность.

В настоящее время оборудование, предназначенное для работы во взрывоопасных средах (взрывозащищенное) должно быть сертифицировано на соответствие «Техническому регламенту Таможенного союза № 012». Сертификат выдается на 5 лет. До 2014 года кроме сертификата требовалось «Разрешение Ростехнадзора на применение», выдаваемого на основе экспертизы промышленной безопасности. Сейчас этого не требуется.

К сожалению, далеко не все современные разработчики подробно изучают нормативную базу по взрывозащите и при проектировании учитывают все требования стандартов. В случае ошибок проектирования, это приводит к большим затратам на доработку и переделку при подготовке производства таких изделий. Часто из-за конструкторских ошибок сертификация не может быть пройдена законно. Во всяком случае не будут получены положительные результаты испытаний.

Производители часто в таких случаях идут на сговор с органом по сертификации и получение «левых» сертификатов за деньги. К сожалению это сейчас распространено. Этому способствует в том числе низкий уровень грамотности и социальной ответственности экспертов органов по сертификации. Сайты некоторых органов по сертификации содержат достаточно грубые ошибки. Часто вместо предложений по сертификации можно услышать предложение услуги по «оформлению разрешительной документации», что о многом говорит.

Появление нового органа – «Росаккредитации», к сожалению не привело к значительному улучшению ситуации в этой области. Хотя проводимые проверки часто приводят к закрытию (лишению аккредитации) органов по сертификации и лабораторий, допускающих грубые ошибки.

Безусловно со временем органы по сертификации, выдающие «левые» сертификаты могут быть закрыты, а выданные ими сертификаты аннулированы. В этом случае производители, имеющие такие сертификаты рискуют быть нарушителями закона, если не проведут повторную сертификацию. В соответствии со ст. 14.43, 14.44, 14.45 КоАП РФ такое нарушение карается административным штрафом в размере до 300 тысяч рублей. А в случае, если светильники будут признаны опасными, что при такой сертификации вполне возможно, или их эксплуатация приведет к тяжким последствиям, то по  ст. 238 УК РФ это влечет наказание до 10 лет лишения свободы.

Например, признание светильника опасным может быть сделано после проведения независимой экспертизы по требованию потребителя или конкурента, а за этим последует судебное разбирательство с возможными серьёзными последствиями. К сожалению не все это знают и часто рискуют производя светильники с «левым» сертификатом. Эксплуатация таких светильников представляет серьёзную опасность.

Гораздо безопасней производить правильно спроектированные светильники, учитывающие все требования стандартов и прошедшие все виды необходимых испытаний при подтверждении соответствия в надежных органах по сертификации. Для этого нужны в первую очередь квалифицированные инженеры-конструкторы. Главное для взрывозащищенного светильника это безопасность его применения, а не формальное получение сертификата. Последствия конструкторских ошибок могут быть печальными, а ответственность очень высокой.

Для потребителей при выборе светильника нужно обращать внимание на то, какой орган выдал сертификат. Их рейтинг можно найти в интернете. Недобросовестные производители часто пользуются тем, что сертификаты, выданные в любом государстве Таможенного Союза действуют на всей его территории. Формально иметь такие сертификаты не запрещено, но некоторые органы по сертификации в некоторых странах ТС выдают такие сертификаты даже без проведения испытаний, что очень опасно. Российские производители светильников, имеющие сертификаты на свою продукцию, выданные в других странах ТС должны вызывать как минимум подозрение.

Наведение порядка в понимании терминологии

Как уже было сказано, возникло большое количество распространенной путаницы в терминологии, связанной с подбором взрывозащищенных светильников для конкретных условий эксплуатации. Трудно найти достоверную информацию, почти везде сплошная путаница в терминах, как на сайтах производителей такого оборудования, так и, к сожалению, на сайтах органов по сертификации. В основном это связано со смешиванием терминов – параметров оборудования и терминов – характеристик среды, в которой применяется оборудование.

Для получения ясной картины в этом нужно длительное и глубокое изучение большого количества нормативных документов и сопоставление их между собой. Даже в нормативных документах, к сожалению, встречается несогласованность и противоречия в терминах, видимо потому, что авторами этих документов являются разные органы и организации с разным подходом к терминологии. 

Для того, чтобы в этом разобраться нужно четко разделить термины, относящиеся к параметрам оборудования и термины, характеризующие свойства взрывоопасной среды и условия эксплуатации. Вряд ли кто-то будет спорить, что к свойствам оборудования и среды, в которой оно используется должны относиться разные термины, даже при одинаковом их обозначении.

Путаница происходит как раз из-за того, что эти термины в основном имеют одинаковое обозначение, но совершенно разное понимание. Кроме того путаницу вносит то обстоятельство, что в разной литературе, в том числе к сожалению и в нормативной одни и те же понятия могут иметь разное наименование. Например нужно четко различать: уровни взрывозащиты и классы взрывоопасных зон, подгруппы оборудования и категории взрывоопасных смесей, температурные классы оборудования и группы взрывоопасных смесей, даже если они обозначаются одинаково.

С точки зрения безопасности подобрать необходимый светильник для конкретной среды можно только по уровню взрывозащиты, подгруппе и температурному классу.

Термины, определяющие параметры оборудования которые входят в его маркировку взрывозащиты

– Уровень взрывозащиты (не путать с классом зоны!) – 0, 1, 2 или сейчас ещё по МЭК – Ga, Gb, Gc по газу, Da, Db, Dc по пыли и Ma, Mb, Mc для оборудования группы I.  Для группы I у нас приняты другие обозначения уровней – РО, РВ, РП. Есть ещё РН, но это «рудничное нормальное», то есть не взрывозащищенное оборудование. Нужно обратить внимание на то, что уровни по МЭК имеют обозначения, связанные с группами оборудования – M…(для группы I), G… (для группы II), D… (для группы III).

Уровень определяется видом взрывозащиты. В МЭК до недавнего времени не применяли понятия уровня взрывозащиты. Недавно, разобравшись, поняли, что это удобно и необходимо и ввели это понятие. Но МЭК не принял наше обозначение уровней (0, 1, 2) именно потому, что их обозначения совпадают с обозначениями зон, чтобы не было путаницы. А в нашей маркировке взрывозащиты почему-то были оставлены обозначения уровня как по ГОСТ (в начале маркировки, к этому все привыкли – 0Ех, 1Ех, 2Ех), так и по МЭК (в конце маркировки – Ma, Mb, Mc; Ga, Gb, Gc; Da, Db, Dc), что ещё больше запутывает потребителей.

К сожалению сейчас мы приняли на себя обязательство «гармонизировать» наши стандарты с международными (например со стандартами МЭК) и часто делаем это не задумываясь о целесообразности и последствиях. Возможно это скоро изменится.

–   Подгруппа оборудования* (не путать с категорией взрывоопасной смеси!) – IIA, IIB, IIC по газу или IIIA, IIIB, IIIC по пыли. Конструктивные особенности и виды испытаний, определяющие возможность отнесения оборудования к конкретной подгруппе при разных видах взрывозащиты определены в соответствующих стандартах. И это далеко не только БЭМЗ и МВТ (см. описание категорий взрывоопасных смесей ниже). Применение некоторых видов взрывозащиты не предусматривает разделения оборудования на подгруппы, то есть в маркировке взрывозащиты подгруппы может не быть, будет только группа (II или III), в отличие от категории взрывоопасной смеси в условиях эксплуатации, которая обязательно должна быть.

– Температурный класс** (не путать с группой взрывоопасной газовой смеси!) – Т1…Т6. Он определяет максимальную температуру, до которой может нагреться внешняя поверхность светильника в условиях максимальной рабочей температуры среды:

Т6 – температура внешней поверхности не более 85℃

Т5 – температура внешней поверхности не более 100℃

Т4- температура внешней поверхности не более 135℃

Т3 – температура внешней поверхности не более 200℃

Т2 – температура внешней поверхности не более 300℃

Т1 – температура внешней поверхности не более 450℃

*Для группы I подгрупп нет, что и понятно, условия для группы I практически только метан и угольная пыль.

**Для группы III указывается конкретная максимальная температура корпуса светильника. Для группы I температурный класс не указывается по той же причине, что и для подгрупп.

Термины, определяющие условия применения светильников и характеристики среды.

Их нет и не может быть в маркировке взрывозащиты оборудования,

они к нему не относятся.

–  Класс взрывоопасной зоны (не путать с уровнями взрывозащиты оборудования!) – 0, 1, 2. Он зависит от частоты возникновения взрывоопасной среды и длительности её присутствия. Для пылевых взрывоопасных сред это 20, 21, 22.

– Категория взрывоопасной газовой смеси* (не путать с подгруппами оборудования!) – IIA, IIB, IIC. Она зависит от физических и химических свойств газов. Это атрибут газовой смеси, а не параметр оборудования, в отличие от подгруппы оборудования её не может не быть. Она определяется экспериментально, например по БЭМЗ – безопасному экспериментальному максимальному зазору или по минимальному воспламеняющему току (МВТ). Способ определения категории газовых смесей раньше был связан с видами взрывозащиты применяемого в их среде оборудования – БЭМЗ – для вида «d» (взрывонепроницаемая оболочка) и МВТ – для вида «i» (искробезопасные цепи). Привязка способа определения категории смеси к видам взрывозащиты оборудования, применяемого в этих средах во многом привело к терминологической путанице. Это было бы актуальным, если бы существовали только два вида взрывозащиты «d» и «i» и взаимосвязь подгруппа-категория была бы упрощена.

Сейчас в оборудовании с другими видами взрывозащиты принимаются дополнительные меры (технические решения) для возможности его применения в среде газовых смесей разных категорий (при необходимости) и этим определяется принадлежность к конкретной подгруппе (см. выше). Ни о БЭМЗ, ни о МВТ, как о параметрах такого оборудования, в этом случае нет речи, но подгруппы технически определены по другим параметрам и видам испытаний.

Для правильного понимания и безошибочного подбора светильников для применения в конкретной среде по их маркировке взрывозащиты не нужно заострять внимание на способе определения категорий газовых смесей. КАТЕГОРИЯ – СВОЙСТВО СМЕСИ ГАЗОВ, А НЕ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ!!!. Главное – понимание связи: в средах каких категорий смеси можно применять оборудование конкретной подгруппы и оборудование каких подгрупп можно применять в газовой смеси конкретной категории. ЭТО РАЗНЫЕ ВОПРОСЫ, ИХ НУЖНО РАЗДЕЛЯТЬ, а этому способствует разделение терминов (см. таблицы ниже).

Привязка категории смеси к величине БЭМЗ или МВТ больше запутывает, чем разъясняет. Категория это свойство газовой смеси, а БЭМЗ и МВТ это параметры ИСПЫТАТЕЛЬНОГО оборудования для определения категории, не более того.

* Для пылевых сред, где применяют оборудование группы III, категории среды определяются по свойствам пыли – размерам пылинок, их электропроводности и т.д. В угольных шахтах и их наземных строений, где применяют оборудование группы  I, присутствует только метан и/или угольная пыль, категорий естественно нет.

– Группа взрывоопасной газовой смеси* (не путать с температурным классом оборудования!) – Т1…Т6. Она зависит от минимальной температуры воспламенения  газовой смеси:

Т6 – диапазон минимальных температур воспламенения       от 85℃ до 100℃

Т5 – диапазон минимальных температур воспламенения       от 100℃ до 135℃

Т4 – диапазон минимальных температур воспламенения       от 135℃ до 200℃

Т3 – диапазон минимальных температур воспламенения       от 200℃ до 300℃

Т2 – диапазон минимальных температур воспламенения       от 300℃ до 450℃

Т1 – диапазон минимальных температур воспламенения       выше 450℃

В отличие от температурного класса оборудования (предельной температуры нагрева оболочки) группа газовой смеси – это ДИАПАЗОН ТЕМПЕРАТУР.

* Этот термин взят из ПУЭ. Иногда в литературе его называют «температурный класс по газу». Но это вызывает ещё большую путаницу. Для понимания не нужно его путать с температурным классом оборудования.

Чтобы не путаться в соотношениях температурного класса оборудования и группах газовых смесей, нужно иметь ввиду простое утверждение:

«Температура поверхности взрывозащищенного оборудования никогда не должна достичь или превысить температуру воспламенения взрывоопасной среды, в которой оно работает».

Отсюда понятно, что, например, оборудование, корпус которого может нагреться не более чем до 85℃ (класс Т6), может применяться в средах, минимальная температура воспламенения которых выше 85℃, то есть во всех группах – от Т1 до Т6. Оборудование, корпус которого может нагреться не более чем до 100℃ (класс Т5), может применяться в средах, минимальная температура воспламенения которых выше 100℃, то есть во всех группах – от Т1 до Т5. И так далее.

 Группы газовых смесей обычно указываются совместно с категориями. То есть сначала смеси классифицируются по категориям, а затем внутри категорий газы объединяются в группы по диапазону минимальных температур воспламенения.

 Классы зон, а также характеристики среды определяют организации, проектирующие опасные производственные объекты, на которых могут образовываться смеси взрывоопасных газов и/или пылей. Они должны быть указаны в проектах. Для конкретных смесей газов они определены в специальных справочниках, например в ПУЭ.

 Примеры категорий и групп из ПУЭ.

 IIA T1 – аммиак, аллил хлоридный, ацетон, ацетонитрил, бензол, бензотрифторид, винил хлористый, винилиден хлористый и др.;

 IIA T2 – алкилбензол, амилацетат, ангидрид уксусный, ацетилацетон, ацетил хлористый, ацетопропилхлориРастворители: № 646, 647, 648, 649, РС-2, БЭФ и АЭ. Разбавители: РДВ, РКБ-1, РКБ-2. Спирты и др.;

 IIA T3 – бензины, бутилметакрилат, гексан, гептан, диизобутиламин, дипропиламин, альдегид изовалериановый, изооктилен, камфен, керосин, нефть, растворитель №651, скипидар и др.;

 IIA T4 – ацетальдегид, альдегид изомасляный, альдегид масляный, альдегид пропионовый, декан, тетра-метилдиаминометан, 1,1,3 – триэтоксибутан;

 IIB T4 – дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диэтиловый эфир этиленгликоля;

 IIС T1 – водород, водяной газ, светильный газ, водород 75 % + азот 25 %;

 IIС T2 – ацетилен, метилдихлорсилан;

И т.д.

Примеры наиболее часто встречающихся ошибок, связанных с терминологией

(в основном из статей на сайтах типа «Всё, что нужно знать о взрывозащите»)

 – Предложение на сайте производителя «Защита от взрыва обеспечивается особой конструкцией электрического оборудования…» говорит об отсутствии у специалистов понятия о том, что такое взрывозащищенное оборудование, оно не защищает себя от внешнего взрыва.

– «…защита типа “i” … предотвращает негативное влияние разнообразных горючих смесей». Это полное непонимание принципа искробезопасности “i”.

– Подгруппу оборудования, указанную в маркировке взрывозащиты называют категорией. Категория взрывоопасной смеси не может быть параметром оборудования – это свойство газов. Такая ошибка, например, приводит к тому, что потребитель не может оценить возможность применения оборудования в конкретной среде, имеющей конкретную категорию (которая не может отсутствовать), в случае отсутствия подгруппы в маркировке светильника, что вполне может быть.

– Иногда «Категорией смеси» называют группу оборудования. Например «Категории смеси II по газу и III по пыли». Это группы (свойства) оборудования, а не категории (свойства) смеси.

– Встречается путаница между группами оборудования и группами газовых смесей. Нужно понимать, что группы оборудования (I, II, III), которые определяют область применения никак не связаны и не имеют отношение к группам газовых смесей (Т1, Т2, Т3, …Т6), которая зависит от минимальной температуры воспламенения. Группы оборудования и группы газов – это совсем разные группы.

– Можно встретить такое: «… три класса зон использования  – I, II, III». Имеются в виду видимо группы оборудования, а не классы зон, которые по-другому обозначаются и относятся не к оборудованию, а к среде (0, 1, 2, 20, 21, 22).

– Фраза «…производитель выбирает вид взрывозащиты, исходя из классификации взрывоопасных зон…» неверна. Для выбора оборудования для конкретной зоны нужен уровень, а не вид взрывозащиты.

– Определение взрывозащищенных светильников: «Корпус таких светильников способен сдержать внутренний взрыв и погасить пламя, не допуская его выхода наружу…». Это касается только одного вида взрывозащиты («d»), то есть это только одна небольшая часть всех возможных вариантов взрывозащищенности.

–   «Деление на группы…: I – осветительные устройства можно эксплуатировать в атмосфере с повышенным содержанием газа и горючей пыли. II – светильники приспособлены для работы в среде с вероятным образованием взрывоопасной смеси». Ну почему не взять определение групп из ТР ТС 012? Зачем же всех запутывать?

– «Группы взрывоопасных смесей (группы электрооборудования по области применения)…». Это часто встречающееся смешивание терминов.

– «…группа (II) — механизмы, работающие в газовых агрессивных средах…». Взрывоопасность среды и её агрессивность это разные понятия.

– «Техника второй и третьей группы подразделяется на подгруппы А, В и С. Эти подгруппы применяются на оборудовании в зависимости от температуры поверхности…». Разделение оборудования на подгруппы никак не связано с его температурой.

– «В зависимости от того, в какой зоне используется устройство, выбирается уровень и класс взрывозащиты, установленной на оборудовании…». Интересно, что понимается под классом взрывозащиты? Если это «вид взрывозащиты», то он на выбор для условий не влияет.

– После перечня и определения взрывоопасных зон сказано: «Для каждой степени приведенной классификации используется специальное оборудование, соответствующее определенным классам взрывозащищенности…». Это пример полной путаницы в терминах.

– «T6 — температурный класс (выдерживает 85 градусов по Цельсию)». Это оборудование выдерживает? А оно само греется?

– Из описания взрывозащищенного светодиодного светильника: «Электронные компоненты имеют искробезопасное исполнение…». Подавляющее большинство взрывозащищенных светильников не имеют взрывозащиты вида «искобезопасная цепь» («i») по причине большого потребляемого тока. Это возможно только для переносных светильников небольшой мощности.

– «Взрывобезопасными светильниками называют приборы, способные функционировать при значительном повышении температуры и давления». Без комментариев…

– «…температурный класс, обозначающий предельно допустимую температуру эксплуатации…». Температурный класс не имеет отношения к температуре эксплуатации.

– Предполагаемые условия эксплуатации: «…присутствие в воздухе метана, серы, азота и других опасных веществ…». Вообще-то воздух это и есть в основном азот. Если азот это опасное вещество… тогда всем нам крышка…

– Между понятиями температурных классов оборудования и группами газовых смесей почти везде идет постоянная путаница, нигде нет их жесткого разделения, что не способствует пониманию. Это часто приводит к тому, что, например, оборудование с температурным классом Т4 не допускают к применению в газовой среде, относящейся к группе Т3 (или подобные случаи).

БЕЗ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕРМИНОВ НЕ ОБОЙТИСЬ!

Основой большинства терминологических ошибок как потребителей, так и производителей является отсутствие разделения терминов, относящихся к среде и к оборудованию. Необходимо понимание того, что В МАРКИРОВКЕ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ НЕТ И НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ.

Главное в соотношении терминов

Ниже показано – как правильно подбирать подходящий светильник для применения в условиях конкретной газовой среды или наоборот определить – в каких средах можно применить светильник с конкретной маркировкой взрывозащиты.

 ЭТО ДВЕ ПРОТИВОПОЛОЖНЫЕ ЗАДАЧИ – ПРЯМАЯ И ОБРАТНАЯ.

Как показывает практика это чаще всего является наибольшей сложностью в понимании в связи с терминологической путаницей. На сайтах большинства производителей взрывозащищен-ных светильников (оборудования) нет жесткого разделения терминов, относящихся к параметрам оборудования  и терминов, относящихся к среде и условиям применения и их соотношения.

К сожалению, информации по взрывозащите с жестким разделением терминов, относящимся к принципиально разным объектам – оборудованию и среде его применения, в интернете невозможно найти. В большинстве случаев такого системного подхода к терминам нигде нет. А именно это является основной причиной непонимания и путаницы. Выбор оборудования нужно производить по соотношению параметров и характеристик среды и оборудования, как показано в этих таблицах. И НЕ ЗАБЫВАТЬ, ЧТО МОЖЕТ БЫТЬ КАК ПРЯМАЯ, ТАК И ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА. В теории реляционных баз данных такая логическая связь называется «многие ко многим» – для конкретного параметра оборудования ставится в соответствие ряд характеристик среды, в которой оно может применяться, а для конкретной характеристики среды ставится в соответствие ряд параметров применимого в ней оборудования.

При подборе оборудования необходимо иметь в виду «иерархию» технических параметров  оборудования. То есть, например, если светильник имеет уровень взрывозащиты 1, то это означает, что он при этом выполняет все требования уровня 2. Или, если у светильника подгруппа «IIC», то это значит, что он выполняет все требования подгрупп «IIА» и «IIB». С температурным классом проще – если корпус не нагревается выше 85℃ (класс Т6), то совершенно понятно, что он не нагреется выше 100℃ (Т5), выше 135℃ (Т4) и т.д.

То же самое можно сказать по-другому, со стороны свойств среды. Если светильник можно применять в зоне 1, то понятно, что его можно применить и в зоне 2; если светильник можно применить в условиях среды с категорией «IIC», то это значит, что его можно применить в средах с категориями «IIА» и «IIB»; если светильник можно применить в среде газов группы Т6, то его же можно применить в среде газов всех других групп. Всё это видно из таблиц.

Как выбирать светильники и как их предлагать?

Для потребителя, чтобы подобрать нужный светильник (оборудование) существует две возможности – либо указать характеристики среды производителю (например на тендере) и ждать предложений – это прямая задача, решаемая по левой таблице производителем, дающим своё предложение. Либо находить на сайтах или в каталогах производителей нужные светильники, смотреть их маркировку взрывозащиты и самому решать уже обратную задачу по правой таблице.

Со стороны потребителя при запросе светильников правильно – указывать реальные характеристики среды – категории и группы смесей и условия применения – классы зон. Однако очень часто, скорее всего по недоразумению, в требованиях указывается «маркировка взрывозащиты – не хуже …». Часто те, кто это пишет, не могут объяснить – Что значит «не хуже»? Не хуже для чего? Без указания характеристик среды и зоны это бессмысленно. Без этого невозможно сказать какая маркировка лучше, а какая хуже. Такая ситуация в первую очередь связана с терминологической путаницей – многие считают, например, что в маркировке «IIB» это категория смеси, а не подгруппа или, например, «Т4» это группа газовых смесей, а не температурный класс оборудования. В параметрах оборудования (маркировке) характеристик среды быть не может!

