Определение коэффициента эксплуатации на светодиодные светильники УСС

За время эксплуатации светильников для дорожного освещения (СДО) их фотометрические и другие эксплуатационные показатели ухудшаются по сравнению с начальными.

Эксплуатационные изменения качества дорожного освещения связаны со старением и загрязнением источниками света и оптических частей СДО (рассеивателей и отражателей).

Старение рассеивателей и отражателей при эксплуатации – результат структурных изменений материалов. Старение – процесс необратимый и зависящий от качества применяемых материалов, конструктивного решения светильников для дорожного освещения и химического состава окружающей его воздушной среды.

За время эксплуатации происходит медленное осаждение пыли и загрязнений на ИС и пассивных оптических элементах светильников для дорожного освещения . Этот процесс частично обратим при проведении регулярного технического обслуживания (ТО). Степень и скорость загрязнения зависят от конструкции светильников для дорожного освещения (в основном от степени защиты IР) и параметров окружающей атмосферы (интенсивности промышленных загрязнений и дорожного движения, плотности придорожных лесонасаждений). Фотометрические и прочие эксплуатационные параметры ИС меняются в зависимости от их типа, номинальной мощности, производителя и условий эксплуатации. Эти изменения необратимы и в основном известны из каталогов в виде кривых спада светового потока и выхода из строя ИС в процессе горения (при определённых условиях).

Все светильники дорожного освещения меняют свои фотометрические и прочие эксплуатационные показатели в процессе эксплуатации, тем самым снижая зрительную надёжность вождения. Коэффициент u, принимаемый на стадии проектирования ОУ дорожного освещения, должен учитывать эксплуатационные изменения фотометрических параметров СДО, а также вид и частоту регламентных операций технического обслуживания . Для оценки u необходима намётка операций ТО СДО.

Расчётно-аналитическим путём автор пришёл к мнению, что наиболее подходящий вариант технического обслуживания СДО – сочетание чистки светильников для дорожного освещения с групповой заменой ИС в них для традиционных светильников. Из-за необходимости зрительной надёжности для всех участников дорожного движения следует проводить индивидуальную замену выходящих из строя ИС между последовательными чистками СДО. Для светодиодных источников света, ТО обслуживание гораздо меньше, чем у традиционных.

Комплексное техническое обслуживание с определённой цикличностью позволяет сдерживать расходы на дорожное освещение, использовать меньшие u на стадии проектирования осветительного оборудования и поддерживать при этом заданные показатели дорожного освещения в течение всего срока эксплуатации этого оборудования. Чистка светильников для дорожного освещения с параллельной заменой в них ИС сдерживает необходимость частого вскрытия СДО и, соответственно, снижает вероятность их механических повреждений.

Величиной, обычно учитываемой в проектировании дорожного освещения, служит средняя яркость дорожного покрытия (Lav). При этом коэффициент эксплуатации ОУ дорожного освещения (u) в момент времени t с начала эксплуатации (u(t)) определяется отношением соответствующей Lav в этот момент к Lav в начале эксплуатации (при t=0):

формула
Упрощённо полагая, что отражающие свойства дорожного покрытия и взаимные пропорции фотометрических параметров СДО при эксплуатации не меняются, правая часть в (1) может быть заменена отношением светового потока соответствующего СДО (Ф) в момент времени t с начала эксплуатации (Ф(t)) к Ф в начале эксплуатации (при t=0):
формула

где η(t) и η(0), Фs(t) и Фs(0) – соответствующие значения КПД СДО (η) и светового потока используемого ИС (Фs).

Если считать, что характер временного изменения η при эксплуатации постоянен, независимо от проведения ТО, и что в результате ТО Ф возрастает, то – согласно (2) и рис. 2–4 – u(t) может быть выражено как

формула

где t'c – время первой чистки СДО, годы; t'r – время первой замены ИС, годы; tmax – максимальный срок службы СДО, годы (по польским нормам – около 20 лет); Фc – световой поток «чистого» СДО – после операции ТО, лм; Фp – световой поток загрязненного СДО – до операции ТО, лм; ηc – КПД «чистого» СДО – после операции ТО.

