Systemy oświetleniowe - Zasilanie

Mam tu na myśli oczywiście podłączenie do zasilania. Nie mam zamiaru wykładać całej teorii związanej z napięciem, prądem, mocą, energią itp. tematami nieodłącznie wiążącymi się z zaopatrywaniem urządzeń w energię elektryczną. Warto jednak przypomnieć sobie (a może i dowiedzieć się, jeśli ktoś do tej pory nie „siedział” zbyt mocno w tym temacie) kilka najważniejszych informacji.

Bo choć „elektryka prąd nie tyka”, to jednak oświetleniowca już może „tyknąć”, zwłaszcza takiego, który nie czuje do niego należytego respektu i do tego nie zna podstawowych „praw i obowiązków” pracy z prądem.

POTRZEBA MOCY

Pierwszą i bodajże najważniejszą (na początku) rzeczą, jaką powinien znać projektant systemu oświetleniowego – czy to stałego (w domu kultury, teatrze, operze) czy też mobilnego (koncertowego, eventowego) – jest wartość dostępnej mocy, którą może on wykorzystać do zasilenia swoich „zabawek”. To będzie nam limitowało liczbę i wielkość (wataż) urządzeń projektowanego systemu, bowiem przekroczenie tej wartości spowoduje przeciążenie systemu zasilającego i, w najlepszym przypadku, zadziałanie zabezpieczenia.

Aby obliczyć wartość mocy dostępnej, a także moc niezbędną do zasilenia danego urządzenia czy zestawu urządzeń, musimy rozumieć, czym są i jakie są zależności pomiędzy napięciem, prądem, oporem (rezystancją, impedancją) oraz mocą. Wartość napięcia powie nam, w jakim „trybie” dostarczana jest moc do urządzenia (wysokonapięciowo, niskonapięciowo), liczba amperów odnosi się do mocy dostępnej, a liczba watów powie nam, jak duża moc jest dostarczona do urządzenia. Tak więc jednostki takie jak wolt, amper, om i wat powinniśmy mieć „w małym paluszku” i żonglować nimi sprawnie i bez większego wysilania mózgowia. Zależności pomiędzy mocą, napięciem i prądem określa poniższy wzór:

P = U • I, gdzie

P – moc wyrażona w watach [W]
U – napięcie w woltach [V]
I – prąd w amperach [A]

Przydatne też będą, zwłaszcza dla tych, którym nie bardzo jest po drodze z matematycznymi przekształceniami wzorów, poniższe wzory, będące właśnie przekształceniami wzoru powyższego:

U = P / I

I = P / U

Może nam też być czasem przydatne „wplątanie” oporu do tej wielkiej trójki (w formie rezystancji lub impedancji), i wychodząc od znanego wzoru, wynikającego z prawa Ohma:

R = U / I, gdzie

U i I są nam już znane, a R to opór wyrażony w omach, po małych przekształceniach uzyskamy wzory na moc:

P = U² / R i P = I² • R

OK., przejdźmy może od teorii do praktyki.

Jak zapewne wiemy, aktualna wartość napięcia w sieci zasilającej w Polsce wynosi 230 V. To jest oczywiście wartość „pożądana”, ale niestety często okazuje się, że w przypadku starych instalacji elektrycznych albo tam, gdzie „prąd trzeba dostarczać wiadrami” (czytaj: na szarym końcu odnogi transformatora energetycznego), wartość ta może spaść nawet do 200-210 V (a jeśli jeszcze „dobrze” obciążymy sieć, nawet i niżej). Standardowe gniazdko, jakie montuje się w instalacjach elektrycznych, może „przepuścić” przez siebie prąd o wartości 16 A. Starsze typy gniazdek, sprzed kilkudziesięciu lat – bo i takie się tu i ówdzie jeszcze u nas zachowały – do 10 A. Oznacza to, że do podłączonego doń urządzenia (urządzeń) nie może płynąć prąd o natężeniu większym, niż owe 16 A czy 10 A.

Ktoś powie, że przecież systemów oświetleniowych nie podłącza się do zwykłego gniazdka w ścianie. Owszem, na dużych koncertach czy w budynkach, gdzie instalacja elektryczna była specjalnie projektowana z myślą o sporych obciążeniach, specjalnie do zasilania systemów oświetleniowych, nagłośnieniowych, itp. nikt nie będzie podłączał się do „zwykłych” gniazdek, bo w tym celu zainstalowane są odpowiednie złącza, przeważnie trójfazowe. Ale nie raz i nie dwa przyjdzie nam pracować w takich miejscach jak gminne czy osiedlowe domy kultury, szkoły, hotele czy świątynie, w których przeważnie ze świecą szukać „trójfazówki”. W takiej sytuacji będziemy musieli skorzystać z tego, co mamy, a więc zwykłych gniazdek, i dlatego spróbujemy sobie teraz policzyć, jakie i ile urządzeń jednocześnie można doń podłączyć.