В этом случае производителям для предложения светильников приходится такую маркировку воспринимать как перечень предельно допустимых характеристик среды, учитывая их связь с параметрами, которые указываются в маркировке. Но такая связь не однозначна – в одной и той же среде можно применять оборудование с очень разной маркировкой (см. левую таблицу), а оборудование с одной и той же маркировкой можно применять в средах с разными характеристиками (см. правую таблицу). Без жесткого разделения терминов в этом трудно разобраться.

Из такой маркировки «не хуже…» приходится «вычислять»:  из уровня определить предельно допустимую зону, из подгруппы – предельно допустимую категорию смеси, из температурного класса – предельно допустимую группу газов. Это часто сильно отличается от необходимых для реальных условий. А далее предлагать светильник, подходящий для этих предполагаемых условий по левой таблице. Часто вместе с требованием «маркировка не хуже…» также присутствуют и характеристики среды, которые не совпадают с предельными. Это ещё больше запутывает.

Очень часто в требовании «маркировка не хуже …» по недоразумению или умышленно скрывается достаточно большой «запас».

«Запас» по уровню

Например, в зоне 2 предполагается применение взрывобезопасных светильников (1Ех…), хотя вполне могут применяться светильники повышенной надежности против взрыва (2Ех…). Светильники первого уровня обычно значительно дороже, чем светильники второго уровня. «Запас» приведет к неоправданным затратам. Сегодня такой «запас» очень часто встречается в проектах опасных производственных объектов. Количество первых зон (по площади освещения) на таких предприятиях обычно составляет не более 5%, тогда как количество применяемых светильников первого уровня часто превышает 50%. Эта ситуация должна измениться, когда появится реальная конкуренция проектов и экономия денег на применяемых в проектах светильниках и другого взрывозащищенного оборудования будет иметь значение.

Кроме того, со временем количество и площади первых зон, допускающих образование взрывоопасной среды при отсутствии аварий, на предприятиях будут сокращаться. Современные технологические процессы должны исключать такие ситуации, в нормальных ситуациях выход во внешнюю среду взрывоопасных паров и газов должен быть исключен.

«Запас» по подгруппе

При выборе подгруппы оборудования примерно такая же ситуация. Например, в среде газов категории IIA применяют светильники с подгруппой IIC. Этот «запас» ничем не оправдан, и может быть следствием непонимания, которое к сожалению распространено в том числе среди проектировщиков. Такой «запас» не увеличивает безопасность. Если например взрывоопасная среда не содержит водород, ацетилен или сероуглерод (категория «IIC»), то применение в ней светильника с подгруппой «IIC» с точки зрения безопасности ничего не даст, то есть ничем не лучше применения светильников с подгруппой «IIB». Из-за того, что к подгруппе «IIC» повышенные требования по взрывозащите (см. ниже) такие светильники будут дороже, чем светильники подгруппы «IIB».

«Запас» по температурному классу

Или, например, в среде газов группы Т4 применяют светильники с температурным классом Т6. Если взрывоопасная среда может воспламениться только при температуре выше 135℃, то какой смысл применять оборудование, у которого корпус не нагревается выше 85℃ (температурный класс Т6), ничуть не более опасно применить в этих условиях оборудование с температурными классами Т5 (температура корпуса ниже 100℃) или Т4 (температура корпуса ниже 135℃).

У светильников с более высоким температурным классом (например Т6) будет ограничена мощность, что приведет к тому, что для достижения нужной освещенности будет необходимо применить больше светильников. Например для освещения цеха достаточно 10 светильников мощностью 200 Вт, а у таких светильников обычно температурный класс Т4. Если группа газов в цехе тоже Т4, то это допустимо и нормально. Но если в этих же условиях применить светильники с температурным классом Т6 (с «запасом»), то их нужно будет уже не 10, а больше, так как с целью уменьшения температуры поверхности для обеспечения Т6 они будут иметь меньше мощность. Либо при той же мощности они должны иметь больше корпус, что удорожает светильник. То есть за такой совершенно бессмысленный «запас» нужно будет платить.

Что касается температурного класса, то это в большей степени относится к ламповым светильникам, у светодиодных светильников независимо от мощности температурный класс хуже, чем Т6 должен вызывать подозрение из-за перегрева светодиодов (см. ниже).

Такой подход «с запасом» сильно ограничивает круг подбора светильников и сказывается на их цене. Именно поэтому выяснение реальных характеристик среды и условий применения у потребителя является важным при предложении взрывозащищенных светильников. Это должно быть важно в первую очередь самому потребителю. При указании в качестве требований конкретных определенных условий и характеристик среды, производители участники тендера могут предложить более дешевые светильники, применение которых в этой среде вполне допустимо. «Запас» может дорого стоить, а преимуществ в безопасности не давать никаких.

Опросные листы

В «опросных листах», которые производители светильников распространяют среди потенциальных потребителей часто встречаются ошибки, связанные в том числе с терминологической путаницей. Это часто вводит в заблуждение потребителей. В таких документах необходимо четко различать характеристики среды, в которой предполагается эксплуатация светильника и требования к свойствам оборудования, например к виду взрывозащиты (если требуется).

Как показывает опыт, далеко не все потребители отличают зону от уровня, категорию смеси от подгруппы оборудования или температурный класс оборудования от группы газовой смеси. Часто потребители вид взрывозащиты привязывают к безопасности, что неверно. За безопасность отвечает уровень взрывозащиты, а не вид. Поэтому в «опросных листах», если они нужны, акцент должен быть только на среду, характеристики которой потребителю должны быть известны. А вид взрывозащиты должен быть на уровне пожелания, а не требования.

Нужно понимать, что для потребителя самым важным должна является безопасность применения светильника в конкретной среде и условиях. Для конкретной среды и условий может подходить оборудование с очень разной маркировкой. Среда у потребителя одна, конкретная. Именно ее характеристики и должны быть основой подбора светильников по их маркировке, в которой указаны все необходимые для этого параметры. Такой выбор светильников должен делаться по левой таблице подбора. К сожалению такой таблицы в интернете нет из-за отсутствия у многих потребителей и производителей четкого разделения терминов.

Предъявление требований к маркировке взрывозащиты («не хуже») часто является следствием непонимания. Это может привести к излишним ненужным затратам со стороны неопытного потребителя. Производителю выгодно продавать более дорогие светильники поэтому «опросные листы» могут быть специально на это направлены.

«Опросные листы», содержащие ошибки, говорят о недостатке у производителя квалифицированных специалистов. Грамотные потребители именно на это обращают внимание и понимают какой уровень технической грамотности у специалистов производителя.

Для того, чтобы грамотный потребитель мог подобрать светильник для своих целей у производителя, ему нужно предоставить информацию в виде правой таблицы с перечнем выпускаемых светильников с их маркировками взрывозащиты, нужными для такого выбора (уровень, подгруппа, температурный класс). То есть с одной стороны наименование светильника – с другой перечень характеристик сред, в которых он может применяться (зона, категория, группа).

Ошибки производителей

Примеров низкой квалификации у производителей достаточно много. Например – в маркировке взрывозащищенной разветвительной коробки указан температурный класс Т4, что иногда можно встретить. Температура корпуса такой коробки не может быть выше температуры окружающей среды, в ней нет активных элементов с тепловыделением, а клеммы не должны нагреваться. Как её корпус может нагреться до 135℃ (Т4), если рабочая температура не выше +60℃?  Если клеммы внутри коробки греются, то это брак клемм, их нужно менять. Но нагреть корпус до 135℃ даже при браке клемм невозможно, клеммы расплавятся раньше.

Ещё «интересней», когда такая коробка имеет вид взрывозащиты «i», «искробезопасная цепь». ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭТО ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ЭНЕРГИИ ИСКРЫ ДЛЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ СРЕДЫ. Какой ток может потреблять сама коробка, если она не содержит потребителей? Проходящий через клеммы ток зависит от внешнего потребителя по отношению к коробке. Предельно допустимые токи через клеммы могут составлять десятки ампер. О какой «искробезопасности» в случае искрения клемм при плохом контакте в этом случае может идти речь? А применение в коробках специально отмеченных (обычно голубых) клемм, через которые могут проходить искробезопасные цепи и/или голубых кабельных вводов несет чисто информационный характер и к взрывозащите не имеет отношения. Если коробка не является взрывонепроницаемой оболочкой (вид «d»), то клеммы и кабельные вводы (в том числе голубые) должны иметь вид взрывозащиты «е», как и сама коробка при этом. Отметку на коробке, информирующую о том, что через нее проходит искробезопасная цепь потребитель при необходимости может сделать сам, это не маркировка взрывозащиты. Коробка при этом может иметь любой вид взрывозащиты, обеспечивающий уровень соответствующий условиям применения, если через нее проходят силовые кабели питания и через клеммы идет большой ток. А если через коробку проходят только искробезопасные цепи, сама она не обязана иметь взрывозащищиту вида «i», нигде нет такого требования. На искробезопасность она точно никак не может повлиять.

Прохождение искробезопасных цепей через коробку не имеет отношения к ее маркировке взрывозащиты. Свойства искробезопасности самой коробки и клемм в ней проверить нельзя без учета потребляемой мощности подключенных внешних устройств. Присвоение такого вида взрывозащиты коробкам говорит не только о низком уровне квалификации их производителей, но и, к сожалению, о низком уровне квалификации экспертов органа по сертификации, выдавшим такой сертификат.

Органам по сертификации может быть выгодно присваивать оборудованию дополнительную маркировку, это дополнение к цене сертификации. Но грамотные производители не должны этого допускать, возрастание цены сертификации приведет к возрастанию цены светильников и снижению конкурентоспособности. А с потребителями, в том числе с работниками проектных организаций, закладывающими в проекты коробки с такой маркировкой, нужно работать, разъясняя все «нюансы». Их непонимание может дорого стоить. Представители контрольных органов, проверяющие потребителей должны обоснованно требовать наличие нужной маркировки взрывозащиты.

Подобных ошибок на сайтах производителей взрывозащищенного оборудования, к сожалению, встречается очень много, не говоря о терминологических ошибках, которых ещё больше.

Тендеры

Тендерные запросы от потребителей также очень часто содержат много ошибок. Иногда требования в разных местах противоречат друг другу и не могут быть выполнены одновременно. Это может привести к неправильному применению взрывозащищенных светильников, что опасно. Например иногда в тендерных требованиях на светильники встречается требование о предоставлении на них сертификата на соответствие техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 004-2011 «Низковольтное оборудование», хотя в преамбуле этого регламента прямо указано, что он не распространяется на взрывозащищенное оборудование. При выдаче такого сертификата орган по сертификации может лишиться аккредитации. Пропуск таких требований говорит о низком уровне технической экспертизы тендерных требований на взрывозащищенные светильники, если она вообще практикуется.

Недобросовестная конкуренция часто приводит к появлению выдуманных, нереальных требований к светильникам на тендерах, например требование к материалу и способу крепления «шильдика». Обычно это один из «договорняков» с целью обойти конкурентов на тендере. В стандартах есть требование только о том, чтобы надпись на шильдике не выцветала в течение всего срока службы светильника. Но потребители не всегда знают новые технологии изготовления наклеек, а судят по их внешнему виду. Например термотрансферная печать на наклейке из полиэстера с агрессивной адгезией внешне выглядит как обычная бумажка с обычной печатью на обычном принтере, что по понятным причинам не допустимо. Выданный сертификат должен говорить о том, что наклейки прошли все необходимые испытания.

Любые требования должны быть обоснованы, а иначе это просто пожелания («хотелки»). В связи с явным снижением уровня грамотности среднего потребителя, особенно в области взрывозащиты, для продвижения своих светильников на рынок работа с ним становится особенно востребованной. Такая работа, например проведение специалистами производителя семинаров, будет вызывать как минимум доверие со стороны потребителей.

Логическая цепочка: «получение от ненадежных источников непроверенной информации, которая может быть навязана умышленно –> неправильные выводы на её основе –> принятие ошибочных решений» является основой большинства возникающих проблем. К сожалению действие людей по этому принципу очень распространено и относится не только к рассматриваемым вопросам…

Иногда производители взрывозащищенных светильников, идя на поводу у не очень грамотных потребителей расширяют маркировки взрывозащиты. Например бывает, что иметь в маркировке подгруппу «IIВ» проще, чем объяснять таким потребителям, что светильник с подгруппой «IIС» может применяться в условиях категории взрывоопасной смеси «IIВ» и «IIА». Или, например иметь в маркировке взрывозащиты светильника температурный класс Т4, вместо попыток объяснить, что светильник с температурным классом Т6 безопасно применять в среде газов группы Т4.

Кроме того при отсутствии технической экспертизы тендерных требований,  их организаторы требуют точного соответствия «букв» в нужной маркировке взрывозащиты, которая сама по себе не может и не должна быть требованием. Главным должно быть соответствие параметров светильника характеристикам среды его предполагаемого применения, а указание характеристик среды в тендерных требованиях должно быть обязательным.

Такая ситуация вредит не только производителям, но и потребителям. С этим нужно что-то делать. Один из способов борьбы с этим – просвещение как производителей, так и потребителей. В этой связи распространение данной статьи будет этому способствовать.

Производитель взрывозащищенных светильников не имеет права определять характеристики среды по описанию их потребителем, например отвечать на вопросы типа – «Подойдут ли ваши светильники для покрасочной камеры, бойлерной, котельной и т.д.?». Потребитель сам, или проектная организация должны определить три параметра – «зону, категорию смеси и группу смеси». Для их определения нужно знать все детали проекта, например присутствие на производстве некоторых смесей газов и паров может быть не очевидна даже для потребителя. Только после определения этих характеристик среды и условий применения и предоставления этой информации производителю светильников в официальной форме можно предлагать конкретные светильники для этих условий по левой таблице подбора.

Применение взрывозащищенных светильников должно быть исключительно в соответствии с маркировкой взрывозащиты. Это ответственность потребителя, не стоит производителю светильников эту ответственность с ним разделять, это очень опасно. В случае возникновения аварийной ситуации по вине примененного светильника ссылка потребителя на рекомендацию производителя может привести к судебному разбирательству с печальными последствиями для производителя светильников.

В связи со сложившейся ситуацией понятие «аналог» на тендерах перестало быть определенным. Никто не может толком объяснить – что можно считать аналогом, а что нельзя. И это касается не только взрывозащиты.

Для взрывозащищенного светильника аналогом должен быть такой, который можно применить в тех же условиях с точки зрения безопасности. То есть для области применения взрывозащищенных светильников это параметры среды – зона, категория, группа смеси. Светильник должен иметь такие параметры по взрывозащите, которые позволяют его применение в требуемых условиях. Другие параметры, например вид взрывозащиты, должны быть в разряде пожеланий, а не требований. Светильники, имеющие одинаковый уровень взрывозащиты или выше требуемого, одинаковую или с более высокими требованиями подгруппу, одинаковый или выше нужного температурный класс могут быть аналогами. Светильники, имеющие разный вид взрывозащиты, но одинаковый уровень вполне могут быть аналогами с точки зрения безопасности.

Поэтому для возможности предоставить аналог, требования с точки зрения безопасности должны быть разделены на два раздела: обязательных – в виде списка условий и характеристик среды, в которой светильник должен иметь возможность работать и желательных – например вид взрывозащиты.

По другим параметрам, например светотехническим (см. ниже) аналогом светильника будет такой, который имеет такой же световой поток и такое же светораспределение (тип КСС). По потребительским характеристикам, например, одними из важных являются – способ подвеса или крепления и способ ввода кабеля.

В любом случае разделение на «требования» и «пожелания» значительно упростит задачу предложения аналогов.

Выбор вида взрывозащиты при разработке светильника

При проектировании взрывозащищенных светильников один из главных вопросов, связанных с их конструкцией – это выбор вида взрывозащиты.

Исходить нужно из того, какой уровень взрывозащиты нужно обеспечить. Объективно более высокий уровень позволит расширить область применения светильника (см. связь уровней с зонами). Необходимо учитывать ещё и тот факт, что потребители у нас склонны к «запасу», не обращая внимание на удорожание светильников с уровнем взрывозащиты выше необходимого. Именно поэтому в настоящее время целесообразно выбрать для проектируемого светильника первый уровень взрывозащиты – «взрывобезопасный» светильник.

 В соответствии со стандартами первый уровень применительно к светодиодным светильникам могут обеспечить виды взрывозащиты: «d» («db»), «m» («mb»), «p» («px») и «s».

 Виды «q» (кварцевое заполнение оболочки) и «o» (масляное заполнение оболочки) не приемлемы для светильников функционально. Виды «n» («nA», «nR», «nC», «nL») не обеспечивают первого уровня. Вид «i» («ib») (искробезопасная цепь) невозможно использовать в  связи с большими токами потребления у светильников. Вид «е» («eb») – повышенная защита, хотя сейчас и может обеспечить первый уровень, но в новом стандарте на «е» не допускается для области расположения светодиодов и драйвера в светодиодных светильниках в связи с практической невозможностью проконтролировать реальные пути утечки, зазоры и другие параметры, обеспечивающие этот вид.

Применение вида «m» («mb») в светильнике лишает его возможности ремонта, то есть он будет «одноразовым». Это может удешевить светильник, но с точки зрения эксплуатации – это большой недостаток – в случае выхода из строя светильник нужно менять целиком. Заявленный производителями срок службы светильника ограничивается чаще всего сроком службы драйвера. Попытка «ремонта» таких светильников производителями является незаконной, она в любом случае нарушает взрывозащиту такого вида. Потребителям не нужно на это идти.

Для вида «p» (оболочка под избыточным давлением) необходима подводка к светильнику трубы с чистым воздухом под давлением. Не все потребители готовы на это.

Про вид «s» (специальный вид взрывозащиты) нужно сказать отдельно. Это вид, за безопасность применения которого полностью отвечает эксперт органа по сертификации, подписавший сертификат. Вопросами взрывозащиты занимаются целые институты годами, поэтому профессионально оценить придуманный производителем способ взрывозащиты очень сложно.

Именно поэтому в стандарте на этот вид большое внимание уделяется квалификации эксперта. Техническое решение по взрывозащите может быть любым, которое эксперт посчитает допустимым, понимая, что за безопасность этого решения он несет персональную ответственность. Для этого он должен придумать методику и провести все необходимые испытания. К сожалению таких экспертов, которые могут обоснованно пойти на выдачу таких сертификатов, выполняя все требования и понимая свою ответственность, сейчас трудно найти. Скорее всего такая взрывозащита у светильника это платный (или по недоразумению) «договорняк» производителя с экспертом. Применять такие светильники опасно.

Могут быть редкие исключения, например для вводных коробок светильников, когда колодка выполняет требования вида «е», а корпус коробки имеет защиту от пыли и влаги «IP67». Такой вариант явно прописан в нашем стандарте на вид «s». Вводная коробка с такой конструкцией может к нему относиться.

В рамках описания видов взрывозащиты для светильников, необходимо упомянуть о достаточно «экзотических» видах, связанных с оптическим излучением это «op sh», «op pr», «op is». Иногда можно встретить светильники, в маркировке взрывозащиты которых встречаются такие виды. Если вкратце, то речь идет о возможности дистанционного воспламенения среды посредством излучения светильника. Очевидно, что для этого нужно очень мощное излучение. Обычные светильники сделать этого не могут, однако некоторые органы по сертификации, видимо по просьбе производителя, включают такой вид взрывозащиты в маркировку. Ничего кроме дополнительной путаницы это не несет. Такой вид взрывозащиты может быть присвоен практически любому светильнику. Присвоение светильнику маркировки с такими видами взрывозащиты скорее всего связано с просьбой производителя. Цель – расчет на низкий уровень технической экспертизы на тендерах, когда аналоги подбираются именно по совпадению видов взрывозащиты, что категорически неправильно.

Остаётся вид «d» («db»). Применение вида взрывозащиты «d» (взрывонепроницаемая оболочка) в светодиодных светильниках для области нахождения светодиодов и драйвера, является наиболее оптимальным как минимум по трем причинам:

1.В отличии от других видов взрывозащиты, внутри взрывонепроницаемой оболочки могут применяться любые (не взрывозащищенные!) комплектующие. Они не влияют на взрывозащиту и к ним не применяются специальные требования и они не проходят никаких испытаний. Это значительно расширяет возможность комплектации и модернизации светильников, расширению их номенклатуры, что может повлиять в том числе на цену – комплектующие со специальными требованиями дороже стоят. Кроме того, выполнить требования других видов взрывозащиты к светодиодным модулям достаточно не просто, а в новом стандарте на вид «е», как было уже сказано, их применение запрещено. Единственным условием является то, что изменение или замена внутренних компонентов не должны вызывать дополнительный нагрев оболочки, что может привести к изменению температурного класса. Но к повышению температуры в светильнике может привести только применение гораздо менее эффективного источника света, что мало вероятно.

2.Если при проектировании радиатора (корпусных деталей) учесть все требования к взрывонепроницаемым оболочкам, то получится корпус светильника одновременно выполняющий и требования по теплоотводу (см. ниже) и требования по взрывозащите – «убийство двух зайцев». Тем более, что выполнение требований «d» практически не влияет на цену корпуса, а корпус-радиатор для качественных светодиодных светильников безусловно нужен для обеспечения теплоотвода. Для такого решения нужен грамотный подход с пониманием всех факторов, влияющих на взрывозащиту такого вида. То есть, при профессиональном подходе по обеспечению взрывозащищенности средства взрывозащиты не будут сказываться на себестоимости корпусных деталей, которые в любом случае должны выполнять роль радиатора охлаждения.

Нужно отметить, что для взрывозащиты вида «d» при проектировании качественного светодиодного светильника, то есть имеющего эффективный радиатор охлаждения, и профессионального подхода к взрывозащите этого вида разница в стоимости обычного и взрывозащищенного светильника будет небольшой, не более 5%, в то время как при применении других видов взрывозащиты эта разница может достигать более 30…40%. То есть при разработке обычного светодиодного светильника с хорошим радиатором охлаждения небольшая и не дорогая доработка может сделать его взрывозащищенным с видом взрывозащиты «d». И только «d», для других видов взрывозащиты доработка более дорогая и технологически более сложная при ухудшении как параметров безопасности, так и потребительских характеристик.

При отсутствии нужной квалификации и опыта у конструкторов, когда корпус разрабатывается  на всякий случай с «запасом прочности», он может быть заметно дороже, чем у обычного светильника. В большинстве случаев так и бывает. Но это недостаток конструктора, а не вида.

 Светильник с другим видом взрывозащиты может оказаться дороже при меньшей безопасности его применения или значительного ухудшения эксплуатационных характеристик, как например у вида «m», когда срок эксплуатации светильника фактически не превышает срока жизни драйвера.

