Пульсации освещенности: проблемы, метрология, расчет

Пульсации у традиционного освещения и методы снижения

Высокие значения Кп характерны в первую очередь для разрядных ламп с электромагнитными ПРА (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ).

Здесь они в легкую могут достигать величин выше 30%. Кстати, обычные лампочки накаливания, также имеют пульсации до 15%. Но мы этого особо не замечаем, так как эффект гасится тепловой инерцией.

Лампочка накаливания это в первую очередь неплохой обогреватель (большая часть всей энергии у нее уходит в тепло), и только затем уже источник света.

При этом чем мощнее лампочка, тем меньше ее коэффициент.

Здесь зависимость определяется инерционностью разогрева и остывания вольфрамовой нити.

Очень эффективным способом снижения коэфф. пульсаций, которым почему-то мало кто пользуется — является установка в одной точке нескольких ламп питающихся от разных фаз. Вот наглядная таблица для разных типов ламп и зависимость их пульсаций при подключении от 1-й, 2-х или 3-х фаз.

Более кардинальный метод для ламп ДРЛ, ЛБ и им подобным — это замена электромагнитной ПРА на электронную, с одновременным повышением частоты до 400Гц.

Кстати, многие до сих заблуждаются, думая что светодиоды в отношении теплопередачи и эффективности убежали далеко вперед. Это не всегда соответствует действительности. И с КПД светодиодов тоже не все так гладко.

Приборы для измерения уровня освещенности

Прибор, которым измеряются показатели освещенности, называется люксметром. Он может быть аналоговый или цифровой.

Световой поток падает на фотоэлемент, освобождая электроны, что вызывает проводимость тока. Его величина, которая отражается на шкале (градуированной в люксах), пропорциональна уровню освещенности фотоэлемента. Если люксметр аналоговый, результат виден по отклонению стрелки.

В цифровых люксметрах результат виден на ж/к дисплее. У большинства из них часть, которая измеряет показатель, отдельная, с дисплеем связана при помощи провода, пределы измерений регулируемые. Такая конструкция дает возможность измерить освещенность в местах, недоступных для аналогово люксметра.

Фотографы используют более точное оборудование:

экспонометры (измеряют освещенность экспозиции);
флешметры (применяются вместе с фотовспышками);
фотометры (сочетает в себе характеристики флешметра и экспонометра).

Мониторы и смартфоны

Кстати, немного отвлекаясь от лампочек, стоит заметить, что почти у каждого второго монитора пульсации выше 30%, а у некоторых и под 100% можно найти.

Поэтому домашние лампочки с 10%, это еще цветочки в нашей повседневной жизни. Вы например, каждый день проводите минимум час или два, уткнувшись в экран смартфона. А они пульсируют как кислотная дискотека.

Многие после этого даже удивляются откуда «ноги растут» и кто виноват в постепенном ухудшении их здоровья.

Еще один любопытный момент, касающийся предельных цифр, заключается в следующем — для вашего мозга нет большой разницы, сидите вы под лампочкой с коэффициентом в 20% или в 100%.

В обоих случаях уровень расстройства будет схожим. Может отличаться только время воздействия эффекта.

Как убрать пульсацию в светодиодной лампе

Светодиодные светильники могут мерцать как в выключенном, так и во включенном состоянии.

Причин всего три:

неисправная электропроводка;
неправильная настройка выключателя с подсветкой;
упрощенная схема драйвера.

На диоды отрицательно влияет старая проводка из алюминия, если провода подключены неверно или состарился материал изоляции. При вкручивании лампочки накаливания светодиодной с цоколем на блоке питания постоянно присутствует фаза. Из-за высокой чувствительности драйвера на него поступает ток, который через старую изоляцию утекает на землю. Поэтому на светодиодную лампу поступает небольшой ток, которого достаточно для зарядки конденсатора. Накопленный потенциал периодически подается на лампу.

Если после прозвона цепи оказывается, что провода и выключатель подключены правильно, единственное верное решение – замена алюминиевой проводки на медную.