LICZYMY

Korzystając ze wzoru

P = U • I

liczymy, jaką maksymalną moc możemy „wyciągnąć” ze standardowego 16-amperowego gniazdka, podstawiając do wzoru nominalną wartość napięcia zasilającego 230 V (jeśli mamy możliwość zweryfikowania tego faktu na miejscu, mierząc napięcie w gniazdku, możemy wprowadzić stosowną poprawkę na realną wartość tego napięcia).

P = U • I = 230V • 16A = 3.680W

A więc suma mocy urządzeń podłączonych do jednego gniazdka nie może przekroczyć 3.680 W, inaczej gniazdko ulegnie uszkodzeniu – najpewniej najpierw zacznie się nadtapiać plastikowa obudowa w okolicach bolców wtyczki. Teraz możemy sobie policzyć, ile urządzeń o określonym watażu możemy jednocześnie podłączyć do owego gniazdka. Jeśli – przykładowo – mamy lampy o mocy 1 kW, to szybko stwierdzamy, że nie możemy ich użyć więcej niż 3. Jeśli skusimy się i dołożymy czwartą, przy pełnej mocy świecenia przeciążymy obwód, co może skutkować uszkodzeniem gniazdka.. Możemy natomiast bez stresu do tego kompletu dołożyć jedną lampę 500-, a nawet 600-watową – będziemy mieli prawie 100-procentowe wykorzystanie dostępnej mocy. Oczywiście możliwe są wszelkiej maści kombinacje lamp o różnych mocach, byle ich sumaryczna wartość nie przekroczyła 3.680 W.

I co? To takie proste? No nie, aż tak łatwo to nie ma. Musimy bowiem spojrzeć też (a w zasadzie przede wszystkim) na skrzynkę bezpiecznikową, aby dowiedzieć się, jakiej wartości zabezpieczenia tam zastosowano. Jeśli bezpiecznik lub – w nowszych instalacjach – tzw. ES mają wartość 16 A albo i 25 A, to wszystko jest w porządku. Jeśli jednak napotkamy zabezpieczenie o wartości 10 A, całe nasze poprzednie obliczenia biorą w łeb i musimy jeszcze raz policzyć wartość dostępnej mocy, podstawiając za I wartość 10 A. Jak szybko można policzyć, ilość mocy, jaką możemy „wyciągnąć” wtedy z gniazdka, spadnie nam do 2.300 W (pomimo tego, że gniazdko „wytrzyma” pobór 3.680 W).

Kolejna kwestia do, przynajmniej teoretycznego, rozpatrzenia to zastosowane okablowanie zasilające. No, tutaj wchodzimy może trochę zbyt głęboko w temat, bo raczej nikt nie będzie domagał się dokumentacji i planów budynku, żeby sprawdzić, jakie przewody zostały „zamurowane” w ścianach. Ale warto przynajmniej wiedzieć – w myśl powiedzenia, że łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniowo – że tym również możemy być ograniczeni. Założyć jednak trzeba, że skoro ktoś zaprojektował instalację elektryczną z bezpiecznikami, dajmy na to, 16-amperowymi, to nie wykorzystał w niej kabli, które nie będą w stanie zapewnić bezpiecznej „wędrówki” prądom o co najmniej takiej wartości.

Problem może pojawić się, jeśli stosujemy przedłużacze i rozdzielacze (skoro chcemy podłączyć do jednego gniazdka kilka urządzeń, bez nich się nie obejdziemy). W tym przypadku musimy znać wartość średnicy przewodów wykorzystanych w naszych „złodziejkach”, żeby nie przekroczyć ich prądowej wartości nominalnej, co może zakończyć się ich uszkodzeniem, a nawet małym pożarem. Np. posługując się 10-amperowym kablem możliwości podłączenia za jego pomocą urządzeń oświetleniowych zostają ograniczone do 2,3 kW, czyli nie podłączymy jednocześnie więcej niż dwie lampy kilowatowe.