При применении других видов взрывозащиты, нужно иметь в виду, что именно внутренняя конструкция и комплектация обеспечивают взрывозащищенность. В сертификатах на другие виды взрывозащиты указывают конкретную внутреннюю конструкцию и комплектацию, обеспечивающую взрывозащищенность. Описание средств взрывозащиты как в сертификате, так и в руководстве по эксплуатации является обязательным. При применении не указанной в сертификате комплектации, например светодиодов или драйвера, нужен будет перевыпуск сертификата или дополнения к нему, а это может быть дорого. В ситуации, когда на рынке постоянно происходят изменения как светодиодов, так и драйверов к ним, оставлять неизменной сертифицированную комплектацию в течение 5 лет действия сертификата в наше время неразумно. А многократный перевыпуск сертификата в связи с модернизацией это очень дорого.

Для светодиодных светильников, у которых отвод тепла является одной из главных задач (см. ниже) уникальность применения взрывозащиты вида «d» состоит в том, что при грамотном конструировании выполнение требований теплоотвода одновременно решает вопрос взрывозащиты.

3.Вид «d» обеспечивает первый уровень взрывозащиты, то есть делает светильник «взрывобезопасным», что значительно расширяет область его применения, особенно в наше время.

Первый уровень означает, что светильник остаётся безопасным во взрывоопасной среде не только в нормальном режиме работы, но и при возникновении аварийной ситуации, например замыкание и возникновение искрения внутри светильника.

Вид взрывозащиты «d» это взрывонепроницаемая оболочка. То есть задача такого вида не допустить распространение внутреннего взрыва во внешнюю среду в случае его возникновения при попадании взрывоопасной смеси газов в светильник и возникновения искры. В соответствующем этому виду взрывозащиты стандарте подробно описаны технические решения, которые нужно выполнить для обеспечения взрывонепроницаемости. Это в первую очередь геометрические параметры зазоров между частями оболочек (ширина, длина, форма), количество и расположение крепежных элементов, толщина стенок оболочки и т.д.

Однако все варианты конструкции корпусных деталей, входящих в состав взрывонепроницаемой оболочки в стандарте предусмотреть нельзя. Именно поэтому для проектирования таких светильников большое значение имеет опыт их разработки, испытаний и производства.

Разработчики должны знать или хотя бы предполагать все зависимости, которые связывают конкретную конструкцию с результатами всех видов испытаний, проводимых при сертификации. Далеко не всегда влияние некоторых конструкторских решений на взрывозащищенность этого вида очевидно. В случае применения технологии литья металла под давлением для изготовления корпусных деталей (см. ниже), для предварительной оценки прочности нужны реальные испытания, проведение которых возможно после изготовления реальных образцов серийных светильников с применением дорогостоящей оснастки (пресс-форм). Как показывает практика, изготовление опытных образцов для испытаний на взрывозащиту с применением других (не серийных) технологий, например 3d печать или «по выплавляемым моделям» вместо серийного литья под давлением приводит к ошибочным результатам. А исправление конструкции деталей корпуса из-за конструкторских ошибок и соответственно изменение пресс-форм это очень дорого. Опыт на основе «проб и ошибок» в этом деле является достаточно большой ценностью.

Испытания

Кроме испытаний, относящихся к любым взрывозащищенным светильников с любым видом взрывозащиты (испытания на удар, испытания на термоперепад для стекла и т.д.), светильники со взрывозащитой вида «d» подвергают достаточно специфическим испытаниям.

При сертификации таких светильников главными испытаниями являются испытания на «взрывонепроницаемость» и на «взрывоустойчивость». Перед испытанием на взрывонепроницаемость определяют давление взрыва. Для этого светильник заполняют взрывоопасной смесью газов, например для подгруппы IIC это ацетилен с кислородом и водород с кислородом. Внутри светильника  размещают быстродействующий датчик давления и устройство поджига. Производят несколько внутренних взрывов с перемещением как датчика, так и точки поджига для определения максимального давления. Для варианта IIC это делают как на водороде, так и на ацетилене. Из всего ряда измерений выбирают максимальное значение, которое впоследствии применяют в расчетах для других видов испытаний.

Нужно иметь в виду, что взрывы должны проходить при минимальной рабочей температуре окружающей среды. Известно, что при снижении температуры давление взрыва увеличивается. Если лаборатория не имеет возможности проводить взрывы при охлаждении светильника, то вводится увеличивающий коэффициент, например при минимальной рабочей температуре минус 60 градусов этот коэффициент равен 1,6. Это имеет важное значение. Если например максимальное давление взрыва было порядка 8 атмосфер, то испытательное давление на взрывоустойчивость (1,5х или 4х кратное) вычисляется с учетом этого коэффициента – 8х1,6х1,5=19,2 атм. или 8х1,6х4=51,2 атм. От прохождения или непрохождения испытаний на 4х-кратное давление зависят испытания при производстве (см. ниже).

Испытания на взрывонепроницаемость проводят в специальной прочной камере, заполненной той же взрывоопасной смесью газов, что и сам светильник. Светильник считается выдержавшим испытание, если внутренний взрыв в светильнике не передался во внешнюю среду. В случае его передачи взрывается вся смесь в камере, но камера имеет достаточную прочность для выдерживания такого взрыва. Для взрыва, с целью достижения максимальной энергии газы смешиваются в соотношении, определяемом по химической реакции окисления. Вся смесь должна сгореть без остатка. Условия испытаний должны быть максимально жесткими.

Испытание на взрывоустойчивость это испытание на внутреннее статической давление (обычно гидравлическое), равное или превышающее как минимум полуторакратное давление взрыва.

Но, например, заранее предполагать величину давления взрыва почти невозможно. Связь между величиной этого давления и объёмом оболочки сильно нелинейна и зависит от многих факторов, в том числе от формы оболочки и присутствия в ней комплектации.

Разработчик оболочки должен предполагать и учитывать величину давления взрыва при прочностных расчетах для гарантированного прохождения испытаний на динамическое воздействие (взрывонепроницаемость) и на статическое воздействие (взрывоустойчивость). Нужен поиск конструкторского компромисса, который в основном опирается на опыт.

Сильный «перебор» в запасе прочности приведет к значительному увеличению материала оболочки и удорожанию светильника, а «недобор» к сходу с испытаний и необходимости переделки. Кроме того нужно знать поведение применяемых материалов при таких воздействиях, например поликарбонат при статическом воздействии изменяет объём, то есть колпак из поликарбоната без принятии специальных мер может быть вырван из места заделки. Кроме того условия испытаний зависят в том числе от заявленного диапазона рабочих температур светильника (см. ниже).

Выбор подгруппы при разработке

Выбор подгруппы для светильника также, как и уровень, связан с областью применения. Учитывая стремление потребителей иметь «запас» есть смысл проектировать светильник, относящийся к подгруппе IIC. В этом случае его можно будет применять во взрывоопасных средах всех категорий.

Для обеспечения требований для подгруппы «IIC» при применении вида взрывозащиты «d» в конструкции светильника необходимо выполнить требования к соединению частей взрывонепроницаемой оболочки. Это может быть один из трех вариантов:

– плоско-цилиндрическое соединение;

– цилиндрическое соединение;

– соединение посредством резьбового лабиринта.

Плоское соединение частей оболочки для подгруппы «IIC» не допускается. Такие  требования связаны с тем, что оборудование подгруппы «IIC» допускается применять в условиях газовых взрывоопасных сред категории «IIC». К этой категории относится в том числе наиболее опасный газ – ацетилен, который обладает достаточно специфическими свойствами. Во первых он создаёт максимальное давление взрыва, а во вторых при его сгорании образуется сажа. При плоском соединении частей оболочки частицы сажи могут вылетать из нее в виде искр и воспламенить взрывоопасную окружающую среду.

На сертификационных испытаниях оболочек для подтверждения принадлежности оборудования к подгруппе «IIC», делают взрывы на водороде, но кроме этого, делают многократные внутренние взрывы на ацетилене, сначала для создания сажи, а затем для проверки возможности её выхода из оболочки в виде искр при следующем внутреннем взрыве.

При конструировании светильника для подгруппы «IIC» нужно учитывать ещё один важный фактор. Давление взрыва определяют на ацетилене, а оно заметно больше, чем при взрыве на других газах. Даже если испытания на взрывонепроницаемость (динамические) пройдут успешно, испытания на взрывоустойчивость (статическое давление), особенно 4х-кратным давлением взрыва, к чему нужно стремиться, могут быть проблемными, особенно это касается светопропускающих элементов.

Корпус светильника при правильном  расчете такое давление должен выдержать без особых проблем с учетом обязательного присутствия на корпусе ребер охлаждения (см. ниже), которые в том числе значительно увеличивают его прочность. Но как показывает практика производства светильников «…d IIC…» стеклянные колпаки, герметично заделанные в обечайку реже выдерживают 4х-кратное давление взрыва при сертификации, поэтому при подготовке производства таких светильников нужно иметь в виду, что для проведения приёмо-сдаточных испытаний на взрывоустойчивость этих элементов оболочки нужен будет специально разработанный для этих целей гидравлический испытательный стенд.

Выбор температурного класса

Температурный класс светильника говорит о максимальной температуре нагрева корпуса. Но, как будет сказано ниже, температура нагрева светодиодов играет решающую роль в сроке их жизни. Перегрев для них смертельно опасен.

Например, Т6 говорит о том, что температура корпуса не будет выше 85 градусов даже при максимальной температуре окружающей среды. Но при очень хорошем и быстром теплоотводе, если на корпусе будет 85℃, в самой горячей точке светодиодного модуля она будет выше 90…95℃. Практически все производители модулей, в том числе и DOB, указывают максимальную рабочую температуру не более 85℃. В связи с этим при использовании обычных современных светодиодов в светильниках их температурный класс не может быть хуже Т6. Например при Т5 корпус может нагреваться до 100℃. Понятно, что никакие светодиоды в этих условиях долго не проработают. Светодиодные взрывозащищенные светильники с температурным классом хуже Т6 должны вызывать подозрение. Это не связано со взрывозащитой.

О технологии изготовления

С точки зрения технологии изготовления оболочки светильника с видом взрывозащиты «d»,  наиболее подходящей является литьё алюминия под давлением. Эта технология позволяет «гибко» подойти не только к вопросам взрывозащиты, но и к вопросам теплоотвода (см. ниже).

   

Нужно отметить, что проектирование алюминиевых деталей, которые изготавливаются литьём под давлением имеет свои особенности. Необходимо знать эту технологию, все её «нюансы». Например учитывать, что прессформа будет состоять из двух формообразующих частей – пуансона и матрицы. Конструктору нужно оценить – где будет проходить плоскость разъёма между ними и обеспечить их свободный разъём, для чего предусмотреть необходимые литейные уклоны и литейные радиусы. Например, если конструктор в детали указал размер «А» (см. рис. 3), то в отливке за счет высоты «Н» и литейных уклонов, которые могут быть до 3 градусов, этот размер уменьшится до «А1» (см. рис. 2), что может привести к невозможности разместить в корпусе планируемую комплектацию.

Необходимо в детали обеспечить минимальную разнотолщинность для исключения «утяжин» (углублений на внешней поверхности, портящих вид изделия), предположить, где будут находиться литники и выпоры у пресс-формы, определить места толкателей для съёма детали с неподвижной части пресс-формы, возможно предусмотреть специальные бобышки под них. Провести предварительный анализ проливаемости, по возможности обеспечивая ламинарность потока металла, учитывая, что при турбулентном течении металла будут образовываться внутренние поры,  что для взрывозащищенных светильников, особенно с видом «d» является браком и опасно.

Увеличение радиусов на переходах между поверхностями корпусных деталей не только уменьшает концентрацию напряжений при испытаниях статическим внутренним давлением, но и улучшает проливаемость. Выявить места концентрации напряжений в конструкции можно, например применением специальных программ для прочностного анализа, таких как «Solidworks Simulation».

Боковые отверстия, перпендикулярные или находящиеся под углом к основной оси разъёма пресс-формы должны быть изготовлены в пресс-форме боковыми знаками, что удорожает прессформу, усложняет её обслуживание и ремонт. Таких отверстий нужно по возможности избегать. Если конструктивно они нужны, например резьбовые отверстия для кабельных вводов, то их можно делать сверлением, а не в литье. Однако в этом случае могут вскрываться внутренние поры детали, что для взрывозащиты является браком. Нужен поиск компромиссов, опирающийся на опыт.

Проектирование деталей без учета всех этих вопросов, может привести к ошибкам, исправление которых (переделка пресс-форм) может оказаться очень дорогой. Кроме этого, если предполагается, что корпус светильника или его часть будет взрывонепроницаемой оболочкой (вид «d»), то необходимо провести предварительный прочностной анализ. При ошибках будет невозможно пройти сертификационные испытания.

В конструкции деталей, изготавливаемых литьём, при необходимости нужно учитывать возможность их дальнейшей механической обработки, то есть, если, например будет необходима токарная обработка – предусмотреть места для установки прижимных кулачков станка с центрированием детали, возможно добавить в конструкцию дополнительные технологические бобышки. При фрезерной обработке нужно учитывать возможность установки деталей на станке без лишних затрат и т.д.

Конструкция корпусных деталей должна быть рассчитана так, чтобы привести к минимуму механическую обработку, что позволит упростить технологию их изготовления и снизить себестоимость.

Что касается прочности оболочки, то надо иметь в виду, что в случае, если оболочка или её часть при испытаниях на взрывоустойчивость (статическое гидравлическое давление) не выдержит 4-х кратного давления взрыва, то возникнет необходимость проводить гидравлические приёмо-сдаточные испытания таких оболочек или их частей (100% всех изделий) на полуторакратное давление взрыва при серийном производстве. Это может значительно усложнить производство. Поэтому при проектировании оболочек необходимо стараться достичь прочности, обеспечивающей положительные испытания на 4-х кратное давление взрыва.

В большинстве случаев производители не берутся за изготовление таких светильников только из-за отсутствия необходимой квалификации и опыта их разработки у инженеров-конструкторов.

Большинство взрывозащищенных светодиодных светильников с видом взрывозащиты «d» на рынке это «приспособленные» бывшие ламповые взрывозащищенные светильники, разработчики которых как минимум давно на пенсии. Корпуса у них с точки зрения такой взрывозащиты проходят испытания, но для светодиодов в подавляющем большинстве случаев с точки зрения теплоотвода очень далеки от оптимального решения (см. ниже).

Такие светильники имеют высокую цену, но низкую эффективность теплоотвода и как следствие недолгий срок службы светодиодов в нем вследствие их перегрева. Кроме того, из за отсутствия компьютерного (программного) анализа прочности корпусов старых ламповых светильников, их корпуса в большой степени делались с достаточно большим запасом прочности, а соответственно материалоёмкости и в связи с этим имели высокую цену. При выборе светильников это нужно учитывать.

О вводной коробке взрывозащищенного светильника нужно сказать отдельно.

 Как с точки зрения безопасности для взрывозащищенного светильника, так и с точки зрения удобства монтажа светильник должен иметь вводную коробку, через которую производится подключение питания при монтаже светильника.

Наиболее подходящим для этих целей видом взрывозащиты для вводной коробки является вид «е». Это особенно стало актуальным после выхода нового стандарта на этот вид взрывозащиты, когда было подтверждено, что он обеспечивает первый уровень взрывозащиты.

Применение вводной коробки с видом «е» является значительным преимуществом перед вводной коробкой с видом взрывозащиты «d» и тем более перед светильником без вводной коробки – с прямым вводом кабеля во взрывонепроницаемую оболочку корпуса. По нашим стандартам (до «гармонизации») конструкция взрывозащищенного светильника с видом взрывозащиты «d» и прямым вводом кабеля, то есть без вводной коробки, не допускалась.

Причина преимущества вида «е» в том, что при монтаже светильника с коробкой вида «d» вскрывается взрывонепроницаемая оболочка и производится ввод кабеля в неё. При этом практически вся ответственность за сохранение взрывозащищенности (в частности взрывонепроницаемости) ложится на монтажника, а не на производителя светильников. При ошибках монтажа, которые вполне могут быть, например, недостаточное усилие зажатия кабеля, износ сальников кабельного ввода, которые нужно периодически менять в процессе эксплуатации светильников, но почти никто этого не делает, попадание куска изоляции или любого мусора в кабельный ввод и т.д. взрывонепроницаемая оболочка вводной коробки перестаёт быть взрывонепроницаемой, то есть светильник перестаёт быть взрывозащищенным(!) по вине потребителя. Тем более, что в оболочках вида «d» по стандартам могут применяться любые (более дешевые) комплектующие, в том числе те, которые могут достаточно легко привести к возникновению искры.

При вводной коробке с видом взрывозащиты «е» такие ошибки не нарушают взрывозащиты. Это и есть преимущество. В то же время взрывозащита вида «е» обеспечивает первый уровень другими способами: для вводной коробки это постоянный прижим контактов в колодке, трекингостойкость материала колодки, необходимые зазоры и пути утечки, а также выполнением других требований, описанных в соответствующем стандарте. Применение светильника с такой конструкцией значительно более безопасно для потребителя – за взрывозащиту отвечает производитель светильника, а не потребитель. То есть светильник, в маркировке взрывозащиты которого «…de…» по безопасности значительно лучше, чем светильник с маркировкой «…d…». К сожалению многие потребители, да и производители тоже считают вводную коробку с видом взрывозащиты «d» преимуществом, что неверно.

Еще несколько соображений про вводную коробку с видом взрывозащиты «d». Для вида «d» в коробке должны быть резьбовые отверстия для кабельных вводов со специальными требованиями – резьба должна не иметь дефектов, как минимум должно быть не менее пяти витков непрерывной резьбы. При применении технологии литья под давлением для её изготовления избежать пор, а значит и дефектов резьбы достаточно проблематично. Кроме того толщина стенки в месте ввода должна обеспечивать нужные 5 витков резьбы, что увеличивает материалоёмкость такой коробки. Для коробки с видом взрывозащиты «е» отверстия под кабельные вводы могут не иметь резьбы, то есть кабельные вводы могут применяться с гайками.

Кроме того, что применение вводной коробки с видом взрывозащиты «е» позволяет улучшить безопасность, это ещё заметно удешевляет светильник. Например области под коробку в отливке корпуса не нужно выдерживать испытания на взрыв и статическое давление, то есть стенки коробки могут быть тоньше, чем у варианта «d».

Крышка, закрывающая коробку с видом взрывозащиты «d» должна выдерживать внутреннее давление, как статическое, так и динамическое, то есть быть более прочной. Для обеспечения прочности стенок коробки и наличие утолщений в местах нарезания резьбы под кабельные вводы необходимо увеличивать материалоёмкость как корпуса, так и крышки вводной коробки, а значит и цену. Кроме того соединение коробки с её крышкой в варианте «d» должно удовлетворять всем требованиям взрывозащищенных соединений, то есть будет необходима специальная обработка, что усложняет и удорожает технологию изготовления.

В светильнике с коробкой вида «d» должны применяться соответствующие кабельные вводы с тем же видом взрывозащиты. Они значительно дороже кабельных вводов вида «е», которые могут быть, например пластиковыми, то есть гораздо более дешевыми.

Всё это говорит о том, что светильник с коробкой вида «d» будет по этим причинам заметно дороже светильника с коробкой вида «е», и при этом менее безопасным в применении.

Применение в единой конструкции корпуса (одной отливки) двух областей с разными видами взрывозащиты, например область со светодиодами и драйвером – вид «d», а область вводной коробки – вид «е» вполне допустимо. При сертификации на «d» испытывают только одну область.

Для подвода проводов к светодиодам, то есть на переходе из зоны «e» в зону «d», в светильнике должен применяться специальный «проходник», спроектированный с выполнением всех требований соответствующих стандартов к таким устройствам. В нем провода должны быть герметично залиты специальным образом.

Нужно отметить, что с точки зрения взрывозащиты вида «d» требования и параметры испытаний зависят от объёма оболочки. Поэтому к оболочке, включающей в себя светодиоды и отдельный драйвер приведет к увеличению объёма, а соответственно к усилению требований, и как следствие увеличению материала корпуса и в конечном счете заметному удорожанию. Отдельные драйверы большой мощности обычно имеют достаточно большие габариты.

Кроме того применение отдельного драйвера как в единой области «d» совместно со светодиодным модулем, так и при размещении его в отдельной области «d» корпуса, значительно ухудшает теплоотвод. Именно поэтому применение модуля DOB (Driver-on-Board), когда светодиоды и драйвер находятся на одной алюминиевой подложке, в светодиодных взрывозащищенных светильниках с видом взрывозащиты «d» предпочтительней (см. ниже).

Светопропускающие элементы светильников

В отличие от другого оборудования светильники должны иметь светопропускающие элементы – рассеиватели. В связи с требованиями вида «d» они должны выдерживать все виды испытаний, механический удар, тепловой удар (перепад температур), динамическое воздействие при внутреннем взрыве и статическое воздействие при испытаниях на взрывоустойчивость.

Традиционно в светильниках с видом взрывозащиты «d» применяют три вида материалов для изготовления рассеивателей – боросиликатное стекло (обычно это литые колпаки), закаленное плоское стекло (сталинит) или поликарбонат.

В большинстве случаев в светодиодных светильниках светодиоды расположены в одной плоскости, поэтому наиболее оптимальным в таком случае является применение плоского закаленного стекла. Для расширения области применения светильников методом увеличения количества видов светораспределения можно светодиодами имитировать лампу и применять колпаки из поликарбоната или боросиликатного стекла (см. ниже). Нужно отметить, что имитация лампы должна в том числе обеспечивать теплоотвод от светодиодов на корпус в отличие от светодиодных ламп.

В вопросах конструирования рассеивателя необходимо учитывать, что, например для боросиликатного стекла увеличение толщины для прочности приводит к ухудшению при испытаниях на тепловой удар. При увеличении толщины нагретое стекло чаще лопается при поливании струёй холодной воды, что требуется на испытаниях.

Определение материала и толщины рассеивателя в конкретной конструкции светильника лучше всего производить на основе опыта проектирования и испытаний. Технология производства, например боросиликатного стекла не обеспечивает стабильности параметров, их прочность при динамическом и статическом воздействии зависит не только от геометрии, но и в немалой степени от технологии изготовления.

При использовании рассеивателей в виде колпаков, нужно иметь в виду, что, например для колпака из боросиликатного стекла нужно в его геометрии избегать концентрации напряжений в местах закрепления колпака в корпусе – переход от цилиндрической части колпака к буртику должен быт либо по большому радиусу, либо по конусу. Для варианта колпака из поликарбоната нужно учитывать факт его деформации при статическом давлении, для исключения его «вырыва» из корпуса на испытаниях нужно применять специальные меры, например переменное утолщение буртика заделки. Такие решения особенно нужны для прохождения испытаний статическим давлением на взрывоустойчивость. Как показывает опыт, например разрыв боросиликатных колпаков на таких испытаниях происходит достаточно часто из-за разброса параметров при их производстве.

