Az ipari környezetbe szánt LED-es világítási megoldások meghatározása

A világítás kritikus elem a különböző tevékenységek során a biztonságos, hatékony és költségtakarékos ipari környezet kialakításában, beleértve a logisztikát, a gépek üzemeltetését, a kapcsolószekrényeket, a munkaállomásokat és a gyártósorokat. A LED-ek egyre több esetben kiváló világítási megoldásokat kínálnak. A hagyományos fénycsövekhez, fémhalogén izzókhoz, nagynyomású nátriumgőzlámpákhoz és más világítástechnikákhoz képest a LED-es lámpatestek energiatakarékosabbak, ami az üzemeltetési költségeket, és hosszabb élettartamúak, ami a karbantartási költségeket csökkenti. Az ipari lámpatesteket gyakran zord környezetben használják, és a munkavédelmi és egészségügyi előírások mellett a behatolás elleni védelemre és a meghatározott minőségű áramellátásra is szükség lehet. Az ezen eltérő követelmények közti egyensúly megteremtése megnehezíti a lámpatestek kiválasztását.

Ez a cikk áttekinti a teljesítménymutatókat, beleértve a lumenben és wattban kifejezett fényteljesítményt, a hatásfokot, a fényerőt, a zónás fényerőeloszlást, a korrelált színhőmérsékletet, a színvisszaadási indexet, a névleges élettartamot és az ipari lámpatestekkel kapcsolatos költségeket, különös tekintettel a LED-ekre. Ezután részletesen ismerteti a környezeti szempontokat, beleértve a behatolásvédelmi követelményeket, a teljes harmonikus torzítást és az áramellátás minőségére vonatkozó követelményeket, valamint a veszélyes környezetek megvilágítását. Végül a cikket a Banner Engineering cégnek a raktárihely-megvilágító rendszerekben használt világításra, a targoncairányításra, valamint a munkaállomások általános megvilágítására, a gépek megvilágításra és a kapcsolószekrények világítására használt konkrét megoldásainak bemutatása zárja (1. ábra).

1. ábra: A LED-es lámpatestek számos, a legkülönbözőbb felhasználási területre optimalizált formában kaphatóak (kép: Banner Engineering)

Teljesítménymutató mérőszámok

Az adott alkalmazáshoz optimális lámpatest kiválasztásának alapja a megvilágítási szint meghatározása. Számos mérőszámot kell figyelembe venni, a lámpatest működési hatásfokától kezdve egészen addig, hogy mennyire jól közelíti a szabványos fehér fényt. Minden egyetlen gyertyával vagy kandelával (cd) kezdődik (spanyolul candela = gyertya). A cd egy SI-alapegység, amely egy adott fényforrás (szabványos gyertya) által egy adott irányban kibocsátott látható fény fényerejét mutatja. A cd fogalmára építve a lámpatestek összehasonlításánál fontos mérőszámok a következők:

• Lumen (lm): fényáram, egy 1 cd fényerejű, minden irányban egyenletesen sugárzó pontszerű fényforrás által kibocsátott fény egy egységnyi térszögre eső része.
• Watt (W): villamosenergia-fogyasztás, egyenáramú áramkörök esetén W = V × A, váltakozó áramú áramkörök esetén W = V_RMS × A.
• Hatásfok (lm/W): azt mutatja, mekkora hatásfokkal termel látható fényt egy fényforrás.
• Lux (lm/m²) – a felületre beeső fény emberi szem által érzékelt fényereje.
• Zónás fényerőeloszlás: a lámpatest által kibocsátott fényáram egymástól elkülönülő függőleges síkok alkotta zónák szerinti eloszlása. A lámpatestek közötti térközök meghatározására szolgál.
• Korrelált színhőmérséklet (CCT): a fényforrás színének színérzetével megegyező színérzetű feketetest-sugárzó hőmérséklete kelvinben (K) kifejezve. A fehér fény CCT-értéke 2700 K és 6500 K között van.
• Színvisszaadási index (CRI): a fényforrás azon képessége, hogy egy ideális vagy természetes fényforrással összehasonlítva mennyire hűen jeleníti meg a különböző tárgyak színeit. A CRI értéke 0 és 100 közötti lehet. A hagyományos izzók CRI-értéke 100, a LED-ek CRI-értéke 80 és a 90-et meghaladó értékek között mozog.