„POJEMNOŚĆ” SYSTEMU

Inną kwestią, którą musimy rozważyć w przypadku gdy przyjdzie nam pracować w już „gotowej” instalacji oświetleniowej (np. w teatrze, domu kultury, itp.), jest „pojemność” owego systemu. Przykładowo – przyszło nam pracować w dość dużym ośrodku kultury, który dysponuje aż pięćdziesięcioma 10-amperowymi dimmerami. Nie oznacza to bynajmniej (w większości przypadków), że taka jest całkowita „pojemność” owego systemu dimmerów, bowiem 500 A wymaga naprawdę sporej linii zasilającej. Musimy dowiedzieć się, jaka ilość mocy przypada na każdy rack dimmerowy. W mniejszych instalacjach będą to przeważnie 32 ampery, dostępne dla każdego sześciokanałowego (najczęściej spotykanego ) dimmera. Oznacza to, że taki dimmer pack jest w stanie obsłużyć (w tym samym czasie i przy pełnym obciążeniu) maksymalnie 7,3-kilowatowy zestaw urządzeń oświetleniowych, przy czym do pojedynczego kanału dimmera możemy podłączyć zestaw o mocy 2,3 kW (zakładając, że w dalszym ciągu mówimy o dimmerach 10-amperowych). W większych systemach możemy mieć do czynienia z rackami dimmerowymi o obciążalności 63 A (na każdy „sześciopak”), co pozwala na pełne obciążenie każdego z sześciu 10-amperowych dimmerów racka.

Oczywiście sytuacje gdy występuje pełne obciążenie wszystkich dimmerów, pracujących w tym samym czasie na pełnej mocy, zdarzają się raczej rzadko. Pomimo tego musimy brać pod uwagę taką sytuację, aby – gdy rzeczywiście się zdarzy – nie dopuścić do wybicia bezpieczników lub zadziałania innych zabezpieczeń w dimmerach. Czyli tak planować podłączenie urządzeń do wyjść dimmerów, aby nigdy nie przekraczać ich faktycznej sumarycznej wydajności prądowej (lub mocowej, jak kto woli).

SŁÓW KILKA O TRÓJFAZÓWCE

oraz o bezpiecznym obchodzeniu się z tym „trójgłowym smokiem”.

Po pierwsze, co to takiego jest? Prąd elektryczny generalnie dostarczany jest jako trzy niezależne napięcia zasilające, zwane fazami. Te trzy fazy są separowane od siebie w wejściowej tablicy rozdzielczej. Standardową praktyką jest traktowanie tych faz jako zupełnie odrębnych linii zasilających, które nie mogą się ze sobą zbiegać w żadnym punkcie obwodu – ani w kablach linii zasilających, ani przez metalowe obudowy urządzeń czy w innego rodzaju przewodnikach. Oznacza to, że zasilanie z jednej fazy w żadnym wypadku nie może dochodzić do gniazdka, które jest „przeznaczone” dla innej fazy. Dzieje się tak, ponieważ o ile napięcie występujące między którymkolwiek z trzech przewodów fazowych a przewodem zerowym (neutralnym) wynosi obecnie w Polsce 230 V (czyli wszystko w normie), o tyle tzw. napięcie międzyfazowe, które – jak sama nazwa wskazuje – wstępuje pomiędzy dwoma dowolnymi przewodami fazowymi, ma już wartość prawie dwukrotnie większą, tj. ok. 400 V! Jak widać, żadne urządzenie elektryczne przeznaczone do pracy z „normalnym” zasilaniem (tj. 230-woltowym) kontaktu z napięciem międzyfazowym nie „przeżyje”, nie mówiąc już o kontakcie istoty ludzkiej z takim napięciem.

W mniejszych obiektach dobrą praktyką jest zasilanie z innej fazy urządzeń systemu nagłośnieniowego, a z innej urządzeń oświetleniowych, co pozwala na zmniejszenie wpływu zakłóceń emitowanych przez sterowniki oświetleniowe na sprzęt audio. W bardziej rozbudowanych instalacjach stosuje się zasilanie z innej fazy np. oświetlenia przedniego (znad proscenium), z innej oświetlenia znad sceny, a z trzeciej oświetlenie z wingów. W takiej sytuacji ważne jest, aby nie mieszać ze sobą urządzeń zasilanych z odrębnych faz. Dobrze oznakowane, najlepiej różnymi kolorami (czerwonym, żółtym i niebieskim), powinny być też gniazda, do których dostarczane jest napięcie z poszczególnych faz.

Oczywiście problemy takie nie występują w przypadku zasilania całego obiektu z jednej fazy, jednakże zalety zasilania trójfazowego górują nad jego wadami, toteż normą obecnie jest stosowanie, nawet w domach prywatnych, zasilania trójfazowego..

Praca z dużymi wartościami napięć i prądów wymaga szczególnej uwagi. Nie chcę tutaj szczegółowo poruszać tego tematu, bo wymagałby on osobnego artykułu. Wspomnę tylko, że wszelkie „naprawy” czy „ulepszenia” obwodów zasilających są niedopuszczalne dla osób do tego nieuprawnionych (nie posiadających tzw. uprawnień SEP). Dlatego też, jeśli napotkacie problem z zasilaniem, lepiej pozostawić jego rozwiązanie fachowcom, zamiast ryzykować swoim, albo czyimś, zdrowiem, a nawet życiem.

Jacek Sitarski