В конструкции светильника с видом взрывозащиты «d» для обеспечения взрывонепроницаемости оптимальным является герметичная неразборная заливка стекла изнутри в обечайку – часть корпуса, которая потом соединяется с основным корпусом с выполнением всех требований к взрывозащите такого вида. Для заливки можно применить, например, компаунд на основе полиуретана.

По требованию стандарта кроме заливки должен дополнительно применяться механический способ крепления стекла. Для этого, в случае круглого стекла, можно применить резьбовое фиксирующее кольцо либо стопорные кольца по ГОСТ 13942.

Учитывая, что светильник может иметь широкий диапазон рабочих температур, в конструкции этого узла необходимо учитывать разницу в коэффициентах теплового расширения металла и стекла. Неправильный расчет зазоров для заливки может привести либо к разгерметизации, либо стекло может лопнуть, при нагрузке оно, как известно, «не умеет» деформироваться. Для поликарбонатного колпака заливка может не понадобиться.

В случае выполнения требований к рассеивателю по удару энергией 4 Дж, согласно ТР ТС 012-2011 – в светильнике не требуется применение защитной решетки.

Отсюда необходимо сделать правильный вывод – те светильники, у которых наличие защитной решетки обязательно – не прошли испытания на удар, то есть стекло от удара в 4 Дж разрушилось. Но стекло может разрушиться, не только от удара, а например при штатном срабатывании взрывозащиты вида «d» – при внутреннем взрыве,  и привести к аварии. Даже если светильник прошел испытание при сертификации и при внутреннем взрыве стекло выдержало, вероятность его разрушения при внутреннем взрыве для светильника, у которого требуется применение защитной решетки значительно выше, особенно с учетом разброса параметров при изготовлении таких колпаков.

 Вывод: светильник, у которого требуется применение защитной решетки имеет более слабое, то есть более хрупкое стекло. В таком случае применение светильника, у которого защитная решетка не требуется – гораздо более безопасно. И это нужно иметь в виду при выборе светильника. А при проектировании добиваться того, чтобы рассеиватель выдерживал необходимое требование. Не все это, к сожалению, понимают, а решетку считают преимуществом, хотя это недостаток. Решетка в светильнике может быть допустима в любом случае, но обязательного её применения при проектировании нужно избегать.

Для вида взрывозащиты «d» нужно не забывать, что рассеиватель должен выдерживать не только испытания на удар, как и все другие, но также внутренний взрыв и статическое давление при испытаниях на взрывоустойчивость.

Про испытания на удар нужно сказать отдельно. В стандартах на взрывозащиту в последних редакциях было введено существенное изменение. Ранее об ударе по колпаку было указано конкретно куда нужно бить – в купол. Это наиболее прочная часть колпака. Теперь место для удара выбирает испытатель лаборатории органа по сертификации из соображений наибольшей уязвимости. Чаще всего это удар в бок колпака. Многие такие колпаки имели цилиндрическую или коническую часть, которая в большинстве случаев не выдерживала этих испытаний.

Цилиндрическая или коническая часть колпаков была необходима в основном для ламповых светильников, когда нужно было увеличить высоту без изменения диаметра. При разработке светодиодных светильников с целью создания светораспределения, аналогичного лампе должно быть достаточно высоты колпака при его форме в виде полусферы. Это значительно увеличит прочность, при этом правильное расположение модулей даже при низком колпаке обеспечит КСС типа «М» (см. ниже).

Светильники группы I

Разрабатываемый светильник может иметь «шахтное» исполнение, то есть относиться к группе I. Технически это не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Удорожание такого светильника может быть только из-за применения других материалов для изготовления корпусных деталей (см. ниже). Конструктивные отличия от светильников, относящимся к группе II минимальны.

Для применения светильников в подземных выработках шахт и их наземных строениях, опасных по рудничному газу и (или) горючей пыли нужно на сертификации пройти испытания на соответствие требованиям к группе I. При проектировании таких светильников нужно учитывать два важных отличия от светильников групп II и III.

Во первых при испытаниях на удар по корпусу, его энергия будет 20 Дж, в отличие от 7 Дж для других групп. То есть корпус должен быть более прочным. Здесь нужно обратить внимание на то, что при испытаниях на удар учитываются как недопустимые только те повреждения, которые приводят к нарушению средств взрывозащиты, например сквозное отверстие во взрывонепроницаемой оболочке или нарушение герметичности в соединении её частей. Вмятины на корпусе или нарушение герметичности вводной коробки с видом взрывозащиты «е» при ударе по кабельному вводу (что возможно) не являются нарушением средств взрывозащиты. В этом ещё одно преимущество вводной коробки с видом взрывозащиты «е».

По требованию стандарта на вид «е» – если в оболочке есть неизолированные токоведущие части, что в светильниках практически не бывает – степень защиты должна быть не ниже IP54. Если внутри только изолированные проводящие компоненты – достаточно IP44. То есть, если после испытаний на удар коробка из состояния IP66 «перешла» в состояние IP44, то это может быть вполне допустимо. Для варианта «d», такой «переход» может нарушить взрывонепроницаемость и не допускается. Для гарантии выдерживания корпусом удара 20 Дж можно в нужных местах (в местах ввода кабеля) применить дополнительные ребра жесткости. При применении технологии литья это не сложно и не приведет к заметному увеличению материалоёмкости.

Во вторых, ввиду того, что с недавнего времени применение алюминия в таких изделиях запрещено, основные детали светильника должны быть отлиты из другого металла, например из цинка. Как говорят специалисты-литейщики, применение оснастки, изготовленной для литья алюминия допустимо для литья цинка. То есть при подготовке производства такого светильника можно предусмотреть изготовление его деталей как из алюминия, так и из цинка. Переделка пресс-форм не требуется. Такую возможность подтверждает реальный опыт. Это позволяет спроектировать светильник, выполняющий требования всех трех групп.

Запрет применения алюминия связан с тем, что при ударе по алюминиевому корпусу стальным изделием, содержащим оксид железа (ржавым) может образовываться термит. Как показывают опыты, энергии удара может быть достаточно для начала реакции. А реакция образования термита  Fe₂​O₃​+2Al→2Fe+Al₂​O₃ является экзотермической с выделением большого количества тепла, которое может воспламенить метан. Температура реакции может достигать 3000℃. Нужно иметь в виду, что теплопроводность у цинка меньше, чем у алюминия, поэтому возможно будет необходимо уменьшение максимальной мощности при той же конструкции радиатора (см. ниже).

Кстати сказать, применение стали в качестве материала корпуса не запрещено, хотя при ударе сталь по стали возникновение искры гораздо более вероятно, чем при ударе стали по алюминию. Видимо считается, что энергии такой искры недостаточно для воспламенения метана. Возможно такое решение связано не только с термитной реакцией. Оно привело к значительному удорожанию «шахтных» светильников с ухудшением их параметров.

Возможная универсальность конструкции

Без особых затрат, применяя для отливок корпусных деталей алюминиевый сплав с низким содержанием меди, специальное покрытие и кое-что ещё, такой светильник может достаточно легко пройти все виды необходимых испытаний и на него не сложно будет получить одобрение «Морского регистра» для его применения на судах, морских нефтяных платформах и в прибрежных районах, в том числе на севере, а это очень перспективно.

В ближайшее время будет расширяться освоение нефтяных месторождения в районе Северного Ледовитого океана и востребование взрывозащищенных светильников с одобрением «Морского регистра» будет значительно востребовано.

При необходимости, возможно производить светильники в разном климатическом исполнении, в том числе тропическом, для поставки на экспорт в жаркие страны. В ближайшее время это может стать актуальным.

Также возможно химостойкое исполнение такого светильника со специальным покрытием корпусных деталей, специальным материалом уплотнений и небольшой доработкой для применения в агрессивных средах.

Расширение области применения разрабатываемого светильника может сильно повлиять на скорость окупаемости затрат на подготовку его производства, в первую очередь на изготовление пресс-форм при применении технологии литья. В наше время наиболее актуальной задачей становится грамотное оформление рекламной информации и её распространение среди потенциальных потребителей.

Препятствием в этом является в первую очередь большой дефицит специалистов в области взрывозащиты, о чем к сожалению говорит информация, содержащая грубые ошибки на сайтах многих производителей таких светильников и другого взрывозащищенного оборудования.

2.ТЕПЛООТВОД.

Все знают, что светодиоды являются гораздо более эффективными источниками света, чем, например, лампы накаливания, но не все знают количественные характеристики этого различия, особенно при сравнении источников света по КПД.

Основная характеристика эффективности – световая отдача:

Лампы накаливания             –          10…14 Лм/Вт.

Лампа типа ДРЛ                   –          30…60 Лм/Вт.

Лампа типа ДРИ                   –          80…110 Лм/Вт.

Лампа типа ДНАТ                –          85…120 Лм/Вт.

Светодиоды                          –          100…200 Лм/Вт.

Параметр «световая отдача» показывает сколько подводимой к источнику электрической мощности, измеряемой в ваттах превращается в световой поток, измеряемый в люменах, а сколько в тепло. По сути этот параметр эквивалентен коэффициенту полезного действия (КПД). Но проблема заключается в том, что свет как «полезное действие» бывает разным – от монохроматического до белого со сплошным спектром. То есть люмены могут быть разными. Поэтому связь КПД со световой отдачей, например для белого света не может быть точно определена из-за разного спектра излучения у разных источников.

Белый свет может быть «по-разному» белый в зависимости от цветовой температуры и коэффициента цветопередачи – по сути от спектра излучения. Как правило – чем хуже цветопередача и чем холоднее свет, тем выше КПД. В среднем 100% КПД для «средне-белого» света в единицах эффективности это примерно 320…350 Лм/Вт. Источников белого света с более высокой световой отдачей не может быть в принципе. То есть понятно, что энергетический КПД не может быть более 100%. Чисто теоретическим пределом является величина световой отдачи – 683 Лм/Вт, которая может быть только  при монохроматическом источнике света с длиной волны 555 нм (желто-зеленый свет), то есть в области спектра, к которой человеческий глаз имеет максимальную чувствительность. Но это чисто теоретически, когда вся подводимая энергия превращается в свет. Практического значения это не имеет.

На примере лампы накаливания  при максимальной светоотдаче 10…14 Лм/Вт  КПД будет составлять около 3%, то есть лампа накаливания из всей подводимой энергии в свет превращает только эти 3%, а остальное – в тепло. Но лампа накаливания устроена так, что это тепло практически не наносит самой лампе никакого вреда.

Иногда считают, что светодиоды слабо греются или не греются совсем. Эт заблуждение приводит к тому, что потребители светодиодных светильников мало внимания уделяют конструкции таких светильников в части организации теплоотвода. Это особенно важно при мощности светильника выше 20 Вт. Конструкция радиатора охлаждения в таком светильнике имеет решающее значение с точки зрения его качества и срока службы. Светодиоды хоть и «терпеливые», но от перегрева быстро деградируют и выходят из строя. Но это не лампочки, они дороже. Поэтому при выборе светильника необходимо обращать особое внимание конструкцию его корпуса-радиатора.

У современных светодиодов средняя световая отдача порядка 160 Лм/Вт, то есть они имеют КПД порядка 50%. Эта величина со временем будет безусловно возрастать. Это чисто техническая задача, связанная со свойствами применяемых материалов и технологией изготовления светодиодов. Приближение к максимуму, как это бывает в подобных случаях, будет происходить с замедлением

 Итак: современные светодиоды как минимум половину подводимой к ним энергии превращают в тепло. Важно то, что это тепло вредит самим светодиодам – при перегреве они могут выйти из строя, или как минимум деградировать, то есть заметно уменьшить свою световую отдачу.

 Вывод: во избежание перегрева тепло должно быть отведено от светодиодов. Отвод тепла должен быть исключительно во внешнюю среду.

Для того, чтобы понимать, какие меры нужно предпринять для этого отвода тепла, нужно хорошо себе представлять как, то есть какими путями тепло может уходить во внешнюю среду от источника тепловыделения. Использование каждого из этих путей требует своего конкретного технического решения.

Способы передачи тепла

На рисунке 4 показаны все три существующие пути отвода тепла от нагретого тела во внешнюю среду – это теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.  

           

Рис. 4. Способы передачи тепла

* Имеется в виду и далее рассматривается только естественная конвекция в условиях земной гравитации, то есть холодный воздух, как более тяжелый, подходит снизу, нагревается, забирая тепло у нагретого предмета и уходит вверх по закону Архимеда – без принудительного движения воздуха – ветра или вентилятора.

Теплопроводность, это вид теплопередачи при котором тепло передаётся от более горячего к более холодному телу за счет теплового движения молекул. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности. Измеряется в Вт/(м·К). Наибольшую теплопроводность имеют металлы. По возрастанию теплопроводности это например: сталь-алюминий-медь-серебро.

Что касается эффективности конвективного охлаждения, то она зависит от площади соприкосновения с внешней средой, коэффициента теплоотдачи (Вт/(м²·К)), скорости движения воздуха около поверхностей радиатора и разности температур радиатора и среды.

Тепловое (инфракрасное) излучение это электромагнитное излучение в рамках оптического, но с длинной волны большей, чем у красного света. Любое нагретое тело его излучает.

Все эти пути отвода тепла определяются  конструкцией радиатора, то есть материалом радиатора, количеством, толщиной и высотой ребер, расстоянием между ребрами, положением светильника в пространстве и т.д.

Процент влияния на общий теплоотвод каждого из этих путей зависит от многих факторов. Например отвод тепла посредством инфракрасного излучения сильно зависит от температуры нагрева и при достаточно низких температурах им можно пренебречь.

Виртуальный эксперимент

 Для иллюстрации необходимости теплоотвода от светодиодов были проведены расчёты в программе «Flow Simulation» – «виртуальный» эксперимент. Как показывает опыт применения этой программы для тепловых расчетов, она даёт достаточно близкие к реальности результаты. В ней применяется численный метод расчета – метод конечных элементов, в котором твердые тела разделяются на огромное количество трехмерных элементов – построение 3d-сетки. Расчет для каждого элемента проводится отдельно с учетом всех параметров и свойств материалов, контактов и переходов  между деталями и т.д. Окружающая среда также делится на элементы для последовательного расчета конвекции и теплового излучения. Это очень трудоёмкий  процесс и происходит достаточно долго даже на мощных компьютерах. Но аналитический подход в решении задач теплоотвода сильно упрощен. В МФТИ ходила такая байка: для решения задачи теплообмена с воздухом тела лося в лесу предполагалось, что лось в лесу  это цилиндр в вакууме… При этом расчетные формулы получались достаточно простыми. Мем «цилиндрический лось в вакууме» стал популярным среди теплофизиков, критикующих аналитический подход в расчетах.

В отличие от аналитических методов результаты численных расчетов достаточно правдоподобны. Об этом говорит опыт применения «Flow Simulation».

Исходные данные для расчета были такие:

– Имеется кубический бокс с внутренними размерами – 100 х 100 х 100 мм.

– Материал бокса – алюминий, толщина стенок 3 мм. Бокс заполнен воздухом.

– Вокруг бокса и внутри него воздух с температурой 20℃.

– В центре бокса находится алюминиевый шарик диаметром 1 см.

– Никаких связей шарика со стенками бокса нет, это чисто теоретический случай для изучения и понимания влияющих на теплоотвод факторов.

– Шарик является объёмным источником тепловыделения.

– Принудительное движение воздуха отсутствует, рассматривается только естественная конвекция.

– Перед началом расчёта установлено термодинамическое равновесие – температура бокса и его внутренностей равна температуре воздуха окружающей среды.

В соответствии со вторым началом термодинамики – стремление любой системы прийти к термодинамическому равновесию нельзя остановить, поэтому в любом случае при неизменных условиях после начала тепловыделения шариком через какое-то время используя все три, указанные выше пути передачи тепла от шарика во внешнюю среду это равновесие установится, то есть количество выделяемого шариком тепла будет в точности равно количеству тепла, уходящему во внешнюю среду. При этом будет достигнута минимально возможная в этих условиях температура шарика. Задача расчёта – определить эту температуру.

               

Рис. 5 Бокс с шариком

                                                     

Мощность – 1 Вт – 302 ℃                 Мощность – 5 Вт – 575 ℃              Мощность – 10 Вт –                                                                                                                                        шарик расплавился

 Рис. 6. Результаты расчёта.  Температура шарика при разных мощностях тепловыделения:

Оценка результатов расчета

 – Даже при мощности тепловыделения – всего 10 Вт температура источника этого тепловыделения в этих условиях превышает температуру плавления алюминия! (660,3 °C)

– При такой конструкции и таких условиях теплопроводности воздуха, внутренней и внешней конвекции и теплового излучения недостаточно для приемлемого отвода тепла от шарика во внешнюю среду. С точки зрения теплоотвода это наихудшие реальные условия (если рассматривать внутри бокса вакуум, то это ещё хуже, но совсем не реально).

– Интуитивно понятно, что эффективность теплоотвода можно увеличить выбором материала с высокой теплопроводностью, передающего тепло от шарика во внешнюю среду, уменьшением количества и улучшением качества тепловых переходов, то есть уменьшением теплового сопротивления контактов, увеличением количества и скорости отдачи тепла во внешнюю среду за счет увеличения площади соприкосновения корпуса с внешней средой и т.д.

– Главное в понимании – не упускать из виду стремление системы к достижению термодинамического равновесия, когда количество выделяемого тепла источником в точности равно количеству тепла, уходящего во внешнюю среду.

 Для светодиодного светильника температура модуля В ЛЮБОМ СЛУЧАЕ (если не сгорит) повысится до величины, обеспечивающей термодинамическое равновесие! То есть в соотношении скоростей отвода тепла по трем путям с нагревом будет преобладать тепловое излучение.

В приведенном примере с возрастанием температуры шарика значительно увеличивался процент отвода тепла путем инфракрасного излучения, если бы шарик не расплавился, его температура неизбежно достигла бы величины, обеспечивающей передачу всего, выделяемого им тепла во внешнюю среду. Такой пример полезен для понимания принципов теплоотвода.

Кроме этого можно привести ещё два примера из области «бытового» понимания теплофизики, позволяющего лучше понять что такое тепло и как оно может передаваться.

 Первый пример. Часто можно услышать такую фразу – «температура в тени …℃». Большинство людей на вопрос «Где температура выше – на солнце или в тени?» отвечают неверно – «Конечно на солнце». Видимо потому, что на солнце людям жарко, а в тени прохладно, а почему это так и при чем тут воздух – никто не задумывается. Главное в понимании этого вопроса – подумать о сути: имеется в виду температура чего? Понятно, что все говорят о температуре воздуха. Но между «тенью» и «не-тенью» нет стены, поэтому воздуху, находящемуся в постоянном движении, ничего не мешает постоянно перемешиваться. Без учета очень небольших  локальных отклонений температура воздуха естественно в тени и на солнце будет одинаковой. Аргументом против этого могут выступать показания термометра, расположенного на солнце. Но в этом случае он покажет не температуру воздуха, а температуру термометра, нагретого тепловым излучением солнца. Именно инфракрасное излучение солнца в этом случае является решающим, а теплопроводность воздуха и конвекцию в этих условиях можно не учитывать. Положенный на солнце лист железа нагреется очень сильно, но не от воздуха. А человек на солнце может согреться даже при отрицательной температуре воздуха.

 Второй пример. На вопрос «Какая температура в космосе?» многие начинают задумываться, вместо того, чтобы выяснить главное – температура чего? В космосе вакуум, там нет температуры (если не говорить о температуре «реликтового излучения», но это «из другой оперы»). Температура вещества определяется скоростью движения его молекул. Нет молекул – нет температуры. А задумываются люди при ответе на такой вопрос подсознательно о том, какая будет температура предмета, находящегося в космосе. Тут как раз и полезно вспомнить о трех путях передачи тепла – причем как к предмету, так и от него. Понятно, что в вакууме остается только один – тепловое излучение. Можно ещё учитывать теплопроводность самого предмета, но только для рассмотрения распределения тепла внутри него. Например та его часть, которая направлена к солнцу будет естественно горячее, а температура противоположной части тела будет полностью зависеть от теплопроводности материала. Если предмет будет небольшим, плотным и сделанным их хорошо проводящего тепло материала, то температура со всех сторон будет примерно одинаковой. Но какой? Из принципа термодинамического равновесия понятно, что всё полученное от солнца тепло должно уйти во внешнюю среду, причем тем же путем – через излучение, других путей там нет. Поэтому температура предмета будет повышаться до обязательного достижения такого равновесия. С ростом температуры предмета отвод от него тепла излучением возрастает достаточно быстро, пропорционально 4-й степени температуры. Как показывают расчеты металлический шар диаметром 1 метр в космосе не сильно далеко от земли нагреется примерно до 300℃. Поэтому в космосе «утилизация» полученного от солнца тепла может быть одной из проблем.

Связь с видом взрывозащиты

Как сказано выше оптимальным решением для взрывозащищенного светодиодного светильника является вид взрывозащиты «d» с технологией изготовления корпусных деталей методом литья металла под давлением. Такое решение оптимально не только с точки зрения взрывозащиты, но и с точки зрения организации наилучшего теплоотвода, что для светодиодов является одним из главных условий для обеспечения качества и увеличения срока службы. Большинство конструкторских решений, связанных с увеличением площади конвективного и радиационного теплоотвода одновременно решают вопросы прочности взрывонепроницаемых оболочек, например наличие ребер. Этим обстоятельством нельзя не воспользоваться. Оно решает задачу как улучшения безопасности, так и создание щадящего теплового режима работы для светодиодов, что значительно увеличивает срок их службы.

Нужно отметить, что эта технология оптимальна для любых светодиодных светильников, не только взрывозащищенных. Главное при её применении это предварительный расчет теплоотвода, что для светодиодных светильников является самым важным, особенно для мощных вариантов. Без таких расчетов можно сильно увеличить материалоёмкость при ухудшении качества теплоотвода.

Применение «Flow Simulation»

Ввиду достаточно большой сложности учета всех, указанных выше путей отвода тепла от светодиодного модуля, при проектировании таких светильников, в первую очередь – корпусов-радиаторов, необходимо применять специальные программные средства. При 3d-моделировании корпусных деталей в программе «SolidWorks» наиболее эффективно для тепловых расчётов применить программу «Flow Simulation», упоминаемую ранее.

