Technik
Licht 1 | 2022

Weniger Wartungsaufwand, geringere Energiekosten

LED-basierte Beleuchtung im Vierarmen-Tunnel

Viele Tunnel werden auf nachhaltige und wartungsfreundliche LED-Technologie umgestellt, so auch der 540 m lange Vierarmen-Tunnel in Belgien, der über zwei Tunnelschächte mit je zwei Fahrspuren verfügt. Eingeweiht in der zweiten Hälfte der 1980er Jahre stand 2018/2019 eine Modernisierung der Tunnelbeleuchtung an. Vom Austausch der 1400 Leuchten haben die meisten Autofahrer dank akribischer Planung und einem Plug-and-Play-Konzept nichts gemerkt.

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Umgesetzt wurde das Projekt vom Joint Venture VSE-Engie Fabricom, das aus dem Beleuchtungsspezialisten Schréder, Tein Technology als Lieferant des zentralen Betriebs- und Überwachungssystems sowie Phoenix Contact besteht. Der Automatisierungsexperte lieferte das Tunnel-Control-System und realisierte das Plug-and-Play-Konzept.

Abb.: Die separaten Treiberboxen erleichterten die Wartung der Elektronik. Phoenix Contact

Kompakte LED-Leuchten mit speziellen Linsen

»Jedes Projekt beginnt mit einer Lichtstudie«, erläutert Steven Hulpiau, Key Account Manager Betriebsmittel bei Schréder. »Die Beleuchtungsstärke ist in europäischen Normen für die Beleuchtung der Fahrbahn sowie der Tunnelwände spezifiziert. Bei der Einfahrt in den Tunnel wird eine Adaptionsbeleuchtung benötigt, um den Kontrast zum Sonnenlicht außerhalb des Bauwerks zu verringern.« Beim Vierarmen-Tunnel liegt der Wert bei 300 cd/m2. Diese Lichtstärke wird durch Nutzung einer kompakten und einfach zu installierenden TAG-Beleuchtungslösung erreicht. Nach der Einfahrt in den Tunnel sinkt die Leuchtdichte allmählich auf den Basiswert von 12 cd/m2. In der Nacht beträgt die Leuchtdichte 3 cd/m2.

Für die Durchfahrtsbeleuchtung im gesamten Tunnel wurden »Conti«-LED gewählt. Sie können lediglich an der Seitenwand des Tunnels angebracht werden, deshalb streuen spezielle Linsen das Licht zur Seite. So steht die erforderliche Helligkeit überall im Tunnel mit einem Minimum an Energie bereit. Energie spart auch die Dimmbarkeit der Leuchten. Die Elektronik für die Beleuchtungssteuerung, die sich normalerweise in der Leuchte befindet, wurde in einer separaten Driver-Box neben der Leuchte verbaut. Um sie zu warten, muss die Leuchte nicht mehr geöffnet werden.

Einfache Konfiguration der Beleuchtungsszenarien

Die elektronische Steuerung der Beleuchtung erlaubt zahlreiche Szenarien für den Tag- und Nachtbetrieb. Dabei wird eine sichere Verteilung eingesetzt, damit sich die Lebensdauer der LEDs maximiert. Die Steuerung der vordefinierten Szenen erfolgt mittels Sensoren, welche die Leuchtdichte an den beiden Tunneleingängen messen. In Zukunft soll auch die Erfassung der Verkehrsgeschwindigkeit integriert werden. Falls Staus auftreten und die Autos langsamer fahren, lässt sich die Adaptionszone am Tunneleingang verkürzen und die Beleuchtungsstärke herunterdimmen. Das Ziel ist stets gleich: ausreichend helles Licht bei möglichst geringem Energieverbrauch zur Verfügung stellen.

Abb.: Mit der installationsfertigen Schaltgerätekombination inklusive Software wurde die gesamte Tunnelbeleuchtungsanlage konfiguriert, ganz ohne Programmieraufwand. Phoenix Contact

Kernelement ist das Tunnel-Control-System von Phoenix Contact: Der Schaltschrank mit einer Steuerung sowie digitalen Ein-/Ausgangs- und Kommunikationsmodulen wird in dieser Konfiguration weltweit für Tunnel genutzt. Mit der entsprechenden Software lassen sich alle Aspekte der Beleuchtung sowie anderer Tunnelfunktionseinheiten – wie Belüftung oder Entwässerung – einfach konfigurieren. Das Tunnel-Control-System gibt jeder Driver-Box einen Sollwert der gewünschten Beleuchtungsstärke vor. Als Verbindung der LED-Treiber mit dem Steuerungssystem übersetzt das in der Driver-Box installierte »Lumgate« den Sollwert in ein definiertes Ansteuersignal, das an die Leuchtentreiber weitergeleitet wird. Bei der Durchfahrtsbeleuchtung sind pro Driver-Box zwölf Leuchten vorgesehen. Für die Adaptionsbeleuchtung an den Tunneleingängen kommt eine Driver-Box für drei Leuchten zum Einsatz. Die Steuerung arbeitet bidirektional, erhält also ebenfalls Rückmeldungen von den Driver-Boxen, beispielsweise Stromwerte, Statusberichte und Warnungen.