Если после замены лампы не меняется выключатель с подсветкой, проходящие через нее токи накапливаются в драйвере, заряжая конденсатор. При разрядке ток из него поступает на светодиодную лампу. Чтобы устранить неполадку, следует убрать или усовершенствовать подсветку. При выборе второго варианта необходимо между нулевым и фазным проводом установить конденсатор или резистор.

Если у светодиодной лампы некачественный драйвер, он не может обеспечить стабильный ток на p-n переходе. Дешевые блоки делят напряжение по синусоиде и сглаживает пульсации. Они состоят из пленочного и электролитического конденсатора, резисторов, включенных в схему параллельно, и диодного моста. В результате выдается нестабильный ток, мерцание светодиода вызывают его колебания.

Единственное решение – поменять электролитический конденсатор на элемент с более высоким сопротивлением. Но чаще всего он не подходит по размерам. Кроме того, необходимо вынуть из светодиодной лампы плату, найти конденсатор, уметь выпаять его и припаять другой.

В местностях, где для подачи электроэнергии поставщик используется устаревшее трансформаторное оборудование, напряжение на линии снижается. Это отрицательно влияет на работу светодиодных ламп. Проблему решает стабилизатор тока.

Коэффициент пульсации различных источников света

Высокий коэффициент пульсации освещенности (свыше 30%) характерен для осветительных установок, в которых применяются светильники с разрядными лампами и электромагнитными ПРА, подключенные к однофазной линии питания . Вопреки сложившемуся мнению, пульсации светового потока свойственны в том числе и лампам накаливания с К_п до 15% при подключении к одной фазе). Коэффициент пульсации освещенности на объектах со светодиодными источниками света зависят от схемотехнического решения их блоков питания (драйверов): если с целью удешевления конечного продукта на выходе схемы вместо постоянного тока выдаётся выпрямленный ток промышленной частоты, коэффициент пульсации может достигать порядка 30%. В связи с этим рекомендуется запрашивать у производителей или поставщиков светодиодных светильников техническую информацию по пульсациям светового потока для каждого конкретного продукта. Также коэффициент пульсации освещенности возрастает при регулировании светового потока источников света с помощью диммеров, работающих по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на частоте до 300 Гц.

Один из способов снижения коэффициента пульсации в осветительных установках переменного тока – применение электронных ПРА с частотой питания от 400 Гц. При частоте питания свыше 5 кГц К_п составляет менее 1%. Данный способ эффективен для люминесцентных и компактных люминесцентных ламп, т.к. их применение с электронными ПРА стало практически повсеместным ввиду очевидных преимуществ и относительно невысокой стоимости решения. Частота питания современных ЭПРА для люминесцентных ламп – от 25 кГц. Ранее для снижения К_п в осветительных установках с многоламповыми люминесцентными светильниками применялись электромагнитные ПРА, работающие по схеме с расщеплённой фазой, обеспечивающей питание одной части ламп в светильнике отстающим током, другой – опережающим.

Разрядные лампы высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) применяются, как правило, в одноламповых светильниках, поэтому подключение по схеме с расщеплённой фазой для них является неактуальным. Применение РЛВД с электронными ПРА не приводит к существенному снижению К_п ввиду относительно низкой частоты выходного тока (порядка 135 Гц), ограниченной физическими особенностями работы горелок ламп.

Наиболее распространённый способ снижения К_п для РЛВД в осветительных установках с трёхфазными групповыми линиями – так называемая расфазировка – поочерёдное присоединение светильников к разным фазам сети. Максимальное снижение К_п достигается при установке в одной точке двух или трёх светильников, питаемых от разных фаз.

В таблице 1 приводятся значения К_п для основных типов источников света, установленных в одной точке при питании от одной, двух или трёх фаз.