Примеры результатов расчета (картина температуры на поверхности) в «Flow Simulation» показаны на рис. 7, 8, 9.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Такие программы, работающие по принципу конечных элементов, решают не прямую задачу – «вычисление» необходимой конструкции для получения заданных выходных параметров, а обратную – вычисление выходных параметров при заданной конструкции радиатора, то есть для поиска оптимального решения нужен многократный расчет с поиском взаимозависимостей параметров и нахождением компромиссов.

При переборе входных конструктивных данных и многократных расчетах, они позволяют найти оптимальные компромиссные решения для радиатора охлаждения – количество, толщину и высоту ребер, расстояния между ребрами, их расположение с учетом основного рабочего положения светильника и т.д. Такой подход позволяет обнаружить большинство зависимостей конечного параметра – температуры светодиодов от характеристик радиатора при заданной конструкции.

Как показывает опыт применения этой программы, многие решения, принимаемые на основе таких расчетов являются не очевидными с точки зрения «логики». Например при увеличении высоты ребер, что казалось бы очевидно необходимым, охлаждающий воздух достигая температуры радиатора, прекращает забирать у него тепло и становится препятствием, что ухудшает теплоотвод. Или, например уменьшение толщины ребер с целью увеличения площади охлаждения также без таких расчетов может быть ошибочным из-за увеличения теплового сопротивления.

Кроме «картины на поверхности», показанной на рисунках, в результате расчета можно увидеть, например, изменение плотности теплового потока в разных сечениях, изменения скоростей движения воздуха, его завихрений и многие другие параметры и характеристики, связанные с теплоотводом. Это позволяет детально оценивать все конструктивные изменения радиатора и влияние их друг на друга.

Расчет во «Flow Simulation» производится многократно для выявления оптимальных решений для всех параметров радиатора. Зависимость эффективности охлаждения, то есть температуры в самой горячей точке от конкретного параметра радиатора практически всегда имеет свой максимум. Такой расчет это всегда поиск компромисса.

Рассчитать параметры радиатора вручную с учетом всех подобных «нюансов» достаточно сложно. А решения «на глаз с запасом» часто приводят к неоправданному увеличению материалоёмкости и цены часто при ухудшении параметров теплоотвода. Применение «логики» часто бывает ошибочным.

О минусах других решений в вопросах теплоотвода.

Часто современные светодиодные светильники делают из алюминиевого профиля, изготавливаемого методом экструзии (см. рис. 10). В профильных вариантах светильников очень часто их оптическая ось перпендикулярна оси профиля, что значительно ухудшает конвективное охлаждение. Воздух при естественной конвекции движется не вдоль ребер как нужно, а поперек. Если в светильнике профиль расположить вертикально, то возникают другие обстоятельства, ухудшающие теплоотвод. При вертикальном расположении профиля для того, чтобы светодиоды светили вниз, требуется как минимум одна дополнительная деталь, устанавливаемая перпендикулярно профилю – панель для крепления к ней светодиодного модуля (или сам модуль). Отсутствие прилегания к радиатору (профилю) всей поверхностью и дополнительный тепловой переход, который будет иметь большое тепловое сопротивление из-за малой площади прижима, не обеспечат нужный теплоотвод, перегрев в центре модуля будет неизбежным. Кроме того для взрывозащищенных светильников в такой конструкции значительно труднее организовать взрывозащиту вида «d», наиболее подходящую для таких светильников (см. выше). 

Рис. 10

О конструкции корпуса-радиатора сделанном литьём.

Как было сказано, эффективность конвективного охлаждения во многом зависит от площади внешней поверхности радиатора, контактирующего с воздухом. Например, для светильников с предельной рабочей температурой до +60°C при проектировании светильника нужно исходить из того, что удельная площадь радиатора должна быть не меньше 50…60 квадратных сантиметра на один ватт мощности. При этом конечно же нужно учитывать и другие параметры радиатора, иногда увеличение площади радиатора может ухудшить теплоотвод.

Максимальное выделение тепла производит сам светодиодный модуль. Поэтому для максимизации теплоотвода в конструкции светильника нужно выполнить три важных условия:

– Модуль должен прилегать к радиатору всей своей поверхностью, без дополнительной панели и, как следствие дополнительного теплового перехода со своим тепловым сопротивлением.

– В зоне прилегания по всей площади модуля должно быть утолщение радиатора для ускорения распространения тепла и передачи его на ребра охлаждения (см. ниже).

– С обратной стороны по отношению к модулю на радиаторе должны находиться ребра охлаждения для конвективной и радиационной передачи тепла во внешнюю среду. Ребра должны быть рассчитаны (оптимизированы) по количеству, толщине, форме, высоте и расстоянию между ними. Нужно иметь в виду, что точка максимального нагрева это центр модуля, в первую очередь именно от него нужен максимально быстрый отвод тепла. Наиболее частая ошибка в конструкции таких светильников, это либо отсутствие прилегания модуля к радиатору всей поверхностью когда драйвер питания находится под модулем (или панелью с модулем), либо отсутствие ребер охлаждения на радиаторе с обратной стороны, когда там находится область с отдельным драйвером.

Как видно, спроектировать оптимальное решение для такой конструкции корпуса светильника с тремя областями – область модуля (вид «d»), область драйвера (вид «d») и область вводной коробки (вид «е»), учитывая, что над областью модуля не должно быть других областей, достаточно не просто. Кроме того области «d» должны быть закрыты с выполнением требований взрывонепроницаемых оболочек. Такое решение приведет к значительному увеличению габаритов, а соответственно массы и цены. Более оптимальное решение показано ниже.

Отвод тепла от драйвера

Драйвер сам по себе является источником тепловыделения. Нужно не забывать основной принцип теплоотвода – количество выделяемого драйвером и светодиодами тепла должно быть в точности равно количеству тепла уходящему во внешнюю среду. При нарушении этого условия тепло будет накапливаться и температура внутри будет возрастать до достижения такого равновесия. Теоретически – при исключении теплообмена с внешней средой, или если количество тепла, уходящее во внешнюю среду будет хоть  немного меньше выделяемого источником тепла, тепловой источник предельно малой мощности приведет к неограниченному росту температуры внутри до полного расплавления. Такой теоретический пример позволяет хорошо понять принцип теплоотвода.

Организовать отвод тепла от драйвера на корпус светильника и во внешнюю среду достаточно проблематично – это можно сделать только через место контакта драйвер-корпус, внутреннюю конвекцию и теплопроводность воздуха, а при низкой теплопроводности корпуса драйвера, который часто делают из пластика, и воздуха это малоэффективно. Инфракрасное излучение в этом случае можно не учитывать, оно может стать заметным при температуре, несовместимой с «жизнью» драйвера. Если, например, применить заливку драйвера компаундом с повышенной теплопроводностью как внутри него, так и в корпусе светильника с целью теплоотвода, как делают некоторые производители, то это приведет к тому, что светильник окажется одноразовым, то есть не ремонтопригодным, а это большой минус – вышедший из строя светильник по вине драйвера нужно менять целиком. Статистика показывает, что выход из строя светодиодного светильника связан в основном с выходом из строя именно драйвера.

Преимущество решений с модулями DOB

В связи с трудностями отвода тепла от драйвера, лучшим решением является применение модулей DOB (технология Driver-on-Board). Не все знают, что эта технология за последнее время значительно прогрессировала. В таком решении драйвер питания находится на той-же алюминиевой подложке, что и светодиоды. При этом обеспечивается как теплоотвод от драйвера, так и максимальная ремонтопригодность – замена модуля с драйвером возможна без демонтажа светильника, что с точки зрения эксплуатации таких светильников является не маловажным преимуществом. У большинства, впервые столкнувшихся с таким решением возникает вопрос о цене. Казалось бы, что замена вышедшего из строя отдельного драйвера питания при сохранении светодиодов будет дешевле. Но стоимость отдельного драйвера по сравнению с решением DOB заметно больше. Применение отдельного драйвера однозначно ухудшает теплоотвод и безопасность по взрывозащите. В  случае отдельного драйвера для улучшения теплоотвода нужен будет корпус значительно большего размера, что скажется на его цене.

Нужно понимать, что требования по перегреву для светодиодов и элементов драйвера примерно одинаковые, то есть обычно предельная температура – до 85°C. Обеспечение теплоотвода от светодиодов, безусловно необходимое, обеспечит также теплоотвод от критичных к перегреву элементов драйвера. Драйвер дает не более 5% к тепловыделению светодиодов. В решении DOB хороший радиатор при правильном его расчете обеспечит охлаждение драйвера гораздо лучше, чем в решении с отдельным драйвером.

С момента первого появления на рынке подобного решения – модулей «Arciche» от корейской фирмы «Seoul Semiconductor» прошло достаточно много времени. Первые такие решения имели массу недостатков, например очень высокий коэффициент пульсаций. Это оставило свой «ментальный след»… У некоторых потребителей и производителей осталось предвзятое отношение к похожим с виду решениям, хотя решение DOB это теперь уже далеко не «Arciche». Корейские модули типа «Arciche» и сейчас распространены, например в дешевых светильниках для ЖКХ, но не нужно их путать с решениями DOB.

 Сегодня, если оценивать и сравнивать качество отдельного драйвера и драйвера на плате светодиодов (DOB), то плюсов решения DOB – таких как возможность эффективного теплоотвода, значительно меньшая цена и ремонт без демонтажа, гораздо больше, чем пока имеющихся минусов, таких как, например, меньший КПД драйвера. Применение светодиодов, эффективность которых сейчас доходит до 200 Лм/Вт и больше, в такой конструкции модуля значительно повышает его полную эффективность. При этом в вариантах DOB уже применяются такие плюсы, как уменьшение коэффициента пульсаций практически до нуля, увеличение коэффициента мощности, защита от скачков напряжения, защита от перегрева, уменьшение нелинейных искажений, обеспечение выполнения всех требований по электромагнитной совместимости и т.д.

Компаний, которые занимаются разработкой таких решений достаточно много. Плюсом такого решения является ещё и то, что крепежные и габаритные размеры модулей DOB являются заказными и не требуют большой цены и долгой подготовки их производства. Опытные образцы обычно делаются быстро и не дорого. Под любую конструкцию корпуса можно заказать специальный модуль по нужным габаритам, с заданными точкам крепления и с нужными параметрами, в том числе с возможным переключением потребляемой мощности, что может быть удобно как потребителю, так и производителю. Производитель может выпускать светильники разной мощности с применением в нем одного и того же модуля DOB с разным положением переключателя мощности. Радиатор светильника в таком случае должен быть рассчитан на максимальную мощность. Возможен вариант, когда потребитель сам переключает мощность светильника в процессе его эксплуатации. Но это вопросы больше маркетинговые, чем технические.

Возможность модернизации

Модули DOB являются сменными элементами комплектации. То есть будет возможна модернизация светильника – например, замена модуля на более эффективный или более мощный у купленного ранее светильника. С точки зрения потребителя это достаточно большое преимущество. Тем более, что вид взрывозащиты «d» этому не препятствует. При решении с DOB на вопрос возможной модернизации нужно обратить внимание с точки зрения маркетинга.

Тенденции технического развития в этой области направлены на улучшение характеристик, в том числе на увеличение эффективности светодиодов и увеличение КПД драйверов. Например, при появлении на рынке светодиодов с большей эффективностью и изготовлении на их основе модулей DOB, их можно будет применить в том же светильнике. При этом нужно иметь в виду, что с ростом эффективности уменьшается количество выделяемого тепла при той же потребляемой мощности или наоборот – то же количество тепла будет выделять модуль большей мощности. То есть, например, модуль с эффективностью 110 Лм/Вт и мощностью 100 Вт в том же светильнике можно будет заменить модулем с эффективностью 140 Лм/Вт и мощностью 120 Вт. Световой поток при этом возрастет не только из-за увеличения мощности, но и из-за увеличения эффективности. В данном примере: было 100х110=11000 Лм, а стало 120х140=16800 Лм, то есть увеличение на 52%. Теплоотвода будет достаточно, так как количество выделяемого тепла не изменится (!). В примере: у модулей выделяемая тепловая мощность будет примерно одинаковой – около 70 Вт. Увеличение эффективности это увеличение света и уменьшение тепла при потреблении той же мощности. Увеличение КПД драйвера также будет уменьшать выделение им тепла.

В этой связи при сертификации такого светильника есть смысл заявить и указать в сертификате больше мощность, чем существующие модули на момент сертификации. На испытания можно предъявить модуль, например, с тепловыми резисторами той же мощности, которая может быть у модулей в будущем в пределах 5 лет действия сертификата. С точки зрения испытаний имеет значение только нагрев модуля, который может повлиять на температурный класс, а будет он светиться или нет при сертификации на взрывозащиту значения не имеет. В рекламной информации до появления соответствующих модулей эти параметры светильников можно не указывать, это ничему не противоречит, главное чтобы мощность, указанная в сертификате была не меньше предлагаемой. Это позволит не нести затраты на повторную сертификацию, если появятся модули с большей эффективностью и большей мощности, чем были на момент сертификации. В наше время 5 лет прогресса в этой области могут многое изменить.

Нужно иметь в виду, что стоимость модуля DOB в стоимости такого светильника будет составлять только небольшую часть, значительно меньшую, чем в решениях с отдельным драйвером, поэтому любая модификация светильника с заменой модуля не будет сильно затратной. Кроме того по качеству и надежности такие решения на сегодня не уступают решениям с отдельным драйвером. Борьба на рынке идет больше маркетинговая, чем техническая. В конечном итоге скорее всего победит решение DOB с универсальными стандартизованными габаритами и креплением, по типу ламп. Производителям таких модулей останется только конкурировать между собой, улучшая параметры. А подходить они должны будут к любым светильникам, рассчитанным на применение таких стандартных модулей. Для потребителя это идеальное решение. Борьба идет среди производителей модулей – кто станет основоположником такого стандарта.

Оценка стоимости светильника с DOB

По предварительным расчетам на сегодняшний день, если предполагать применение модуля DOB, эффективного корпуса-радиатора при массе до 3,5 кг и эффективной площади охлаждения более 50 кв. см. на 1 ватт мощности, что вполне реально, стоимость материалов для варианта светильника 100 Вт на сегодня не будет превышать 3000 р. При достаточно высокой цене таких взрывозащищенных светильников на рынке, окупаемость затрат на разработку и подготовку производства будет быстрой, а рентабельность достаточно высокой. Соотношение цена-качество будет близко к максимально возможному. Светильник такой же мощности с отдельным драйвером будет дороже не только за счет стоимости комплектующих, но и за счет значительного увеличения массы корпуса, а значит и его цены, при неизбежном ухудшении теплоотвода, а значит и качества. Учитывая, что современные решения DOB по многим параметрам не уступают решениям с отдельным драйвером, а ухудшение теплоотвода неизбежно приведет к уменьшению срока службы как драйвера, так и светодиодов, соотношение цена-качество для решений DOB будет намного лучше.

Ускорение теплоотвода

Есть ещё один вопрос, связанный с отводом тепла от светодиодов во внешнюю среду, на который необходимо обратить внимание при конструировании светильников и их выборе.

Передача тепла во внешнюю среду может происходить по-разному, то есть с разной скоростью. Это зависит от внутренней конструкции светильника, количеству и качеству тепловых контактных переходов, теплового сопротивления на этих переходах, теплопроводности применяемых материалов, условий внутренней конвекции, применения качественной термопасты и т.д.

В упрощенном виде это можно представить так:

У светильников одинаковой мощности со светодиодами с одинаковой эффективностью в условиях термодинамического равновесия, когда количество выделяемого источником тепла и отводимого во внешнюю среду в точности равны – средняя температура будет одинаковой, но разница между температурой самой горячей точки внутри, обычно в центре модуля, и самой холодной снаружи корпуса-радиатора будет разной. Причем чем больше эта разница, тем ниже температура корпуса и выше температура в самой горячей точке и тем в более худших тепловых условиях находятся светодиоды.

Отсюда вывод, полезный для выбора светильника – из светодиодных светильников одинаковой мощности лучше тот, у которого температура корпуса выше. Обычно на вопрос –«Какой из светодиодных светильников лучше – холодный или горячий?» – многие отвечают неправильно.

Как было сказано, увеличение толщины стенки корпуса, к которой изнутри прилегает модуль заметно увеличивает скорость отвода тепла и уменьшает разницу температур между самой горячей и самой холодной точками радиатора. Эта характеристика эффективности охлаждения является одной из самых главных, но производители обычно ее не указывают, а может, к сожалению, не измеряют и не знают.

Кроме того, при увеличении температуры внешней поверхности корпуса достаточно сильно возрастает теплоотдача во внешнюю среду посредством инфракрасного излучения. Усиление такого способа отдачи тепла пропорционально 4-й степени температуры.

При проектировании светильника нужно не только увеличивать эффективность конвективного и радиационного охлаждения за счет увеличения площади поверхности радиатора, контактирующего с воздухом внешней среды, но и внутри светильника добиваться уменьшения количества тепловых контактных переходов и уменьшать их тепловое сопротивление, например с помощью применения термопасты.

Увеличение толщины радиатора в месте прилегания к нему модуля решает ещё одну важную задачу, касающуюся взрывозащиты. У варианта «d» к оболочкам есть требование минимальной толщины. То есть, например от «дна» отверстия под винты до внешней стороны оболочки должно быть не менее 3 мм. (см. рис. 11).

Рис. 11

Если толщина радиатора в области прилегания модуля будет достаточной, то отверстия для крепления модуля можно будет сверлить и нарезать в них резьбу в любом месте этой области. Это позволит легко менять в светильнике модули с разным расположением крепежных отверстий без изменения отливок радиатора, если под крепежные отверстия в отливке сделаны специальные утолщения (бобышки).

Достаточно будет просверлить крепежные отверстия в нужных местах. Например, если модуль крепить винтами М3, то толщина радиатора в области прилегания модуля должна быть не менее 9…10 мм. Такое утолщение и увеличение количества точек крепления решает в том числе вопрос ускорения теплоотвода. При этом удорожание отливки за счет увеличения массы будет не существенным.

Применение термопасты

Теплопроводность алюминия – 203,5 Вт/(м·К)

Теплопроводность термопасты (КПТ-8) – 0,7 Вт/(м·К)

Теплопроводность воздуха – 0,026 Вт/(м·К)

То есть теплопроводность термопасты в 291 раз хуже, чем у алюминия, а теплопроводность воздуха – в 7827 раз хуже, чем у алюминия и в 27 раз хуже, чем у термопасты.

При нанесении термопаста должна заполнять только(!) воздушные зазоры в шероховатости поверхности как корпуса, так и модуля, увеличивая теплопроводность в этих местах в 27 раз и не препятствовать контакту металл-металл(!). Увеличение или уменьшение количества термопасты будет ухудшать теплоотвод! (см. рис. 12)

Рис. 12. Применение термопасты

Кроме этого необходимо учитывать возможность изгибания модуля при его прижиме к радиатору. Изгибы могут образовывать небольшие воздушные полости, ухудшающие теплоотвод. Это решается выбором материала подложки модуля (твердости), его толщины и специальным способом размещения точек прижима, например в шахматном порядке. В поиске «твердости» нужен компромис – обычно более твердые марки алюминия имеют меньшую теплопроводность.

Про загрязнение радиатора

Иногда можно услышать мнение, что «ребристый» радиатор светильника в условиях производства, особенно пыльного, достаточно быстро загрязнится и отвод тепла прекратится.

Это «не совсем» верное утверждение. Отвод тепла прекратить нельзя, это принцип термодинамического равновесия, а оно достигается безусловно и неизбежно в любых условиях.

Загрязнение влияет на два фактора – уменьшение теплопроводности поверхностного слоя радиатора и уменьшение коэффициента теплоотдачи. Эти факторы приводят к замедлению передачи тепла во внешнюю среду и увеличению разницы температур – на поверхности радиатора и в самой горячей точке внутри. То есть температура модуля несколько возрастет. Но как показывают реальные измерения в подобных случаях ухудшение теплоотвода даже при сильном загрязнении радиатора не превышает 15%.

Для учета этой ситуации необходимо предусматривать такой запас по теплоотводу, чтобы температура светодиодов не достигла и не превысила критической при загрязнении радиатора.

Кроме того светильник с IP65 или IP66 позволяет легко избавляться от загрязнения без вреда для себя даже без его выключения.

Загрязнение радиатора влияет на теплоотвод не так критично, как многие считают.

Про светодиодные лампы

И еще об одном, часто не очень понимаемом факте, связанном с теплоотводом и светодиодами. Речь о применении светодиодных ламп. Как может быть уже понятно из всего вышесказанного, с отводом тепла у таких изделий могут быть серьёзные проблемы. Особенно в закрытых светильниках, а взрывозащищенные светильники, естественно все должны быть закрытыми.

Цоколь лампы находится под напряжением и через него отвод тепла на корпус невозможен. Применение же собственных радиаторов у ламп в закрытом светильнике ничего не даёт, конвекция будет только внутренней и приведет к выравниванию температуры воздуха внутри светильника и радиатора лампы, при этом дальнейшее охлаждение светодиодов этим путем прекратится. Останется только передача тепла посредством теплопроводности воздуха и инфракрасного излучения. Но воздух имеет очень низкую теплопроводность, а тепловое излучение при таком нагреве мало эффективно.

Но термодинамическое равновесие в любом случае будет достигнуто, всё тепло выделяемое светодиодами лампы должно уйти во внешнюю среду. В таких условиях в закрытом светильнике светодиоды ламп будут находиться в условиях значительного перегрева и быстро выходить из строя.

Именно поэтому применение светодиодных ламп во взрывозащищенных, да и в любых закрытых светильниках не рекомендуется. А светодиодные лампы большой мощности должны вызывать подозрение, оценивать их нужно именно с точки зрения теплоотвода. Обычно в закрытых светильниках нельзя применять светодиодные лампы мощностью более 8…10 Вт.

В закрытых светильниках даже применение ламп с герметичными колбами заполненными проводящим тепло газом (филаментных) практически ничего не даст.

Главное в понимании теплоотвода это принцип термодинамического равновесия:

ВСЁ тепло, выделяемое источником внутри светильника НЕИЗБЕЖНО будет в точности  равно теплу, уходящим во внешнюю среду.

При этом важной характеристикой теплоотвода является скорость этого процесса. А она в основном зависит от внутренней конструкции светильника.

Именно из этих соображений нужно оценивать любую конструкцию светодиодных светильников с точки зрения качества теплоотвода с учетом расчетного примера с шариком, когда 10 Вт тепловой мощности было достаточно для его расплавления.

3.СВЕТОТЕХНИКА

Хотя в некоторых вузах всё-таки преподают светотехнику, найти хороших специалистов в этой области не просто. Разработчики светильников как минимум должны хорошо понимать суть физических величин, применяемых в светотехнике, что имеет практическое значение. А суть в том, что в отличие от физических величин, применяемых в других разделах физики, светотехнические величины не совсем «объективны». Они учитывают свойства человеческого зрения – светом мы называем только то электромагнитное излучение, которое может воспринимать человеческий глаз.