A világítástechnika fejlődésével az optimális megoldás meghatározásának módja egyre bonyolultabbá vált. A LED-ek hatásfoka például lényegesen jobb, mint a fénycsöveké és a nagy fényerejű gázkisüléses (HID) lámpáké. Míg a fénycsövek és a HID lámpák minden irányba sugározzák a fényt, a LED-ek irányítottak. A lényeg az, hogy a mérőszámok leginkább a LED-ek LED-ekkel, fénycsövek fénycsövekkel (stb.) való összehasonlítására alkalmasak. A különböző világítástechnikák összehasonlításához a felhasználóknak gyakran egymás mellett kell értékelniük a mintákat, hogy meghatározzák, melyik a legjobb.

Az előállított fény minősége mellett a felhasználóknak tisztában kell lenniük a lámpatestet tápláló fénycsőelőtét vagy vezérlőegység teljes harmonikus torzításával (THD) és teljesítménytényezőjével (PF) is. A teljes harmonikus torzítás az elektronikus áramátalakítóba érkező villanyáram torzítását mutató mérőszám. A kisebb teljes harmonikus torzítás kisebb csúcsáramokat és nagyobb hatásfokot jelent az épület villamosenergia-elosztó hálózatában, valamint kevesebb áram igénylését a helyi közműszolgáltatótól. Az IEEE 519-2014 hasznos referencia a felharmonikusok megértéséhez és a felharmonikus-határértékek villamosenergia-rendszerekben való alkalmazásához. Általában 20%-os vagy annál kisebb THD-re van szükség. A teljesítménytényező ugyanilyen fontos mérőszám. Egy kis teljesítménytényezőjű terhelés (fénycsőelőtét vagy vezérlőegység) azonos kimeneti teljesítmény esetén több áramot vesz fel, mint egy nagy teljesítménytényezőjű. A teljesítménytényező egy 0 és 1 közötti, mértékegység nélküli szám. A fénycsőelőtétek és a vezérlőegységek teljesítménytényezőjének legalább 0,9-nek kell lennie.

Élettartam- és költségszempontok

A LED-ek élettartama általában meghaladja a 25 000 órát, de a hatásfokuk és fényerejük az öregedés során csökken. A LED-es lámpatestek élettartama azon az óraszámon alapul, amennyi alatt a kezdeti fénykibocsátásuk a 70%-ára csökken, és amelyet L70-es paraméternek neveznek. A nem LED-es világítástechnikák egy bizonyos ponton végzetes meghibásodást szenvednek. Ezeknek az élettartamát úgy határozzák meg, mint azon üzemórák számát, amelyet elérve az egységek 50%-a várhatóan meghibásodik. A nem LED-es technikáknak is csökken a fényerejük, ahogy öregszenek. Ezt a hatást lámpa fényáramcsökkenésének (LLD) nevezik, és világítástechnika-típusonként eltérő (1. táblázat).

1. táblázat: A lámpák fényáramcsökkenésének és névleges élettartamának összehasonlítása (táblázat: Banner Engineering)

A világítástechnikák költségeinek összehasonlításához a felhasználóknak figyelembe kell venniük a kezdeti munka- és alkatrészköltséget, valamint a lámpatest élettartama alatt jelentkező energia-, karbantartási és alkatrészköltséget (2. ábra). A kezdeti munka- és alkatrészköltséget ellensúlyozhatja a jobb energiafelhasználás és a kisebb karbantartási igény, a hosszabb élettartamú és jobb hatásfokú LED-ek pedig jelentős megtakarítást eredményezhetnek a teljes élettartamuk alatt.

2. ábra: A világítási költségek összehasonlítása 15 éves életciklust alapul véve (kép: Banner Engineering)

Környezeti követelmények

Az ipari létesítményekben használt lámpatesteket úgy kell tervezni, hogy ellenálljanak a veszélyes körülményeknek. Az Amerikai Egyesült Államok nemzeti villanyszerelési szabályzata a veszélyes helyek három típusát határozza meg:

• I. osztály – gyúlékony gázok vagy gőzök
• II. osztály – éghető por
• III. osztály – könnyen gyulladó szálak vagy lebegő részecskék

Az amerikai szövetségi előírások előírják, hogy „a berendezésen fel kell tüntetni az osztályt, a csoportot és az üzemi hőmérsékletet vagy hőmérséklet-tartományt, 40 °C-os környezeti hőmérsékleten való működés alapján, amelyre a termék jóváhagyást kapott”.