Таблица 1. Значения коэффициента пульсаций для источников света, установленных в одной точке и подключенных к 1, 2 или 3 фазам

Тип источника света	Коэффициент пульсации, %
1 фаза	2 фазы	3 фазы
Лампа накаливания	10…15	6…8	1
Люминесцентные лампы с ЭмПРА: ЛБ (цветность 640) ЛД (цветность 765)	– 34 55	– 14,4 23,3	– 3 5
Дуговые ртутные лампы (ДРЛ)	58	28	2
Металлогалогенные лампы (ДРИ)	37	18	2
Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ)	77	37,7	9

Данное планирование расфазировки является идеальным, но значительно чаще встречается применение одного светильника в точке с поочерёдным соединением соседних светильников в ряду к разным фазам сети, реже – поочерёдное соединение соседних рядов светильников к разным фазам.

Оценить эффективность применения расфазировки в цепях переменного тока промышленной частоты с целью снижения коэффициента пульсации в осветительных установках общего освещения со светильниками с разрядными лампами и электромагнитными ПРА можно с помощью предлагаемого метода расчёта, основанного на требованиях, предъявляемых при измерении К_п и инженерном методе расчёта К_п по таблицам . Данный метод может применяться для расчёта К_п в осветительных установках с металлогалогенными лампами (например, серии HPI Plus), дуговыми ртутными лампами (ДРЛ) и люминесцентными лампами типа ЛБ или ЛД и их зарубежных аналогов – ламп цветности 640 и 765 соответственно.

Проверка на мерцание

Если под рукой нет специального прибора, убедиться, что нет вредной пульсации, можно несколькими простыми способами. Они позволяют выявить моргание вплоть до 100 герц.Первый вариант — с использованием сотового телефона. Включённую лампу нужно сфотографировать или снять на видео. Если при наведении камеры на картинке видно мерцание, коэффициент пульсации превышает 4%. На фотографии и видеозаписи появятся чёрные или блёклые полосы.

Второй способ проверки — контроль с помощью вентилятора. Подойдёт любая настольная или напольная модель. Достаточно посмотреть на включённую лампу через лопасти и оценить увиденное. Если кажется, что лопасти стоят неподвижно, присутствует стробоскопический эффект. Уровень пульсации светильника слишком велик — точно более безопасных 5%.

Третий вариант — покрутить перед включённым прибором волчок с тёмными концентрическими окружностями. Если они сливаются в одну — лампа сильно мерцает, её пора менять на качественную. Линии не должны идти по спирали — в этом случае они сольются по естественным причинам.

Мерцание, частота которого превышает 100 герц, эмпирическим путём выявить не получится. Нужно использовать люксметр с опцией измерения пульсации.

Причиной моргания может быть не плохое качество лампы, а проблемы в электросети. Для сравнения нужно приобрести один-два других светильника других марок. Если все они мерцают, необходимо искать и устранять нарушения в проводке.

Простой метод расчета

Предложенный вариант расчета больше подходит для помещения правильной формы – квадратного или прямоугольного. Освещенность измеряется в Люксах (Лк), просчет параметра светового потока будет состоять из двух этапов:

Расчет сплошного светового потока, который требуется для подсветки комнаты с определенной квадратурой.
Определение количество источников света.

На первом шаге рассчитываем требуемый параметр светового потока для комнаты. Просчет производится по формуле:

Свп=X*Y*Z, где

X – нормативные показатель освещенности для комнаты. Найти эти нормативы можно в перечне ниже.

Y – площадь комнаты в м².

Z – поправочный коэффициент с учетом высоты потолков. Так, для потолков высотой до 2,7 м этот параметр = 1, для 2,7–3 – показатель 1,2, для комнат с потолком 3–3,5м – 1,5, для помещения свыше 3,5 – коэффициент 2.

Нормативы для помещений в доме:

Коридор, прихожая – 50–75 Лк.
Кладовая – 50 Лк.
Кухня – 150 Лк.
Любая жилая комната – 150 Лк.
Детская – 200 Лк.
Санузел – 50 Лк.
Кабинет или библиотека – 300 Лк.
Лестница – 20 Лк.
Сауна, бассейн – 100 Лк.