В светотехнике всюду применяется так называемая «кривая видности» (см. рис. 13), то есть зависимость чувствительности глаза среднего человека от длины волны излучения, попадающего в глаз.

А для понимания принципов цветопередачи светильника, например, специалисты как минимум должны иметь представление о квантовых свойствах света.

Рис. 13

С точки зрения светотехники у светильников есть два основных параметра, по которым светильники подбирают для своих целей и сравнивают между собой. Это – световой поток, то есть – как сильно он светит? и светораспределение или «кривая силы света» (КСС), то есть – куда он светит? Без знания этих параметров светильники невозможно сравнивать между собой и невозможно подобрать нужный светильник. Потребителю в конечном счете нужна освещенность в определенных местах, а посчитать её, не имея КСС и величины светового потока невозможно. Типы КСС определяются в соответствии со стандартом на светильники (см. рис. 14).

Рис. 14 Типы КСС

Световой поток это вся «мощность света» вне зависимости от направления излучения. Ватты излучения «пропущенные через кривую видности» превращаются в люмены. Сила света – это световой поток в конкретном направлении, то есть «направленные» люмены превращаются в канделы. А КСС как раз показывает какое количество люменов в каких направлениях «улетает», то есть зависимость силы света от угла излучения. Освещенность площадки (в люксах) полностью зависит от количества кандел приходящих от источника, то есть от силы света в направлении площадки, от расстояния до источника и от угла падения света на площадку. Причем освещенность площадки никак не зависит от того, как хорошо эта площадка отражает свет. Освещенность, определяемая «на глаз» может быть обманчивой, например площадки, покрытые сажей с освещенностью 10 лк и 1000 лк будут выглядеть одинаково.

Всё это должно быть интуитивно понятно. Формулы знать не обязательно. Достаточно понимать – что от чего и как зависит.

О «яркости», как о наиболее сложном параметре будет сказано отдельно.

Нужно отличать световой поток светильника и световой поток источника света в нем. То есть учитывать КПД светильника. Ниже более подробно описан этот вопрос на примере замены лампового светильника светодиодным.

Другие светотехнические параметры светильников, такие как «цветовая температура» для тепловых источников света, «приведенная цветовая температура» для нетепловых источников и «коэффициент цветопередачи» являются второстепенными, но иногда не менее значимыми. Они зависят только от свойств применяемых светодиодов и могут варьироваться производителем светильников при заказе, применением модулей с разными характеристиками светодиодов.

В этой связи необходимо сказать о качестве света. В частности цветопередача у светодиодов, как и у других нетепловых источников, никогда не достигнет идеала как при тепловом излучении, например у лампы накаливания. Это связано с тем, что нетепловые источники света не могут иметь сплошного спектра излучения, когда в свете присутствуют все длины волн видимого диапазона, это связано с квантовыми свойствами света. То есть в тепловом источнике длины волн излучения (энергии фотонов) зависят от скорости движения зарядов (колебаний), например узлов кристаллической решетки нагретого металла (в отличие от кристаллических неметаллов, узлы решетки металлов  имеют положительный заряд) . Понятно что скорости колебаний, а соответственно длины волн могут быть произвольными, это значит будет сплошной спектр излучения. Причем с ростом температуры, то есть скорости движения (или колебания) ионов металла максимум излучения будет смещаться в сторону более коротких волн. То есть в сторону фиолетового цвета. Отсюда появилось понятие «цветовая температура». Металл можно нагреть «до белого каления». Свет будет тем «холоднее», чем сильнее нагрев металла, поэтому у «холодного» света выше температура цветности. В нетепловых источниках фотоны рождаются при квантовых переходах. Энергия фотонов (длина волны или цвет) будет при этом совершенно конкретная, связанной с энергией перехода. В светодиодах она зависит от энергии «запрещенной зоны». То есть фактически от материалов, применяемых при их производстве. Рекомбинации электрон-«дырка» будут порождать излучение одной конкретной длины волны (цвета).

Проиллюстрировать цветопередачу источника света можно на примере. Белый свет можно получить смешивая свечения трех монохромных источников света – красного, зеленого и синего (см. рис. 15). При правильном подборе интенсивностей излучаемый таким источником свет будет казаться абсолютно белым. Однако, если таким светом осветить предмет, поверхность которого не является ни красной, ни зеленой и ни синей, то отраженного от этого предмета света не будет видно, его нет в спектре источника – нечему отражаться, то есть предмет будет выглядеть черным. Нужно иметь в виду, что это чисто теоретическая ситуация, например красок с чисто монохромным отражением только одной длины волны в природе не бывает. Но такие теоретические примеры позволяют лучше понять суть явлений.

Рис. 15

Белые светодиоды делают на основе синих, покрывая их люминофором, как у люминесцентных ламп. Отличие от ламп только в том, что возбуждающим люминофор излучением у светодиодов является синий свет, а у ламп – ультрафиолетовый. Применяя многополосные люминофоры удается достичь более-менее приемлемой цветопередачи. Но люминофоры не дают сплошного спектра. В связи с тем, что это не тепловое излучение, термин «цветовая температура» к ним не применяют. Для них есть другое понятие – «приведенная (или коррелированная) цветовая температура».

Общая эффективность освещения.

При анализе освещения полезно понимать, что общая эффективность состоит из трех частей:

– Эффективность источника света, то есть его энергетический КПД или световая отдача.

– КПД светильника.

– КПД осветительной установки или коэффициент использования светового потока.

Об источнике света уже сказано, энергетический КПД не может достичь 100%, а световая отдача для белого света соответственно 350 Лм/Вт.

КПД светильника – это отношение выходящего из светильника светового потока ко всему световому потоку, создаваемому источником света. Любое перераспределение светового потока, приводит к уменьшению КПД светильника. К сожалению, сегодня это наименее понимаемый и применяемый параметр. В отличие от энергетического КПД, КПД светильника 100% легко достижим – это светильник, состоящий только из источника света, без корпуса, отражателя и т.д. Например, светильник в виде «Лампочки Ильича»  (картина художника Митюшева П. М., см. рис. 16) имеет КПД – 100% при энергетическом КПД самой лампы тех времен не более 1%.

Рис. 16. Светильник с КПД=100%

Иллюстрация к пониманию КПД на примере лампового светильника показана на рисунке 17.

Рис. 17.  КПД светильника

Сравнивать светильники между собой по КПД можно только при совпадении у них типов КСС, иначе это бессмысленно. У светильников с одинаковым типом КСС параметр КПД говорит о качестве оптической системы светильников – коэффициенту пропускания стекла, наличию препятствий выходу света, например глубина расположения светодиодов, коэффициенту отражения элементов, препятствующих выходу света и т.д. Редко кто из производителей указывает этот параметр.

КПД осветительной установки или коэффициент использования светового потока это отношение попадающего на объект освещения света ко всему свету, выходящему из светильника. Часто увеличить КПД осветительной установки можно  только за счет уменьшения КПД светильника, то есть за счет перераспределения его светового потока.

Простым примером этого является обычная лампочка накаливания над столом, которая висит с целью осветить стол, а не всё вокруг, то есть объект освещения для неё – поверхность стола. Если к ней добавить отражатель, то освещенность на столе, а соответственно и КПД осветительной установки увеличится. Но при этом уменьшится КПД светильника за счет потерь на отражателе, то есть уменьшается его световой поток. Это хороший пример для понимания – освещенность может увеличиваться не только при увеличении светового потока светильника, но и при его уменьшении, за счет его перераспределения. Отсутствие этого понимания часто приводит к ошибкам, иногда потребитель требует светильник с определенным световым потоком без указания типа КСС. Освещенность в нужном месте зависит не от общего светового потока светильника, а от светового потока в нужном направлении, то есть от силы света в этом направлении, а КСС как раз показывает распределение силы света по направлениям.

Для расчетов осветительных установок применяют специальной программное обеспечение, например «DIALUX». Далеко не все потребители умеют рассчитывать освещенность в нужных для них местах имея данные светильников, то есть световой поток и светораспределение (КСС). Ошибок в этом встречается очень много. Поэтому услуги по таким расчётам со стороны производителей светильников сегодня востребованы. Хотя грамотные потребители должны понимать, что у производителя светильников может быть «интерес» завысить в расчетах их необходимое количество.

Иногда потребители выбирают светодиодные светильники по мощности (см. ниже), что ошибочно, но даже выбор светильника по световому потоку без учета КСС это тоже грубая ошибка. Часто потребители подбирая светильники от разных производителей и сравнивая их по мощности или даже по световому потоку, не имея реального светораспределения (КСС) у сравниваемых светильников в реальности получают очень разные картины освещенности, делая ошибочный  вывод о том, какой из светильников «лучше», не понимая, что у светильников с разными КСС разные цели. Именно поэтому разъяснение всех этих вопросов потребителям имеет важное значение в том числе с целью расширения продаж светильников. Грамотный подход к этому, подтверждаемый практикой у потребителей вызывает как минимум доверие к производителю. 

                       

Рис. 18  КСС типа “М”                             Рис. 19  КСС типа “Д”

Технология изготовления светодиодов – выращивание кристалла на подложке, приводит к тому, что «родным» типом КСС для них является тип «косинусная» – «Д» (см. рис. 19). То есть светить они могут только в одну сторону под углом примерно 110…120 градусов. У ламп, например, «родной» является «равномерная» КСС – «М» (см. рис. 18), поэтому сделать из нее «Д» без потерь нельзя. То есть два светильника ламповый и светодиодный с одним типом КСС «Д» могут сильно отличаться по КПД. При одинаковом типе КСС и одинаковом световом потоке источников света в светильнике (лампы и светодиодов) создаваемая ими освещенность может быть сильно разной. Это нужно учитывать при замене лампового светильника светодиодным. Примеры такой замены приведены ниже.

Если в светильнике все светодиоды расположены в одной плоскости (на одном модуле или панели), то кривая силы света у него будет «косинусная» (Д). Для увеличения КПД при конструировании таких светильников необходимо добиваться максимального приближения модуля к внутренней поверхности стекла. Это позволит обеспечить отсутствие габаритных препятствий для излучения светодиодов во всём «родном» возможном для них угле 120°. В выведении светодиодов за пределы корпуса для уменьшения потерь, как это делают некоторые производители, жертвуя теплоотводом, не будет необходимости. Кроме того, если в светильнике применить модуль DOB, в котором светодиоды находятся ближе к его центру, а элементы драйвера на периферии, то это позволит исключить перекрытие светового потока корпусом даже для самых далеких от центра модуля светодиодов. В этом случае КПД светильника будет определяться коэффициентом пропускания стекла. Потери при хорошем качестве стекла могут быть порядка 6…7%.

Нужно иметь в виду, что в модулях DOB для уменьшения коэффициента пульсаций часто применяют электролитические конденсаторы, являющиеся наиболее габаритными. Поэтому внутренний размер от модуля до поверхности стела должен учитывать размеры конденсаторов в модуле. Обычно до стекла должно быть не менее 10…12 мм. В любом случае перед разработкой корпуса-радиатора, а тем более перед заказом пресс-форм необходимо определиться с применяемыми модулями, в первую очередь с их высотой (или «толщиной»). Изменение оснастки при ошибках проектирования дорого стоит. Кроме того нужно учитывать толщину стекла. Как показывает опыт, для обеспечения взрывозащиты вида «d» толщина такого стекла должна быть порядка 8…10 мм. Но это зависит от площади, определить нужную толщину можно только экспериментально.

Обеспечение направленной (косинусной) КСС в ламповом светильнике с помощью отражателя всегда(!) приводит к потери светового потока на отражателе. КПД таких светильников обычно не превышает 60…65%. Это связано с коэффициентом диффузного отражения материала отражателя и разнонаправленностью (диффузностью) отраженного света. При диффузном отражении достаточно большое количество света будет при отражении попадать обратно в светильник и не выходить из него. Если отражатель будет немного «зеркальным», то КСС уже будет не чисто косинусной, что приведет к заметному ухудшению равномерности освещения, непосредственно под светильником будет яркое пятно освещенности.

Прожекторы с зеркальными параболическими отражателями с КСС типа «К» или «Г», могут иметь КПД больше, но у них другие цели.

При применении современных светодиодов в модулях DOB можно добиться световой отдачи модуля в целом (с учетом потерь в драйвере) около 140 Лм/Вт и более.

Пример замены лампового светильника с косинусной КСС с учетом КПД:

 Нужно заменить светильник с лампой ДРИ мощностью 100 Вт на светодиодный.

Лампа ДРИ имеет световую отдачу 90 Лм/Вт. КПД светильника – 65%.

Световой поток такого светильника будет: 100х90х0,65=5850 Лм.

Если у светодиодного светильника – световая отдача модуля – 140 Лм/Вт и КПД за счет потери в стекле – 93%, необходимую мощность светильника, которая обеспечит такой же световой поток можно посчитать так:

5850/(140х0,93)=45 Вт

То есть такой светодиодный светильник мощностью 45 Вт заменит ламповый с ДРИ 100 Вт (с косинусной КСС, то есть с диффузным отражателем).

Ещё два примера:

Ламповый светильник с ДРИ 150 Вт можно заменить таким светодиодным светильником, мощностью (150х90х0,65)/(140х0,93) = 68 Вт

Ламповый светильник с ДНАТ 70 Вт можно заменить таким светодиодным светильником, мощностью (70х120х0,65)/(140х0,93) = 42 Вт

Другие варианты замены можно посчитать аналогичным образом, только нужно обязательно иметь в виду что речь идет о замене лампового светильника с отражателем, то есть с косинусной КСС и, сответственно, низким КПД. Светодиодные светильники, в которых светодиоды расположены в одной плоскости, всегда имеют косинусную КСС. Заменить ими ламповые светильники с равномерной КСС («М») нельзя. Для этого светодиоды не должны находиться в одной плоскости.

Но нужно иметь в виду, что достаточно часто ламповые светильники с равномерной КСС, особенно мощные, которые висят высоко применяются без отражателей не потому, что нужно освещать зону на уровне их подвеса и выше, а просто по ошибке, на самом деле светить им нужно именно вниз, а про отражатель просто забыли или его не было в комплектации светильника.

Ввиду того, что заменяемые ламповые светильники с отражателями конструктивно различаются, например по размеру отражателя, когда КСС «не совсем» косинусная, их замену светодиодными светильниками необходимо проводить после расчета картины освещенности с применением специализированных программ, например «Dialux» имея ies-файлы как ламповых так и светодиодных светильников.

 Достаточно часто можно встретить на сайтах производителей рекомендации по замене ламповых светильников светодиодными без учета их типов КСС и КПД. Это говорит в первую очередь о недостатке квалификации у специалистов таких производителей. Хотя в таких вопросах светотехники можно разобраться без окончания специальных ВУЗ-ов. К сожалению стремления к самообразованию встретить в наше время не так легко.

Про яркость

Ещё одну особенность применения светодиодных светильников с точки зрения светотехники нужно учитывать – это яркость. От неё зависит немаловажная потребительская характеристика светильника – слепящий эффект. (см. рис. 20)

Рис. 20

Наиболее распространенное заблуждение – яркость путают со световым потоком. Если больше яркость – то это совершенно не обязательно означает больше световой поток, и наоборот, если больше световой поток, это не значит, что больше яркость. Выражение «Светильник имеет высокую яркость», имея ввиду световой поток, некоторыми воспринимается как достоинство светильника, хотя это недостаток, если речь именно о яркости. А вот большой световой поток при малом потреблении энергии и малой яркости – это действительно достоинство.

Яркость это наиболее сложный в понимании и часто вызывающий путаницу светотехнический параметр. Он может относиться как к источнику света, так и к любой, отражающей свет поверхности. Световой поток не связан с направлением – это общее количество света, излучаемого источником света или светильником (световая мощность). Сила света – это световой поток в конкретном направлении, а яркость в отличие от силы света зависит не только от направления, но ещё и от излучающей площади. Но на светящуюся площадку можно смотреть под разными углами, от которых видимая площадь свечения, а соответственно и яркость будет меняться. Поэтому яркость зависит не от площади свечения, а от проекции светящейся площадки на плоскость, перпендикулярную лучу зрения. При уменьшении площади свечения и неизменном световом потоке яркость будет возрастать.

У светодиодов площадь свечения значительно меньше, чем у ламп. Например, по сравнению с люминесцентными лампами при одинаковом световом потоке яркость светодиодного светильника будет значительно больше из-за большой разницы в площади свечения. Например если смотреть на лампу Т8 мощностью 36 Вт в перпендикулярном направлении, будет виден светящийся «прямоугольник» со сторонами 26 мм (диаметр Т8) на 1200 мм (длина лампы). Площадь такого светящегося прямоугольника будет 26х1200=31200 кв.мм. Световая отдача такой лампы около 70 Лм/Вт, то есть световой поток с видимой стороны лампы будет 70х36/2=1260 Лм. При световой отдаче, например 160 Лм/Вт для создания такого же светового потока мощность светодиодов должна быть 1260/160=8 Вт. Многокристальный светодиод такой мощности (COB) может иметь площадь свечения не более 5 кв.мм. Разница в площадях свечения, а значит и В ЯРКОСТИ в этом примере составит 31200/5 = 6240(!) раз ПРИ ОДИНАКОВОМ СВЕТОВОМ ПОТОКЕ!

Применение в светодиодных светильниках для уменьшения слепящего эффекта, например, матового стекла приведет к заметной потере эффективности (Лм/Вт) – одному из основных преимуществ светодиодов.

Именно по этой причине светодиодные светильники с КСС типа «М» большой мощности не делают. Обычно это не более 30…45 Вт. Это связано ещё и с тем, что отвести тепло от светодиодов, не расположенных в одной плоскости значительно трудней из-за увеличения числа тепловых переходов и удалении светодиодов от поверхности корпуса. Светодиодные светильники с КСС «М» большей мощности должны вызывать подозрение, скорее всего с отводом тепла у них большие проблемы, о которых производители обычно не говорят.

Иногда можно встретить некоторые характеристики, указываемые производителями, которые не являются характеристиками светильников. Например создаваемая светильником освещенность или высота подвеса светильника. Это характеристики осветительных установок, а не светильников. Например для одного и того же светильника с КСС типа «Д» с углом излучения 110 градусов связь между высотой подвеса и диаметром пятна половинной освещенности выглядит примерно так, как показано на рисунке 21. А освещенность определяется по силе света в направлении объекта (по КСС) и квадрату расстояния до него. Сила света в конкретном направлении (то есть КСС) это характеристика светильника, а создаваемая освещенность зависит от расстояния (например высоты подвеса) и является параметром осветительной установки.

Рис. 21

Под углом излучения обычно понимают угол, при отклонении на половину его от вертикали, сила света падает в два раза. Как видно из рисунка диаметр пятна, на краю которого освещенность будет примерно в два раза меньше, чем в центре, зависит от высоты подвеса чисто геометрически. Поэтому если светильники будут подвешены на конкретной высоте, то расстояние между ними можно определить по этому рисунку. На самом деле нужен небольшой запас, зависящий от высоты подвеса, так как расстояние от источника света до края пятна будет немного больше высоты, а кроме того освещенность зависит не только от расстояния до источника, но и от угла падения света. Все эти вопросы учитываются при расчете освещенности, например в упоминаемой программе «Dialux».

О выдуманных характеристиках

Иногда встречаются совсем антинаучные, выдуманные физические величины, типа «визуальный световой поток», в расчете, видимо, на безграмотность потребителя. У компаний, применяющих такой параметр люмены свои, не как у всех, с коэффициентом пересчета. Видимо кто-то не понял, что такой пересчет возможен только после включения сумеречного (палочкового) зрения с большей чувствительностью (см. рис. 10). Но это бывает только при небольшом количестве света, попадающего в глаза, например при освещенности менее 5 люкс. При увеличении светового потока, попадающего в глаза, включается  дневное (колбочковое) зрение, при этом  сумеречное (палочковое) зрение уже нельзя учитывать, это грубая ошибка. Когда производители светильников заявляют о световом потоке «с коэффициентом пересчета» – можно вспомнить слова удава из известного мультика – «А в попугаях я значительно длиннее…» (см. рис. 22).

Рис. 22

В качестве примечания: палочки и колбочки это виды светочувствительных рецепторов на дне глаза, которые имеют разную чувствительность. Палочковые рецепторы имеют гораздо большую чувствительность, но не различают цвета, поэтому в сумерки все становятся дальтониками.

С недавнего времени стал распространяться ещё один «параметр» светильников, особенно взрывозащищенных. Это так называемый «форм-фактор». Такой параметр иногда встречается на тендерах как требование. Видимо кто-то считает, что светильники, имеющие разную форму светят по-разному – квадратный светит «квадратом», а круглый – «кругом». Поэтому, если в качестве требования на тендерах указан такой параметр, то, например, замену «таблетки» «желудем» никто не предлагает, хотя это ошибка, требующая оценки техническими экспертами, которые на тендерах, особенно связанных со взрывозащитой должны быть.

Форма светильника в подавляющем большинстве случаев никак не связана с КСС. А именно КСС определяет – как и куда он светит. У «Желудя» с отражателем и «Таблетки» одинаковые типы КСС и они с точки зрения светотехники вполне взаимозаменяемы. Более того – даже «Линейный» светильник на высоте десятикратной длины в светотехнике рассматривается как точечный источник света. С точки зрения светотехники «форм-фактор» не имеет значения, это чистый дизайн. Исключением может считаться применение очень длинных светильников, подвешенных на высоте значительно меньше десятикратной их длины. Для расчета создаваемой ими освещенности должны рассматриваться КСС таких светильников, снятые в двух плоскостях – продольной и поперечной. В промышленном освещении, особенно во взрывозащите, дизайн не может быть на первом месте, важнее обеспечить взрывозащищенность и необходимую освещенность в нужном месте.

Ещё раз о тендерах

Подбор «аналогов» на тендерах практически нерешаемый вопрос. Никто не может точно сказать что считать аналогом. Как, например можно предложить светильник, не зная требуемый тип КСС? Его может не быть в требованиях по ошибке, а светильники с разными типами КСС будут создавать сильно разную картину освещенности даже при удовлетворении требования по световому потоку. Такие ошибки могут приводить к тому, что закупленные на тендере светильники придется менять неся большие затраты.

На тендерах, к сожалению, зачастую полностью отсутствует техническая экспертиза требуемых параметров светильников, и не только параметров взрывозащиты В списке требований можно встретить много противоречащих друг другу параметров. Чаще всего это результат «договорняка». Нужно помнить, что любое требование должно быть обосновано. Иначе это не требование, а «хотелка», которая может игнорироваться.