Fontosak a behatolásvédelmi (IP) minősítések is, amelyeket két számmal jelölnek. Az első a berendezés szilárd idegen tárgyakkal, például porral szembeni, a második a vízzel szembeni védettségét mutatja. Az IP67-es besorolású lámpatestek por- és vízállóak, így számos ipari környezetbe alkalmasak, és elviselik a rövid távú vízbe merítést is. Az IP68g besorolású lámpatestek még jobb védelmet nyújtanak, és jobban ellenállnak az olaj és a víz behatolásának.

Az ipari környezetekben gyakran előfordulnak rezgések és szélsőséges hőmérsékletek. Az egyes világítástechnikáknál használt vékony szálak, érzékeny alkatrészek és üvegburkolatok különösen érzékenyek lehetnek a rezgés okozta sérülésekre. A LED-ek nem tartalmaznak érzékeny alkatrészeket, és sokkal ellenállóbbak a rezgésekkel és ütésekkel szemben. Bár mechanikailag strapabíróak, a magas környezeti hőmérséklet csökkenti a LED-ek hatásfokát és élettartamát. Másrészt viszont a LED-ek más világítástechnikákhoz képest jobban megfelelnek a hűtőházakban és más létesítményekben, ahol akár –40 °C-os hőmérséklet is előfordul.

Raktárihely-megvilágító rendszerekbe alkalmas világítótestek

A raktárihely-megvilágító rendszerek a hatékonyság, a termelékenység és a pontosság növelése révén csökkenthetik a raktári termékkeresési műveletek költségeit. A Banner a raktárihely-megvilágító rendszerekhez az EZ-LIGHT® K50L sorozatot kínálja, beleértve a K50LGRASXPQ típust is (3. ábra). A K50L lámpatestek típustól függően egy (zöld), két (zöld és piros) vagy három (zöld, piros és sárga) LED-del készülnek, és rezgésállóak. A K50LGRASXPQ zöld és piros LED-es világítással, valamint többhangú hangjelzéssel rendelkezik. A K50L sorozat jellemzői:

• Könnyen beszerelhető, erős fényű LED-es jelzőegységek hangjelzéssel kiegészítve
• Strapabíró és teljesen zárt. A DIN 40050-9 szerinti IP67 vagy IP69K védettségi osztályba sorolva, típustól függően
• Ezekhez az önálló lámpatestekhez nincs szükség külső vezérlőegységre
• Ez további védettséget jelent a rádiófrekvenciás (RFI) és elektromágneses zavarással (EMI) szemben
• Az IP67-es típusok hangjelzésének állítható a hangereje, és a hangjelzés lehet folyamatos vagy szaggatott
• Rugalmas beépíthetőség 12 V-tól 30 V egyenfeszültségig terjedő bemenetekkel és fordított polaritás elleni védelemmel

3. ábra: A Banner Engineering K50 sorozatú, a raktárihely-megvilágító rendszerekbe szánt lámpatestjei egyenáramról működnek, folyamatos vagy szaggatott hangjelzéssel, valamint típustól függően 1, 2 vagy 3 színű LED-et tartalmazó jelzőegységgel (kép: Banner Engineering)

Targoncairányító lámpatestek és érzékelők

A targoncavezetőknek korlátozott lehet a kilátásuk, így a terjedelmes rakományok elhelyezésekor többször le kell szállniuk. A targoncairányító lámpatestek és érzékelők használatával növelhető az anyagmozgatási műveletek hatékonysága. A Banner WLS27PXRGBW285DSQ típusú lámpatestje például a WLS27 Pro sorozat tagja, 285 mm hosszú, IP66, IP67 és IP69K behatolásvédelmi besorolással rendelkezik, és piros, zöld, kék és fehér LED-eket tartalmaz (4. ábra).