Abb.: Das geschlossene RS422-Netzwerk verbindet sämtliche Treiberboxen mit der Steuerung zur Regelung der Beleuchtungsstärke im Tunnel. Phoenix Contact

Wenn die Beleuchtung stark gedimmt werden soll – etwa nachts –, schaltet das Steuerungssystem bestimmte Leuchten aus und dimmt die verbleibenden entsprechend höher. Dadurch wird der Leistungsfaktor optimiert und die Blindleistung reduziert. Das erweist sich als energieeffizienter als das fast komplette Herunterdimmen und erhöht die Lebensdauer der Elektronik und Beleuchtung. Auch die Lebensdauer und Verschmutzung der Lichtpunkte werden berücksichtigt, sodass nur so viel Energie verbraucht wird wie benötigt. Ein weiterer Vorteil des RS422-Netzwerks ist, dass zwischen zwei Leuchten jeweils eine Entfernung von bis zu 400 m überbrückt werden kann, wodurch sich große Installationslängen ohne zusätzliche Repeater realisieren lassen.

Zentrale Fernbedienung und -überwachung

Das Tunnel-Control-System wird über ein Gasfasernetzwerk an die Straßenleitzentrale der flämischen Regierung angebunden. Das übergreifende IRIS-System wurde 2016 von Tein Technology implementiert. »Die gesamte Technik im Tunnelstraßennetz lässt sich über die Plattform zentral überwachen und steuern«, erklärt Christophe Vandenbossche, Lösungs-Architekt bei Tein Technology. »In diesem Fall haben die Bediener an ihrem Arbeitsplatz über die IRIS-Plattform Zugriff auf alle Status- und Diagnosedaten. Die Beleuchtung kann ebenso von hier bedient werden. Das geschieht über vordefinierte Spezialszenarien, die dann in der lokalen Steuerung in konkrete Befehle an die Beleuchtungsmodule übersetzt werden.«

Ereignet sich ein Unfall im Tunnel, wird die komplette Beleuchtung automatisch auf 100 % gestellt, sofern die Einsatzkräfte vor Ort den Notrufknopf drücken. Jeder Abschnitt hat eine eigene Notruftaste. Bei einem Unfall lässt sich so auch speziell der betroffene Abschnitt in Gänze erhellen. 100% Beleuchtung entspricht im Vierarmen-Tunnel einer Leistungsaufnahme von 170.000W. Im Normalbetrieb werden 113.000W verbraucht.

Um die Installation der neuen Beleuchtung reibungslos durchzuführen, nutzten die Projektpartner ein Plug-and-Play-Konzept. Dafür wurden die »QPD«- und »M17«-Steckverbinder von Phoenix Contact für die Versorgung und Anbindung der Driver-Boxen und Leuchten ausgewählt. Die Steckverbinder werden auch an den Rapid-Boxen genutzt, die bei einem Unfall die Aufrechterhaltung der Stromversorgung sicherstellen. Diese spezielle Verkabelung mit Funktionserhalt widersteht hohen Temperaturen mindestens eine Stunde, sodass die Beleuchtung selbst im Fall eines Brandes funktioniert. Phoenix Contact war auch für die Vorkonfektionierung der Verkabelung verantwortlich. Jedes Kabel des Tunnelprojekts wurde im Vorfeld auf eine fehlerfreie Installation zugeschnitten, mit den notwendigen Steckern versehen und beschriftet. Im Vergleich zur herkömmlichen Verbindungsmethode verringerte sich der Zeitbedarf so um 75 %, die komplette Installationszeit im Tunnel sank um bis zu 50 %. Auch das Tunnel-Control-System trägt mit seiner Benutzerfreundlichkeit zum Plug-and-Play-Konzept bei.

Weitere Informationen:

Text und Fotos: Jens Völse, Infrastructure Applications & Projects, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, www.phoenixcontact.com

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 1 | 2022

Erschienen am 25. Februar 2022