Второй этап поможет определить количество источников света, в данном случае берем светодиодные лампы. Приблизительные показатели, по которым можно ориентироваться:

Мощность лампы, Вт	Световой поток, Лм
3–4	250–300
4–6	300–450
6–8	450–600
8–10	600–900
10–12	900–1100
12–14	1100–1250
14–16	1250–1400

Теперь осталось только посчитать результат. Для этого цифру, что получена на первом этапе, необходимо разделить на параметр светового потока для лампы, которая будет использоваться. В результате получаем необходимое количество ламп.

Примеры

Исходные данные:

Детская комната площадью 25 кв. м.
Высота потолка – 3 м.
Планируется использовать лампы 8 Вт.

Первый этап:

200 (X)*25(Y)*1,2(Z)= 6000 Лм

Лампы, которые будут использованы 10 Вт, их световой поток, заявленный производителем 900 Лм. То есть необходимое количество 6000/900=6,66. Округление дает количество 7 ламп.

Если использовать осветительные лампы с меньшей мощностью, к примеру, 4 Вт разместить их по периметру комнаты на стенах, то потребуется 13 лампочек. При этом распределение света будет более равномерным. Тут также следует учитывать и тип используемого светильника, его конструкцию и интерьерное решение.

Аналогичные расчеты удастся провести и для ламп накаливания и люминесцентных, в расчетах поможет таблица:

Мощность лампы накала, Вт	Мощность ЛЛ, Вт	Световой поток, Лм
20	5–7	250
40	10–12	400
60	15–16	700
75	18–20	900
100	25–30	1200
150	40–50	1800

Рассчитываем для той же комнаты. Ламп накаливания нужно:

На 60 Вт – 6000/700=8,57, округляем – 9 шт.
На 75 Вт – 6000/900=6,66, округляем – 7 шт.
На 100 Вт – 6000/1200=5 шт.

Люминесцентные лампы:

10–12 Вт – 6000/400=15 шт.
15–16 Вт – 6000/700=8,57, округляем 9 шт.
18–20 Вт – 6000/900=6,66, округляем 7 шт.

Эти подсчеты приведены, опираясь на нормы еще советских СНиПов, поэтому эксперты рекомендуют умножать полученный результат на коэффициент 1,5–2 в зависимости от отделки помещения и интерьерных решений.

Совет! Чтобы не считать своими руками, можно использовать специальные приборы, например, Cromatest. Этот прибор помогает измерять интенсивность света. Еще один прибор – люксметр, основное компонент которого селеновый фотоэлемента. Также можно обратиться к специализированным компаниям, которые окажут помощь в расчете за определенное вознаграждение.

ВНИМАНИЕ К ПУЛЬСАЦИИ СВЕТА

Человеческий глаз формировался под действием солнечного света, поэтому воспринимает его лучше всего. Но с развитием цивилизации возрастала потребность в дополнительном освещении, которое давало возможность вести активную жизнь после наступления темноты. Сегодня даже представить трудно, как бы мы жили без осветительных электроприборов.

Не так давно самыми распространенными источниками искусственного освещения были лампы накаливания. Они давали теплый мягкий свет, но стоимость его была высока. Создание энергосберегающих осветительных приборов открыло возможности для экономии электроэнергии и средств на ее оплату.

Но после исследования влияния на организм люминесцентного освещения ученые обнаружили: эти светильники отличаются недопустимо высоким коэффициентом пульсации света, поэтому небезопасны для здоровья. После замены электромагнитной ПРА на электронную удалось снизить этот показатель с 25 % до 15-20 %. Но и это значение оказалось неприемлемым для детских учреждений и помещений, в которых постоянно находятся люди, работает компьютерная техника, совершаются производственные операции.

КАКОЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПУЛЬСАЦИИ ЛАМП МОЖНО СЧИТАТЬ НОРМОЙ

Действующие нормативные акты, а именно актуализированная редакция СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95» и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 определяют следующие требования к пульсации света:

для помещений, в которых проводятся работы, требующие высокой точности – до 10 %;
для помещений с возможностью появления стробоскопического эффекта – до 10 %;
для детских учебных и дошкольных учреждений – до 10 %;
для работы с компьютерной техникой – до 5%.