4. ábra: Ez a 285 mm hosszú lámpatest piros, zöld, kék és fehér LED-eket tartalmaz, és targoncairányításra használható. IP66, IP67 és IP69K behatolásvédelmi besorolással rendelkezik (kép: Banner Engineering)

A WLS27 Pro sorozat minden lámpatestje képes többszínű animációkat megjeleníteni különböző sebességgel és mintázattal, valamint szakaszokra osztható, így jól alkalmazhatóak targoncairányító rendszerekhez. Az alumíniumkeretbe épített törhetetlen kopoliészter háznak köszönhetően a WLS27 Pro egységek törés- és ütésállóak. IP69K besorolásuk lehetővé teszi, hogy nagynyomású vízzel történő lemosások során és kültéri környezetben is működhessenek. Az integrált időzítő és számláló funkciók lehetővé teszik az idő- vagy mennyiségi adatok, köztük a távolság és a helyzet pulzáló jelzéssel történő megjelenítését is.

A WLS27 Pro lámpatestek targoncairányító rendszerek kialakítása céljából kombinálhatók a Q5X többfunkciós lézeres érzékelővel (5. ábra). A Q5X hatótávolsága 50 mm-től 5 m-ig terjed. Egyéb jellemzők:

• Áttetsző és fényvisszaverő tárgyak, többszínű célok, fényes fém háttér előtti fekete célok, fekete háttér előtti fekete célok és sötét tárgyak (<0,1% fényvisszaverésű fekete célok) megbízható felismerése
• A kettős betanítási mód a fényerőt és a távolságot is méri
• 270 fokban elforgatható, hogy megfeleljen a különböző felszerelési korlátozásoknak
• Programozható IO-linken át, távbetanítással, fedélzeti felhasználói felületen vagy külön beszerezhető távoli érzékelő kijelzőjén keresztül

5. ábra: Az olyan többfunkciós lézeres érzékelők, mint a Banner Engineering Q5X, felhasználhatók targoncairányító rendszerek kialakítására (kép: Banner Engineering)

Általános világításra szolgáló termékek

A Banner WLB32ZC285PBQMB egy 285 mm hosszú, nagy fényerejű LED-es lámpatest, amely 750 lm egyenletes fénykibocsátású és káprázásmentes „izzású” (6. ábra). A WLB32 család része, amely 285 és 1130 mm közötti hosszúságú lámpatesteket tartalmaz 750 és 3000 lm közötti fényáramértékekkel. Ezeket a lámpatesteket munkahelyekre, gépvilágításra, kapcsolószekrényekbe és gyártósorokra tervezték.

6. ábra: A Banner WLB32ZC285PBQMB típus egy 285 mm hosszú, nagy fényerejű LED-es fénycső általános megvilágítási igényekhez (kép: Banner Engineering)

A WLB32 fénycsövek minimális kábelezéssel láncba kötve folyamatos fénycsíkot alkothatnak, miközben fenntartják az egyes fénycsövek független működtethetőségét. Egyéb jellemzők:

• Fényes/halvány/ki fokozatkapcsoló
• Törésálló ablak és fémház
• Rugalmas felszerelés mágneses vagy karos konzolokkal vagy bepattintós kapcsokkal
• Egyes típusokon szemvédő pajzs gátolja az oldalsó tükröződést
• Egyes típusok mozgásérzékelővel vannak ellátva

Összegzés

Az ipari világítási megoldások kiválasztásakor a teljesítmény, a költségek és a környezeti tényezők széles skáláját kell figyelembe venni. Egyre több esetben jelentenek vonzó lehetőséget a LED-es lámpatestek. A hagyományos világítástechnikákhoz képest a LED-es lámpatestek nagyobb rugalmasságot és megbízhatóságot kínálnak, ráadásul a LED-ek pedig jobb hatásfokot és hosszabb élettartamot nyújtanak, és kevesebb karbantartási igényelnek. Ennek eredményeképpen, bár a LED-ek beszerzési költségei magasabbak lehetnek, mint más világítástechnikákéi, amellett, hogy kiváló világítási megoldást jelentenek, az élettartamukra vetítve alacsonyabb költségeket is kínálnak.