В случае комплексного ТО, включающего чистку СДО и замену ИС в них одновременно (t'c=t'r и Фs(t'c)=Фs(t'r)), u(t)может быть выражен как

формула

ТО может проводиться с разными временными циклами и включать каждый раз чистку СДО и замену ИС или только лишь чистку СДО, проводя замену ИС с другими циклами.

Разным вариантам ТО соответствуют разные оптимальные u, в соответствии с чем были рассмотрены следующие подобные варианты:
–    комплексное ТО (чистка светильника и замена драйвера или светильника целиком.
В традиционных источниках света также замена отдельно -лампы) с одногодичным, двухгодичным, трёхгодичным и четырёхгодичным циклами (вар. А);
– ТО, включающее чистку светильника и замену драйвера с двухгодичным и четырёхгодичным циклами соответственно (вар. Б).

При этом оптимальные u определялись для ОУ со  светодиодами, типа:
УСС — 150 (потребление 150 Вт) КСС типа «Д»
УСС  -  180 Магистраль (потребление 180 Вт) КСС типа «Ш»
УСС — 240 Магистраль (потребление 240 Вт) КСС типа «Ш»
при разных условиях окружающей среды.
Расчётные u соответствуют времени tmax(u(tmax).

Для каждого лабораторного испытания отбирались случайным образом по 5 светильников с какой-либо улицы и определялись их КПД в сравнении с КПД новых.  Исследования проводились с 2010 года по 2014 г. 


Для уличного применения (освещение дорог и магистралей)


Интервал технического обслуживания, годы Тип используемого  источника света Условия окружающей среды

1

2

3

4

Коэффициент эксплуатации (u)

1

УСС — 240 Магистраль 0.96 0,92 0,9 0,89
УСС — 180 Магистраль 0,96 0,94 0,91 0,89
УСС — 150 0,96 0,95 0,92 0,91

2

УСС — 240 Магистраль 0,94 0,92 0,9 0,89
УСС  - 180 Магистраль 0,94 0,93 0,91 0,89
УСС — 150 0,94 0,93 0,91 0,89

3

УСС — 240 Магистраль 0,92 0,89 0,87 0,84
УСС  - 180 Магистраль 0,93 0,9 0,89 0,87
УСС — 150 0,93 0,9 0,89 0,87

4

УСС — 240 Магистраль 0.9 0,87 0,84 0,8
УСС — 180 Магистраль 0,91 0,89 0,85 0,83
УСС — 150 0,91 0,89 0,85 0,83


Условия (варианты) окружающей среды, в которой эксплуатировались СДО, были следующими:
I – улицы малого транспортного значения с малой СЕПД (от 6000 транспортных единиц в сутки (ТЕС)) и СГВП около 92 г/м2;

II – улицы большого транспортного значения со средним уровнем СЕПД (от 16 000 ТЕС) и СГВП около 78 г/м2;

III – улицы большого транспортного значения с высокой СЕПД (от 22 000 ТЕС) и СГВП около 86 г/м2;

IV – улицы большого транспортного значения с очень высокой СЕПД (от 34 000 ТЕС) и СГВП около 92 г/м2.


Ресурсные требования к светодиодным светильникам:

В течение гарантийного срока эксплуатации, снижение светового потока относительно первоначального не должно превышать 30%.
Когда происходит 30% падение светового потока, то светодиодные светильники должны заменять на новый или производить замену светодиодного модуля, в том числе защитного стекла и оптики.
Из данного исследования, видно, что за 4 года работы светильников (Аксиома света) при различных условиях окружающее среды падение светового потока не превысило 10 — 15%. В светотехнических расчетах необходимо учитывать коэффициент эксплуатации  отличный от других источников света.



Романовский А.Н.