Иногда тендерные требования к светильникам рождаются методом выбора неопытным проектировщиком (или опытным, но умышленно) подходящего светильника из каталога конкретного производителя, а потом характеристики этого светильника выдаются как требования ко всем, хотя во многих из этих параметров в конкретных условиях проекта нет необходимости или они гораздо менее жесткие. На практике, например, был случай, когда табло «Выход» должно было иметь исполнение УХЛ1. Именно «Выход», а не «Вход». То есть выходить нужно было из помещения, в котором могло быть минус 60 градусов… Куда? Туда где холоднее?

Это связано с запретом указания в проектах предприятий конкретных светильников от конкретных производителей в целях борьбы с коррупцией. Но к сожалению «обоюдовыгодное сотрудничество» (откаты) приводит к применению в проектах далеко не лучших светильников как с точки зрения светотехники и экономии электроэнергии, так и с точки зрения взрывозащиты, что может быть опасно. Метод простой – включить в тендерные требования такие параметры или характеристики, которых нет ни у каких светильников, кроме светильников производителя, «заинтересовавшего» проектировщика. Пользуясь «всеобщим» снижением грамотности и отсутствием экспертизы тендерных требований, в эти требования часто включают необоснованные и даже несуществующие параметры и характеристики с целью избежать конкуренции.

Часто владельцы таких частных предприятий, которые должны быть заинтересованы в безопасности и эффективности освещения, не знают об этих «договорняках» на уровне менеджеров среднего звена и, в том числе, сильно рискуют попасть в ситуацию, которая может привести к аварии в процессе эксплуатации таких светильников. А отвечать, в случае аварии, в том числе и уголовно будет руководитель (или владелец) предприятия. К сожалению в наше время найти грамотного, но при этом «не заинтересованного» эксперта, способного объективно оценить такие риски и «ошибки» в проектах очень не просто.

У нас страна «жареных петухов». Только реальное столкновение с серьёзной аварией немного отрезвляет. К сожалению не на долго.

Правильным было бы в тендерных требованиях перечислить все условия эксплуатации и характеристики среды, в том числе по взрывозащите. Например реальный диапазон температур среды эксплуатации и климатические условия на основе длительных наблюдений, виды применяемых в условиях производства взрывоопасных смесей газов (категории и группы взрывоопасных смесей), классы взрывоопасных зон и т.д. Но для этого нужна грамотная экспертиза тендерных требований, для чего нужны квалифицированные специалисты, а в наше время, к сожалению, именно они являются наибольшим дефицитом. Как пример такого дефицита – огромное количество ошибочной информации в интернете, в том числе на сайтах производителей.

О расчете осветительных установок

Неправильный расчет осветительных установок, когда измеренная освещенность оказывается сильно меньше расчетной, может приводить к серьёзным затратам на переделку, связанную с демонтажем светильников, их переносом в другие места или заменой и пере-прокладкой кабеля. К сожалению в расчетах часто применяют «IES»-файлы от производителя светильников, которые мягко говоря не совсем соответствуют реальному распределению светового потока. Иногда может быть полезным потребителю самостоятельно провести измерение КСС предполагаемого для применения светильника.

Кроме того существуют просто грубые ошибки в расчетах осветительных установок (если такие расчеты вообще делались). Пример одного из худших вариантов освещения с очень низким КПД осветительной установки, распространенного на НПЗ и не только – применение старых взрывозащищенных ламповых светильников типа В3Г или аналогичных им (в том числе светодиодным) на «гусаках» для освещения конкретной зоны, в которой находятся, например, рабочие вентили, которые необходимо осветить. Часто в эту зону попадает не более 20% светового потока светильника, а 80% «улетает» не туда, в том числе в небо и в глаза подходящих к объекту людей. В Европе таких потребителей наказывают штрафом за «световой мусор».

В этом конкретном случае замена В3Г на направленный светодиодный светильник повысит эффективность освещения не только за счет увеличения КПД источника света – для лампы накаливания не менее чем в 10 раз, но и за счет существенного увеличения КПД осветительной установки за счет направленности – не менее, чем в 5 раз. То есть для потребителя это должно быть важно – экономия электроэнергии – в 50 раз! Но, к сожалению далеко не все потребители это понимают, учитывают и умеют считать.

Универсальная конструкция для разных типов КСС

При проектировании взрывозащищенных светодиодных светильников не меняя основной конструкции, то есть корпусных деталей, требующих изготовления дорогих пресс-форм можно расширить виды светораспределения (КСС). Конструкция таких светильников, особенно с видом взрывозащиты «d», обычно представляет собой две части – корпуса и обечайки с закрепленным в ней неразборно рассеивателем при специальной конструкции обечайки может предусматривать возможность замены плоского стекла на колпак из боросиликатного стекла или поликарбоната. Эти варианты имеют свои плюсы и минусы.

Например, как было сказано ранее, в связи с большим разбросом параметров, связанном с технологией изготовления колпаков из боросиликатного стекла достаточно трудно найти компромисс между ударной прочностью и прочностью при испытаниях на термоперепад – увеличение толщины стекла увеличивает его механическую прочность, но ухудшает прочность при перепаде температур. Поликарбонатный колпак лишен этих недостатков, но он имеет свои – меньше стойкость к абразивному воздействию и агрессивным средам. Кроме того он деформируется при статическом внутреннем давлении на испытаниях и требует заделки в обечайке специальным способом.

Применение колпака позволяет расширить типы КСС до вариантов: «М» – равномерная, «Л» – полуширокая и «Ш» – широкая, «Г» – глубокая и «К» – концентрированная.

Светильники с вариантами КСС «Л» и «Ш» обычно применяют для освещения дорог и тротуаров, с вариантами «Г» и «К» – это прожекторы.

Вариант «М»

 Применяя колпак в таких светильниках светодиоды можно вынести за пределы корпуса так, чтобы имитировать лампу. В связи с ухудшением теплоотвода такие светильники обычно имеют мощность до 45 Вт и могут применяться для замены ламповых с таким же светораспределением (без отражателя). При эффективности модулей 140 Лм/Вт ими можно будет заменить ламповые:

Накаливания – 500 Вт,  ДРЛ – до 125 Вт, ДРИ – до 70 Вт, ДНАТ – до 50 Вт.

Нужно иметь в виду, что применение светильников с КСС «М» должно быть обоснованным. Такие светильники применяют там, где нужно осветить зону на уровне подвеса светильника и выше, понимая, что слепящий эффект будет неизбежным. Часто их применяют по ошибке там, где нужен направленный светильник с КСС «Д». Наиболее грубая встречающаяся ошибка – когда светодиодный светильник с имитацией лампы (КСС «М») применяют с отражателем и получают ту же КСС «Д», но с потерями на отражении до 40%, вместо того, чтобы применить светильник с плоским расположением светодиодов и «родной» КСС «Д», но без отражателя и, соответственно, без потерь. Такие два светильника с одинаковой мощностью и эффективностью светодиодов на оси на одинаковом расстоянии будут создавать освещенность, отличающуюся на эти «потерянные» 40%. К сожалению такие ошибки в проектах достаточно часто встречаются. Ошибка производителей таких светильников – предлагать потребителю в качестве дополнительной комплектации отражатель для светильника, в котором светодиоды имитируют лампу. Для цели «светить вниз» (КСС «Д») нужно применять светильник с плоским расположением светодиодов и плоским стеклом. Это исключит потери на отражение и общую эффективность (КПД светильника).

Нужно отметить, что обеспечить КСС типа «М» DOB-модулями также возможно. Модули такого типа мощностью до 15…20 Вт обычно имеют небольшие габариты. Например для 45-ваттного светильника три таких модуля по 15 Вт можно расположить в светильнике под углами друг к другу как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, применяя дополнительные детали нужной конфигурации, обеспечивающие теплоотвод.

Учитывая, что собственный угол излучения светодиодов обычно составляет 120 градусов, в горизонтальной плоскости будет обеспечено пересечение световых конусов даже при применении всего трех модулей, расположенных равномерно по кругу под углами в 120 градусов. Если реальный  угол излучения модулей менее 120 градусов (например 110 градусов, как на рисунке 23), то для обеспечения горизонтальной равномерности КСС, по кругу должно быть не менее четырех модулей.

Угол наклона в вертикальной плоскости у модулей должен обеспечивать пересечение световых конусов на расстоянии от светильника меньшем, чем высота его предполагаемого подвеса, Его можно определить чисто из геометрических соображений. Для гарантированного пересечения световых конусов на расстоянии от светильника 2 метра и более при угле излучения светодиодов 110 градусов вертикальный угол наклона модулей к горизонту должен быть не более 45 градусов. (см. рис. 24).

         

   Рис. 23                                                        Рис. 24

Для улучшения теплоотвода в такой конструкции в идеале нужно иметь отливку нужной геометрии, то есть с «пирамидой» для крепления модулей. Это исключит необходимость дополнительного теплового перехода при применении деталей. Как показывает практика на переходах обычно «теряется» около 5 градусов, что может быть критичным. Если предполагать возможность изменения конструкции корпуса для варианта «М», то можно пойти на некоторое усложнение пресс-формы добавлением сменных знаков, то есть в одном и том же месте корпуса может быть либо плоскость, либо «пирамида», в зависимости от установленного знака. Такая сменная конструкция пресс-формы вполне допустима, удорожание не очень большое.

Применение вертикально расположенных модулей (обычно в виде линеек) плюс «торцевой» модуль ухудшают теплоотвод. Торцевой модуль, находящийся дальше всех от корпуса-радиатора будет перегреваться.

Вариант «Ш» и «Л»

Для обеспечения такого светораспределения (см. рис. 25) светодиоды нужно вынести за пределы корпуса внутри колпака и применить специальные расширяющие линзы (обычно до углов 160°). При их применении например, для освещения дорог, необходимо учитывать связь между высотой подвеса, расстоянием между столбами и углом излучения. Такие расчеты проводят обычно с применением специальных программных средств имея КСС светильников в специальном формате.

Рис. 25

Обычно расширяющие линзы для целей применения их в светильниках для освещения дорог имеют в двух вертикальных плоскостях разные типы КСС – «Ш» или «Л» вдоль дороги и «Д» поперек дороги с наклоном в сторону её центра.

Светильники с такой КСС могут применяться в помещениях для уменьшения неравномерности освещенности и увеличения расстояния между светильниками.

В связи с выносом светодиодов за пределы корпуса с использованием специальных деталей, будет увеличено количество тепловых переходов и ухудшится теплоотвод. Поэтому у этих светильников при том же радиаторе будет меньше мощность.

Что касается конструкции светильника, то для выноса светодиодов внутрь колпака за пределы корпуса можно так же как в варианте с «М» можно применить более сложный вариант пресс-формы со знаком, формирующем плоскость установки модуля с линзой. При этом, если толщина металла будет достаточной,  ухудшение теплоотвода будет минимальным в отличие от варианта с дополнительными деталями и тепловыми переходами.

Прессформа для корпуса со сменными знаками – в виде пирамиды для варианта «М» и в виде «П»-образного выступа для вариантов «Ш» и «Л» значительно расширяет варианты светораспределения светильника (КСС) не сильно сказываясь на его цене, но значительно улучшая теплоотвод по сравнению с вариантами применения дополнительных деталей для тех же целей.

Для достижения целей освещения дорог при недостаточности светового потока одного светильника из-за ограничения мощности можно использовать модульные конструкции светильников (см. ниже).

Вариант «Г» и «К»

Традиционное решение для светодиодных прожекторов это применение концентрирующих линз с плоским стеклом.

Рис. 26

Такой же концентрации светового потока можно добиться применением в их конструкции зеркальных рефлекторов внутри колпака в сочетании со светодиодным модулем типа DOB, в котором применяются многокристальные светодиоды (типа COB). Такие рефлекторы выпускают многие производители, мощности у них могут быть очень разными. Специальные DOB-модули под них могут быть изготовлены по заказу. Для уличных светильников не нормируется коэффициент пульсаций, поэтому DOB-модули для них могут не содержать конденсаторы и быть более компактными.

Применяя разные рефлекторы можно получить светильники с различными углами излучения в рамках типов КСС «Г» или «К».  Такое решение очень часто позволяет увеличить КПД осветительных установок в конкретных ситуациях, направив свет только на объект освещения.

Учитывая, что светодиодные светильники имеют высокую яркость, замена светильника с КСС «М» на остронаправленный, который будет освещать нужную зону издалека, значительно уменьшает слепящий эффект, источник света будет занимать небольшую часть поля зрения.

Распространенной и грубой ошибкой является выбор и сравнение прожекторов по световому потоку.

Подбор и сравнение прожекторов нужно делать не по световому потоку, а по осевой силе света и углу излучения. Этого достаточно для определения площади освещения и освещенности на нужном расстоянии. Под углом излучения обычно понимают такой угол, при отклонении на половину которого от оптической оси, сила света падает в два раза. Диаметр пятна половинной освещенности на заданном расстоянии (см. рис. 27) можно рассчитать из геометрии, зная угол излучения по формуле для высоты равнобедренного треугольника:

D=2 x R x tg(a/2)

Диаметры пятен для некоторых углов и расстояний показаны в таблице:

Рис. 27

		Диаметр пятна в метрах на расстоянии:
		5 м.	10 м.	15 м.	20 м.	25 м.
Угол излучения	5	0,4	0,9	1,3	1,7	2,2
	10	0,9	1,7	2,6	3,5	4,4
	15	1,3	2,6	3,9	5,3	6,6
	20	1,8	3,5	5,3	7,1	8,8
	25	2,2	4,4	6,7	8,9	11,1

Прожекторы с одинаковым световым потоком могут сильно отличаться по осевой силе света, а соответственно по создаваемой освещенности на заданном расстоянии, что собственно и нужно потребителю. Освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния.  Даже в рамках одного типа КСС, например «Г» или «К», углы излучения у разных прожекторов могут отличаться, а значит будет отличаться создаваемая освещенность при одинаковом световом потоке.

Зависимость осевой силы света от угла излучения сильно нелинейна (см. рис. 28), поэтому при большой концентрации света небольшое изменение угла приведет к значительному изменению осевой силы света, а значит и освещенности.

Рис. 28

Зависимость же осевой силы света от светового потока, наоборот, линейна (см. рис. 29).

Рис. 29

Для получения освещенности в центре пятна необходимо осевую силу света прожектора разделить на квадрат расстояния до нужной точки. Полученная таким способом освещенность не является «расчетной» в обычном смысле, то есть, если сила света измерена и указана корректно, освещенность не будет отличаться от реально измеренной.  «Расчетную» таким способом освещенность нет смысла проверять экспериментально на конкретном расстоянии.

Достаточно измерить её на любом удобном расстоянии превышающем 10-кратный размер светильника (по правилам светотехники), что собственно и делается при снятии КСС и определении в том числе осевой силы света. Измерение освещенности в конкретной точке на оси светильника тождественно измерению освещенности на любом другом расстоянии на оси. Закон обратных квадратов связан только с 3-х мерностью пространства, а в этом не должно быть сомнений, проверять его бессмысленно.

Для достижения цели – увеличения освещенности в нужном месте совершенно не обязательно увеличивать световой поток прожектора, достаточно уменьшить угол излучения, возможно достаточно немного из-за нелинейной зависимости осевой силы света от угла излучения.

Нужно понимать, что любая концентрация светового потока приведет к уменьшению световой отдачи светильника Лм/Вт (КПД), но при этом может значительно увеличиться коэффициент использования светового потока, то есть КПД осветительной установки. Причем выигрыш в освещенности при этом будет больше, чем проигрыш в связи с уменьшением светового потока светильника. Не нужно забывать, что общая эффективность состоит из трех частей.

В связи с этим, например для местного освещения гораздо эффективнее применение светодиодных светильников с плоским расположением светодиодов со вторичной оптикой. За счет концентрации света можно сэкономить электроэнергию.

В светотехнике, как и во взрывозащите также встречается достаточно много путаницы и непонимания. Хотя светотехнические ошибки не связаны с безопасностью, они очень часто приводят к лишним затратам. Например неправильный расчет осветительных установок после реализации такого ошибочного проекта может привести к необходимости полной переделки освещения – изменение мощностей светильников, их КСС, расположение светильников, высот подвеса и т.д. Затраты на всё это могут быть существенными.

Выбирая светильники для своих целей часто потребители забывают, что в конечном счете им нужна заданная освещенность в нужных местах. А освещенность в первую очередь зависит от характеристик осветительной установки, которые к характеристикам светильников не имеют отношения. Например один и тот же светильник можно повесить на любой высоте или повернуть его на разный угол. Освещенность от этого будет зависеть очень сильно.

Выбор светильника по мощности или световому потоку «невзирая» на КСС – это тоже очень частая ошибка. Нужно понимать, что освещенность может достаточно сильно увеличиться, то есть увеличится коэффициент использования светового потока (КПД осветительной установки) при уменьшении светового потока светильника, а не при его увеличении.

Потребителям необходимо внимательнее изучать информацию на сайте производителя, обращая внимание на грубые ошибки. Такие ошибки говорят о техническом уровне грамотности специалистов производителя. Например, когда световой поток называют яркостью, это о многом говорит. Или когда характеристикой светильника считают создаваемую им освещенность. О «визуальном световом потоке» даже сказать нечего.

В наше время грамотность специалистов становится наивысшей ценностью.

 Понимание физического смысла светотехнических величин и их взаимосвязи между собой поможет потребителям в выборе нужных светильников для своих конкретных целей и избежать ошибок в проектировании осветительных установок.

4.ПРОЧИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

 Потребляемая электрическая мощность

 Довольно часто этому параметру светодиодных светильников уделяют больше внимания, чем он заслуживает. Потребители пытаются подбирать светильник и сравнивать его с другими по этому параметру, что на сегодня является достаточно грубой ошибкой. Такая «традиция» идет от ламп накаливания, которые уже давно достигли предела своей эффективности – максимум 14 Лм/Вт и их развитие в этом направлении остановилось. То есть для них чем больше мощность лампы, тем больше световой поток. Это всем очевидно. И эту логику ошибочно распространяют на светодиоды.

Но у светодиодов другая ситуация – их развитие, в частности увеличение эффективности, идет полным ходом. А эффективность – это световой поток на единицу подводимой к светильнику электрической мощности – Лм/Вт. Сейчас на рынке можно встретить светодиоды со световой отдачей от 100 до 200 Лм/Вт. То есть логика «больше мощность – значит больше световой поток» не работает.

Например у светильников мощностью 50 Вт и мощностью 100 Вт может быть одинаковый световой поток. То есть применяя светильники, у которых больше эффективность, можно сэкономить до 50% электроэнергии. Это конечно же нужно учитывать. К сожалению не все потребители это понимают. Иногда на тендерах встречается требование именно к мощности, а световой поток даже не указывается. Светильник с меньшей мощностью скорее всего «не прокатит». Хотя грамотные потребители должны понимать, что светильник с тем же световым потоком, но меньшей мощности это большой «плюс», а не «минус».

Выбирая светодиодный светильник необходимо в первую очередь обращать внимание не на мощность, а на световой поток, создаваемый светильником.

 К сожалению, указываемый световой поток, в отличие от потребляемой светильником электрической мощности, не так просто измерить, и некоторые недобросовестные производители этим пользуются, указывая световой поток светильника, далекий от реальности.

 Иногда производители светильников указывают световой поток и, соответственно, эффективность (Лм/Вт) применяемых в светильнике светодиодов, выдавая их за параметры светильника, без учета потерь, то есть без учета КПД светильника. А при неграмотной конструкции светильника, что сейчас достаточно распространено, потери могут быть большими, то есть световая отдача светильника в целом заметно меньше световой отдачи применяемых в нем светодиодов.

 Для более-менее реальной оценки этого параметра можно воспользоваться открытыми данными и советом:

 Во-первых – узнать у производителя какие именно в светильнике применены светодиоды – их производителя и маркировку. На сайте или в каталоге производителя этих светодиодов выяснить какая у них реальная световая отдача. Она тоже может быть завышена производителями светодиодов и это нужно тоже учесть. В среднем завышают примерно на 5…10%.

Во-вторых – оценить КПД светильника по его конструкции, то есть оценить – сколько процентов светового потока источника света может «потеряться» внутри светильника, хотя бы из геометрических соображений, учитывая, что у светодиодов «родной» угол излучения может составлять 120 градусов. Чем глубже светодиоды внутри корпуса (дальше от стекла), тем больше потери и меньше КПД. Кроме того потери в стекле обычно до 10%.

На рисунке 30 и в таблице ниже показаны примерные значения КПД светильника в зависимости от глубины нахождения модуля H. Это вариант круглого светильника с диаметром выхода света 100 мм, диаметром площади светодиодов 60 мм, потерями в стекле – 7%, без учета внутренних пере отражений, которые могут добавить к КПД не более 5% даже при высоком коэффициенте отражения. Угол  потерь, а значит и КПД светильника в большей степени зависит не от диаметра выхода света от светодиодов и диаметра площади свечения, а от их соотношения. В приведенном примере это 20 мм. по радиусу.

Рис. 30

Глубина расположения светодиодов H, мм	20	25	30	35	40
Угол потерь, градусов	10	16	21	25	28
КПД светильника, %	84	78	74	70	67

 Умножив потребляемую мощность на КПД драйвера питания, обычно это порядка 0.85…0.95, на световую отдачу светодиодов и на предполагаемый КПД светильника, получим искомый световой поток. Сравним его с заявленным и возможно удивимся…

В наше время разница в световом потоке у светодиодных светильников одинаковой мощности может доходить до 100%, то есть, например, светильник мощностью 20 Вт будет светить точно так же, как светильник мощностью 40 Вт из-за того, что в светильниках применяются светодиоды с сильно разной эффективностью и светильники имеют очень разные КПД. Для потребителя это должно быть важно. А если выбирать светильник по мощности – можно допустить серьёзную ошибку. Выбирая светильник с более эффективными светодиодами, но меньшей мощности можно сильно сэкономить на потреблении электроэнергии.

 Применение модулей DOB может иметь ещё одно преимущество. Отдельные драйверы большой мощности обычно имеют достаточно большие габаритные размеры. В традиционном решении для охвата большого диапазона мощностей обычно делают несколько типоразмеров одной серии светильников. Для этого необходимо изготовить несколько комплектов оснастки, что очень дорого, например 5…30 Вт, 40…80 Вт и т.д.

Модули DOB даже достаточно большой мощности могут иметь небольшие габариты. Например модуль мощностью 100 Вт может иметь не более 100…120 мм в диаметре, если он круглый, или с такой же площадью другой формы. В связи с этим делать несколько вариантов корпусов при диапазоне мощностей 10…100 Вт нет смысла. Тем более, что при профессиональном расчете теплоотвода и элементов взрывозащиты, корпуса массой 3…3,5 кг для светильника мощностью 100 Вт будет достаточно. А для взрывозащищенного светильника вариант 10 Вт при массе 3 кг. Это не много.