Величина коэффициента пульсации ламп не ограничена лишь для складских залов и производственных цехов с периодическим пребыванием в них людей и отсутствием условий для развития стробоскопического эффекта. Последний может создавать опасность на производстве, так как при совпадении частоты мерцаний света и вращения детали она будет казаться неподвижной. А это создаст высокий риск получения серьезной производственной травмы.

Что касается воздействия пульсаций света на организм, то не все они вредны для здоровья. Начнем с того, что при частоте мерцаний выше 50 Гц человеческий глаз их не воспринимает. Но это не значит, что эти пульсации остаются «невидимыми» и для организма: неразличимые для глаз мерцания светового потока регистрируются сетчаткой и мозгом. Это может вызывать головные боли, снижение настроения, ухудшение самочувствия, затяжную бессонницу и другие негативные последствия. Доказано, что световые пульсации никак не влияют на здоровье человека лишь при частоте 300 Гц и выше.

О ПУЛЬСАЦИИ ИЛИ МЕРЦАНИИ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП

Абсолютно все световые электроприборы создают мерцающее освещение, в том числе мерцают светодиодные лампы . Коэффициент пульсации лампы накаливания – 15-18 %. Но мы не ощущаем видимого дискомфорта потому, что этот эффект маскируется тепловой инерцией: как известно, лампы накаливания до 90 % электрической энергии превращают в тепло. Как уже упоминалось, высок коэффициент пульсации и у люминесцентных ламп. А вот у качественных светодиодных светильников, оснащенных хорошими драйверами, этот показатель составляет менее 4 %. То есть они допустимы для установки в любых типах помещений.

Чем объясняется низкий коэффициент пульсации светодиодных ламп? Проблему мерцания светодиодных ламп удалось решить с помощью драйвера, который подает к светодиоду постоянный электрический ток. Если производитель не экономит на этом элементе светильника, прибор будет создавать освещение с уровнем пульсации ниже допустимого.

Но не все идут по этому пути. Некоторые компании используют более простые электросхемы, не устанавливают драйвер и рекламируют свою продукцию как LED-светильники переменного тока, привлекая покупателя низкой ценой. Но такие приборы производят свет с пульсацией 40 %, а при использовании диммирования этот показатель становится еще выше.

Типовое значение светового потока для источников света

При приобретении осветительных устройств стоит обращать внимание на СП, который будет излучаться. На самих приборах и на упаковке не всегда проставлены значения этой величины

Всё зависит от фирмы изготовителя и достоверности информации. Лампочки накаливания продаются в картонном поясе и с численным обозначением напряжения и мощности на колбе. Сколько люмен выдаёт лампа, не написано. Однако присутствует связь между Р (Вт) и Ф (Лм).

Стандартные значения Ф для осветительных элементов

Лампа накаливания, мощность, Вт	Светодиодная лампа, мощность, Вт	Люминесцентная лампа, мощность, Вт	Световой поток, Лм
20	2-3	5-7	≈ 250
40	4-5	10-13	≈ 400
60	8-10	15-16	≈ 700
76	10-12	18-20	≈ 900
100	12-15	20-30	≈ 1200

Распространённые источники света

К сведению. Получившие популярность светодиодные лампы, как показывает таблица, устанавливать выгодно. При низком, по сравнению с другими источниками, энергопотреблении они отдают света больше.

Что такое пульсация ламп. Как измерить коэффициент пульсации ламп

10 Сентября 2021 г.

Более 90% окружающей его информации человек получает через органы зрения. Для наиболее качественного восприятия визуальной информации необходимо хорошее освещение. Органы зрения человека лучше всего приспособлены к естественному солнечному свету. Однако в помещениях и в темное время суток никак не обойтись без искусственных источников света. По сравнению с естественным, искусственное освещение имеет ряд недостатков. Один из них – это повышенная пульсация ламп, вызванная периодическими колебаниями уровня светового потока, излучаемого лампой.