Изготовление корпуса с меньшей массой для светильников с меньшей мощностью большой экономии металла  не даст, а затраты на изготовление дополнительной оснастки большие. Профессиональная разработка и изготовление оптимального компактного корпуса-радиатора, рассчитанного на мощность до 100 Вт при габаритах до 120х120х50 мм и массе до 3,5 кг даст возможность перекрыть диапазон мощностей от 10 Вт до 100 Вт в одном корпусе. А если применить модульные конструкции (см. ниже), то максимальная мощность может быть более 600 Вт.

Класс защиты от поражения электрическим током

 В последнем издании, в 6-й главе ПУЭ появилось требование – если светильни подвешен на высоте 2,5 метра или ниже, то он должен иметь второй класс защиты от поражения электрическим током. Если же в этих условиях применить светильник первого класса, то необходимо применение УЗО, что удорожает проект.

Похоже про взрывозащищенные светильники при выходе последнего седьмого издания ПУЭ забыли – глава 7.3 перешла из 6-го издания без изменений.

Возникло противоречие – для обеспечения второго класса защиты необходимо исключить заземление, а отсутствие заземления у взрывозащищенных светильников не допускает глава 7.3.

Поэтому сейчас сделать взрывозащищенный светильник второго класса защиты от поражения электрическим током технически не сложно, но для проверяющих из Ростехнадзора это видимо будет нарушением. Хотя после принятия закона о техническом регулировании ПУЭ можно считать рекомендательным документом.

Удельная масса

 Уменьшение удельной массы радиатора на один ватт мощности при профессиональном проектировании с проведением тепловых и прочностных расчетов позволит снизить себестоимость изготовления светильника без потерь, а во многом и с улучшением качества при снижении цены.

Проектирование взрывозащищенных светильников с видом взрывозащиты «d» неопытными конструкторами часто приводит к тому, что корпусные детали делаются с большим «запасом» прочности «на всякий случай», без проведения прочностных расчетов. А это увеличивает материалоёмкость и удельную массу, что приводит к заметному удорожанию светильников. Но с другой стороны, не имея опыта проектирования таких светильников и проведения испытаний трудно оценить необходимую прочность для выдерживания динамической нагрузки при внутреннем взрыве при испытаниях на взрывонепроницаемость  и статической нагрузки при испытаниях на взрывоустойчивость. Предполагаемое давление взрыва определить заранее по конструкции оболочки практически невозможно, только опытным путем.

Кроме того проектирование радиатора без профессионального теплового расчета также может привести не только к увеличению удельной массы радиатора, но и к ухудшению при этом теплоотвода. Применение специальных программ для таких расчетов может значительно уменьшить удельную массу радиатора при оптимизации теплоотвода.

Диапазон рабочих температур

Понятно, что расширение этого диапазона позволяет расширить область применения светильника и повысить конкурентоспособность. Однако нужно иметь в виду, что зачастую производители завышают этот параметр с целью, например, победы в тендере, понимая, что реально светильник не будет эксплуатироваться ни при сильно низких температурах (обычно до минус 60 градусов), ни при сильно высоких (обычно до плюс 60 градусов). В большинстве случаев потребителю это реально не нужно. Часто это просто «договорняк» для прохождения тендера.

Из опыта: При запросе у европейских производителей комплектующих, способных работать при температуре минус 60 градусов, ответ удивляет – «Мы для космоса ничего не делаем». Они не в курсе, что в России в некоторых местах могут быть такие температуры.

В связи с «тендерными состязаниями» распространение светильников в исполнении УХЛ1 (с температурой эксплуатации до минус 60 градусов) превышает их реальное применение в таких условиях во много раз. Конструкция светильников, предназначенных для реальной работы в условиях минус 60 градусов должна сильно отличаться от «формальных» вариантов (для тендеров). Как правило такие условия бывают редко, а если бывают (чаще ночью), то потребители как правило такие светильники не выключают, а своего тепла им достаточно для создания себе «комфортных условий».

Ели потребитель предполагает реальную эксплуатацию светильника в жестких температурных условиях, ему нужно обращать внимание на конструкцию светильника. Для светодиодных светильников наиболее опасна высокая температура эксплуатации.

Для оценки возможности работать в условиях высоких температур нужно в первую очередь оценивать эффективную площадь поверхности радиатора. Это то, что можно оценить по внешнему виду светильника. Она не должна быть меньше 40…50 квадратных сантиметров на один ватт мощности. Её можно оценить, глядя на конструкцию светильника. Иначе это может быть обманом, что часто практикуют недобросовестные производители.

Что касается низких температур, то как было сказано выше, для взрывозащищенного светильника с взрывозащитой вида «d» при снижении температуры эксплуатации увеличивается давление взрыва и требования к прочности оболочки возрастают. Это нужно учитывать при проектировании таких светильников.

Кроме того, при снижении температуры эксплуатации у многих материалов ухудшаются прочностные свойства, они становятся более хрупкими. Светильник при этом должен выдерживать испытания на удар без повреждения средств взрывозащиты при сертификации.  В соответствии с требованиями стандартов для групп II и III энергия удара должна быть не менее 7 Дж, для группы I  – не менее 20 Дж.

 Степень защиты от влаги и пыли «IP»

Согласно ГОСТ 14254 маркировка «IP66/IP67» позволяет применить светильник в условиях, где требуется IP67 или IP66, IP65 и ниже. Не все знают, что если светильник, например, имеет защиту «IP67», то применить его в условиях, где необходима защита IP65 или IP66 – НЕЛЬЗЯ!

То есть для обычного применения светильников (не подводного) IP66 лучше, чем IP65 и ниже, и лучше, чем IP67 и IP68.

Цитата из раздела №6 (защита от влаги) ГОСТ 14254-2015:

«…оболочки, обозначаемые только одной характеристической цифрой 7 либо 8, непригодны для выдерживания воздействия струй воды (обозначаемых второй характеристической цифрой 5, 6…)

 Нужно иметь в виду, что для обычных светильников защиты IP65 или IP66 вполне достаточно для любых условий эксплуатации, если она реально обеспечена.

Некоторые производители взрывозащищенных светильников указывают защиту до IP68. Для взрывозащищенных светильников это выглядит смешно, учитывая, что с IP68 – это подводные светильники, а под водой взрывоопасные газовые и пылевые среды, как известно не образуются. Видимо тот факт, что такие светильники нельзя применять там, где требуется IP65 – потребители, покупающие такие светильники, да видимо и сами производители не знают.

Многие, видя маркировку «IP67» считают, что она лучше, чем «IP66» или «IP65», «перекрывает» их и позволяет применять такой светильник в «обычных» условиях, где необходима струезащищенность. А это достаточно грубая ошибка. Светильники с «IP67» и «IP68» не являются струезащищенными. Это важно.

Для перекрытия всех требуемых вариантов защиты от пыли и влаги достаточно иметь маркировку «IP66/IP67». Нужно понимать, что это означает не варианты изготовления «IP66» или «IP67», а вариант, когда изделия выполняет не только максимальные требования струезещищенности – «IP66», но и испытаны на погружение под воду до одного метра – «IP67» и могут применяться, например, в прибрежных зонах.

Из практики: Выданный органом по сертификации сертификат был аннулирован не по вине производителя, а по вине самого органа по сертификации при его проверке со стороны Росаккредитации. В ТУ на сертифицируемое изделие была указана маркировка «IP66/IP67», а в протоколах сертификационных испытаний были указаны испытания только на «IP67». Видимо эксперты органа посчитали, что «IP67» «перекрывает» «IP66», что неверно.

Конструктивно обеспечить такую защиту можно, например, применением кольцевого острого выступа в месте соединения деталей корпуса, если используется «плоско-цилиндрический» или «цилиндрический» способ соединения частей оболочки вида «d». При изготовлении корпусных деталей методом литья под давлением это сделать не сложно, даже без дополнительной механической обработки.

Кольцевой острый выступ в корпусе, «впивающийся» в уплотнительное кольцо при сжатии деталей корпуса (см. рис. 31) обеспечат полную герметичность, исключающую накопление конденсата.

Рис. 31

Нужно отметить, что при недостаточной герметичности в условиях периодического нагрева и охлаждения светильник начинает работать по принципу осушителя воздуха и при этом способствует накоплению конденсата в корпусе, особенно в условиях высокой влажности воздуха. Механизм примерно такой:  До первого включения в светильнике и снаружи и внутри будет воздух с одинаковым давлением и влажностью. После включения воздух внутри светильника будет нагреваться, а соответственно будет возрастать его давление и с целью выравнивания давления он начнет выходить из корпуса через имеющиеся щели.

Однако прогрев корпуса в начале нагрева светильника будет неравномерным, то есть внутренняя стенка корпуса горячее, чем внешняя. При выходе часть пара из воздуха будет конденсироваться в щели и возвращаться внутрь корпуса (возможно в виде капель) увеличивая влажность внутреннего воздуха и накапливая конденсат. С каждым циклом включения-выключения влажность воздуха, а соответственно количество конденсата внутри корпуса будет возрастать. На этом принципе работают осушители воздуха. Для борьбы с этим процессом обычно применяют клапаны выравнивания давления, однако для взрывозащиты вида «d» это затруднительно. Поэтому остаётся один путь – максимизация герметичности.

Удобство монтажа

Это одна из важных потребительских характеристик светильников, и на нее нужно обращать внимание при проектировании или при выборе светильника.

Понятно, что наличие вводной коробки является значительным преимуществом, для монтажа не нужно открывать корпус. Особенно это важно для взрывозащищенных светильников с видом взрывозащиты «d» когда коробка имеет вид «е».

Применение в вводной коробке качественных «рычажных» клемм также значительно упрощает монтаж. Если материал колодок проходит испытания на трекингостойкость, а конструкция гарантирует минимальные зазоры и постоянный прижим, то такие колодки можно применять в вводной коробке взрывозащищенного светильника. 

Кроме того, если вводная коробка имеет вид взрывозащиты «е», ввод кабеля в коробку будет через кабельные вводы с тем же видом взрывозащиты. Это упрощает монтаж, снижает ответственность монтажников и увеличивает безопасность применения таких светильников (см. выше).

До тех пор, пока еще существуют ламповые светильники нужно учитывать, что их замена на светодиодные не должна приводить к замене подводимого кабеля, а к большинству ламповых светильников подходит кабель диаметром до 15…16 мм. Кабельные вводы в проектируемом светильнике должны позволять вводить кабель такого диаметра.

Для возможности транзитного подключения необходимо предусмотреть конструкцию вводной коробки, позволяющую применение двух кабельных вводов. При транзитном подключении светильников в вводной коробке должны быть применены специально для этого предназначенные клеммы. Нужно учитывать, что при таком подключении возрастает ток, проходящий через колодки. Он не должен превышать допустимый для применяемых клемм. Потребляемый ток будет зависеть от количества транзитно соединенных светильников и от их мощности. Величина допустимого максимального тока через колодки должна быть указана в сопроводительной документации.

О вводе кабеля во взрывозащищенный светильник нужно сказать еще вот что. По требованию ПУЭ в зонах ВI (по ГОСТ-ам это зона 1) кабель должен быть либо бронированным, либо прокладываться в трубах. Это значительно усложняет монтаж светильников, например ввод бронированного кабеля посредством специального кабельного ввода будет более длительным и дорогим. Некоторые проектные институты применяют обычные (не бронированные) кабели, в параметрах которых указана возможность их применения в этих зонах. Или бронированные кабели вводят в светильники через обычные кабельные вводы, помещая их вместе с частью кабеля в термоусадочную трубку. Похоже Ростехнадзор в большинстве случаев такие проекты допускает.

Варианты крепления

При проектировании светильников нужно учитывать необходимость и возможность разнообразного крепления. Если у светильника корпусные детали изготавливаются методом литья, то нужно заранее предусматривать наличие необходимых бобышек для разных видов крепления. Переделка пресс-форм дорогое удовольствие.

Ниже перечислены наиболее распространенные и востребованные виды крепления.

 Крепление на поворотном подвесе.

 Конструкция такого подвеса должна предусматривать жесткую фиксацию положения светильника под разными углами.  Это не позволит светильнику под действием своего веса изменять угол поворота со временем.

При креплении светильника через центральное отверстие скобы, светильник можно поворачивать не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости поворачивая его вокруг места крепления.

Поворотный подвес позволяет крепить светильник к стене или любой другой конструкции под разными углами направляя свет в нужную сторону.

Такой подвес можно применять для модификации светильника с колпаком и рефлектором – прожектора с КСС типа «К» или «Г».

 Крепление на рым-болт.

Такой вариант позволит подвешивать светильник, например на трос, цепь или крюк на разной высоте, обеспечивая нужную освещенность в нужном месте.

В этом случае применяется боковой ввод кабеля, транзитное или тупиковое подключение.

Потолочное крепление.

 Такое крепление можно применять в низких помещениях.

Конструкция должна обеспечивать простоту монтажа, например за счет крепления в начале специальной скобы к потолку, а затем светильника к скобе. В таком случае для монтажа/демонтажа светильника достаточно будет ослабить винты крепления и повернуть светильник на небольшой угол.

Крепление на уличную столбовую консоль – трубу диаметром 48…52 мм.

 Такое крепление можно применить для светильников с КСС типа «Ш» или «Л», применяемых для освещения дорог или тротуаров.

Светильник должен жестко крепится к трубе. При эксплуатации такого светильника на улице и на высоте необходимо учитывать в том числе ветровую нагрузку. Крепление светильника должно её выдерживать.

Вход в трубу консоли должен быть закрыт для исключения попадание воды.

Трубное крепление на «гусака».

Такое крепление на «гусака» распространено, например на НПЗ и не только.

Оно применяется для крепления старых взрывозащищенных светильников типа В3Г или подобных им. В проектируемом светильнике предусмотреть такой вид крепления нужно в первую очередь для того, чтобы заменить им старые ламповые светильники без дополнительных приспособлений, деталей и затрат, включая применение того-же кабеля.

Как сказано выше на примере, такая замена существенно сэкономит потребление электроэнергии. К сожалению далеко не все умеют правильно эту экономию посчитать, особенно с учетом КПД светильников и осветительных установок.

Для защиты от прокручивания светильника на трубе, необходимо применять фиксатор, например специальный винт.

В связи с тем, что труба крепится к светильнику по резьбе во вводной коробке с видом взрывозащиты «e» – обычный трубный ввод кабеля во вводную коробку без специальных технических решений, как у вида «d», не нарушает взрывозащиты. Это ещё один плюс применения в светильнике вводной коробки с видом «е». Такой вариант значительно дешевле варианта ввода кабеля через трубу во взрывонепроницаемую оболочку, когда необходимо выполнять все специальные требования по взрывозащите при монтаже и в то же время безопасней.

Конструкция светильника с трубным вводом кабеля во взрывонепроницаемую оболочку вводной коробки или в непосредственно корпус с видом «d», будет значительно сложнее и дороже, но при этом ухудшать безопасность применения такого светильника.

Нужно иметь в виду, что для возможности применения светодиодных направленных светильников с КСС типа «Д», «Г» или «К» к трубе светильник должен крепиться посредством поворотной скобы специальной конструкции с возможностью герметизации кабеля в месте его выхода из трубы, позволяющей поворачивать и наклонять светильник в нужном направлении.  Кабель при этом может входить в светильник через боковой кабельный ввод.

Ремонтопригодность

Для обеспечения ремонтопригодности, учитывая, что монтаж и демонтаж светильника имеет достаточно большую трудоёмкость, необходимо обеспечить возможность замены DOB-модуля без демонтажа светильника, например применяя его подключение при помощи «втычных» контактов,  без применения пайки. Такая процедура замены не должна занимать более 5…10 минут.

Как было уже сказано, конструктивным преимуществом применения модулей DOB является отсутствие необходимости демонтажа светильника при замене модуля.

Как было сказано выше, модуль можно менять в том числе с целью модернизации, например применить модуль с большей мощностью или эффективностью в том же светильнике. Взрывозащита вида «d» это позволяет без нарушения требований по безопасности.

Нужно не забывать, что варианты светильников с взрывозащитой вида «m», а также светильники, в которых для отвода тепла от драйвера применяют его заливку компаундом исключают их ремонт. Такие светильники, в случае выхода их из строя нужно будет менять целиком. В современных условиях, когда показателей надежности светильников, таких как, например, «наработка на отказ» практически никто не указывает (как было раньше), применение «залитых компаундом» светильников может оказаться сильно затратно.

 Модульные конструкции в виде комплексов из светильников.

 Применение технологии литья при конструировании светодиодных взрывозащищенных светильников, кроме перечисленных неоспоримых преимуществ – эффективный радиатор с одновременным выполнением всех требований по прочности для вида «d», имеет ещё одно – в конструкции можно легко предусмотреть возможность соединения нескольких светильников в комплексы в том числе без применения дополнительных деталей – только винты. Для такого решения предпочтительней иметь квадратную или прямоугольную форму светильников (радиатора).

Такое решение позволяет получить замену достаточно мощным светодиодным светильникам с высоким подвесом, в том числе прожекторам для освещения больших площадей.

Электрическое соединение светильников между собой можно предусмотреть транзитное. Монтаж кабеля будет производится через вводную коробку одного из светильников.

Ещё один фактор нужно иметь в виду. По правилам светотехники светильник считается точечным если расстояние до зоны освещения превышает 10-кратный размер «светового пятна» светильника, то есть максимального размера светящейся области. В этом случае по светораспределению комплекс абсолютно идентичен единичному светильнику, входящему в комплекс. Тип КСС всего комплекса не будет отличаться от типа КСС единичного светильника, а световой поток будет кратно больше. Например, 4 светильника, собранные в комплекс, не будут отличаться от единого светильника 4-х кратной мощности. Кроме того нужно иметь в виду, что светильники, собранные в комплекс, не будут влиять друг на друга с точки зрения теплоотвода. Для этого достаточно оставить очень небольшое расстояние между корпусами светильников при сборки их в комплексы, а этого не трудно добиться. В комплексы можно собирать любые варианты – прожекторы, уличные с КСС «Ш» и т.д.

При сертификации такой конструкции необходимо учитывать, что органы по сертификации заинтересованы в том, чтобы отразить в сертификате все возможные конструкции комплексов с разным количеством светильников как отдельные изделия со своим названием. Стоимость сертификата при этом сильно возрастает, а кроме того будет ограничены варианты конструкции комплексов. Но нужно понимать, что если каждый светильник будет иметь свою наклейку (этикетку), удовлетворяющую требованиям стандартов и своё уникальное наименование, указанное в сертификате, то сертификации комплекса в целом, как единого взрывозащищенного изделия не требуется. Возможность сборки комплексов с произвольным количеством светильников должна быть указана в сертификате на светильник. Для потребителя этого будет достаточно. Нарушений регламента не будет.

Наклейки (этикетки) на комплексе в целом, указывающие наименования комплексов и содержащие общие характеристики  не имеют отношения к взрывозащите и не должны согласовываться с органом по сертификации. Количество светильников в комплексе и наименования комплексов могут произвольно изменяться не нарушая требований по сертификации.

Предоставлять возможность собирать комплексы из таких светильников самому потребителю или продавать их как отдельные конечные изделия – это чисто маркетинговый вопрос.

Проектируя всего один вариант корпусных деталей можно перекрыть практически весь необходимый ряд мощностей светильников. Например вариант светильника массой всего около 3,5 кг будет иметь ряд мощностей от 10 Вт до 100 Вт, а модульные варианты могут иметь мощность 100 Вт, 200 Вт, 300 Вт, 400 Вт и т.д.

 ВЫВОДЫ

С точки зрения соотношения цена-качество вариант взрывозащиты вида «d» плюс применение модулей DOB является наиболее оптимальным решением для проектирования и производства взрывозащищенных светодиодных светильников. Для такого вида взрывозащиты одновременно решается вопрос оптимизации теплоотвода, что для светодиодных светильников является одним из главных условий. Кроме того необходимо учитывать, что на тендерах цена светильника часто бывает решающей.

Учитывая всё изложенное, при грамотном проектировании можно добиться максимальных результатов при минимальных затратах на подготовку производства, минимальной стоимости материалов проектируемого светильника и максимальной рентабельности такого производства..

Применение DOB-модулей и уменьшение материалоёмкости при оптимизации радиатора с помощью профессиональных тепловых расчетов можно значительно уменьшить себестоимость светильника без ухудшения его качества.

Затраты на изготовление пресс-форм должны окупиться очень быстро, учитывая, что светильник может «перекрывать» практически все потребности. Область применения – от маломощных потолочных вариантов для применения в низких помещениях до модульных прожекторов, предназначенных для освещения больших площадей. От подвесных вариантов в больших и малых цехах до химостойких вариантов для работы в агрессивных средах. От светильников, применяемых в угольных шахтах до светильников, применяемых на судах и нефтяных платформах в том числе на севере. От светильников для предприятий деревообработки, пекарен, комбикормовых заводов, зернохранилищ и т.д. до светильников для освещения дорог и тротуаров. Светильник может иметь высочайший IP, максимально широкий диапазон рабочих температур и любые варианты подвесов.

Возможность замены плоского стекла на колпак без изменения основных корпусных деталей значительно расширяет возможные типы КСС в светильнике.

По взрывозащите он может иметь первый уровень, подгруппу IIC и температурный класс Т6, что позволит применять его в любых взрывоопасных средах.

То есть светильник может применяться в любых условиях и для любых целей при минимальных затратах на проектирование и подготовку производства. С точки зрения маркетинга разные исполнения светильника для разных условий применения могут иметь разное наименование.

Кроме того, при замене специального закаленного стекла на обычное, применении более дешевого алюминиевого сплава и исключении механической обработки, обеспечивающей взрывозащищенность он может не быть взрывозащищенным и применяться как обычный промышленный светодиодный светильник при снижении его себестоимости. При такой оптимизированной конструкции он вполне может быть  не дороже, а может быть и дешевле, чем у конкурентов, с теми же параметрами.

Всё это вполне достижимо при профессиональном подходе к проектированию.

 ВСЕМ УДАЧИ!

  Рядинский А.Н.                               Обоснованные замечания и вопросы  по E_mail: ex-help@bk.ru

        Ну что же, очень познавательно. Я прочитал с большим удовольствием. Думаю, что тем людям, кто всерьез заинтересован в теме (а не просто скучает), данная статья будет очень интересна.  Благодарим Автора, за то что он прислал нам для публикации этот интересный материал! Вопросы пишите или в комментах к данной статье или на электронную почту Автору, которую он оставил выше.