Действие пульсаций света на здоровье человека.

Пульсации искусcтвенного света, излучаемого лампами оказывают существенное негативное влияние на здоровье человека — в первую очередь на органы зрения и центральную нервную систему. Мерцающий свет перегружает зрительную и нарвную систему человека, нарушает естественные биоритмы. Типичные симптомы воздействия пульсирующего светового потока — повышенная утомляемость, сухость и боль в глазах, головные боли, раздражительность. При длительном воздействии пульсации света могут приводить к хроническим заболеваниям.

В то же время, к сожалению, при обустройстве искусственного освещения уровню пульсации, как правило, не уделяют должного внимания.

Для нормирования таких пульсаций вводится коэффициент пульсации ламп, показывающий какую долю в общем уровне светового потока лампы занимают пульсации. В общем виде, коэффициент пульсации рассчитывается по формуле:

где Lmax — максимальное значение светового потока, Lmin — минимально значение светового потока, L0 — среднее значение светового потока от лампы

Как и чем измеряли пульсацию ламп и мониторов.

На практике, определить коэффициент пульсации ламп без специальных приборов, пульмсметров, невозможно. Для измерения пульсаций рекомендуем:

либо купить люксметр «Эколайт-01» или «Эколайт-02», занесенные в госреестр средств измерений, с поверкой или без нее,
либо приобрести измеритель освещенности «Radex Lupin» — качественный бытовой люксметр цена которого существенно ниже, чем у профессиональных приборов,
НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ (!!!) не пытаться измерить пульсации ламп и экранов при помощи карандашей, фотоаппаратов, смартфонов и других подручных предметов (как показывает практика — почти в 90% случаев даже «поймать» пульсацию, не говоря уже, чтобы ее измерить, не получится)


Эколайт-01	Эколайт-02	Lupin

Результаты измерения пульсаций

Существует множество распространенных мнений, типа «лампы накаливания почти не пульсируют», «люминесцентные лампы с ЭПРА гарантированно имеют низкий уровень пульсации», «у светодиодных ламп не бывает пульсации» и т.п. На самом деле все не так однозначно. Мы провели множество измерений различных типов ламп и светильников и можем однозначно утверждать — к сожалению, практически нет АБСОЛЮТНО никакой связи между типом и стоимостью лампы или светильника и уровнем коэффициента пульсации излучаемогго света. Нам попадались как очень дорогие ультрасовременные светодиодные светильники с множеством режимов работы и, при этом, с коэффициентом пульсации под 100%, так и дешевые люминесцентные лампы с полным отсутствием пульсаций.

Тем не менее, можно утверждать, что, в первую очередь, уровень пульсаций освещенности зависит от типа применяемых ламп. По уровню возможных проблем с пульсацией светового потока мы разместили разные типы ламп в следующем порядке (по возрастающей):

Лампы накаливания. (пульсации до 25%)
Люминесцентные лампы. (возможны пульсации до 50%)
Светодиодные лампы. (возможны пульсации до 100%)

Ниже приведем пример измерения коэффициента пульсации лампы светодиодной потолочной типа «Армстронг». Для измерений была использована бесплатная программа пульсметра-люксметра для Android и Windows :

Для измерений мы использовали разработанный нами модуль люксметра-пульсметра-яркомера фотоголовку ФГ-01 (из состава приборов Эколайт-01, Эколайт-02), а также нашу БЕСПЛАТНО (!!!) распространяемую программу анализатора световых пульсаций «Эколайт-АП».

С результатами наших измерений пульсации различного типа ламп можно ознакомиться ниже в этом разделе. Мы постоянно пополняем нашу библиотеку измерений. С благодарностью примем на размещение Ваши материалы по измерению ламп и светильников различного типа.

Понравился материал? Поделитесь им в соцсетях:

Категория: Лампы (тесты)

Темы статьи:

Дата: 10 Сентября 2021 г.

Темы статьи: