Почему появляются пульсации свечения ламп?
Известно, что электрические источники искусственного света появились примерно 140 – 150 лет назад. Это были лампы накаливания (ЛН), которые излучали свет раскаленной электрическим током до «белого каления» тонкой вольфрамовой проволочкой, свернутой в спираль. Пока напряжение в сети было постоянным и достаточно небольшим, проблем не возникало. Но рост популярности ламп накаливания вызвал рост их мощностей, а быстрое увеличение их количества привело к повышению общей потребляемой мощности. А значит и к увеличению потерь электроэнергии в сети. Переход на переменный ток уменьшил количество проблем, но появились новые. Одна из них – пульсации яркости свечения ЛН и освещенности помещения. Возникают заметные пульсации в том случае, когда мощность лампы невелика, а напряжение большое, т. е. когда инерционность нити накаливания невелика. Это хорошо видно при тонкой нити в спирали. Коэффициент пульсаций ЛН лежит в пределах от 15 – 18 % при малых мощностях ламп (20 – 40 Вт) до 10% и менее (75 – 150 Вт). Увидеть пульсации ЛН невооруженным глазом практически невозможно, поэтому их измеряют приборами. Невозможность наблюдения пульсаций глазами определяется такой характеристикой человеческого зрения, как «критическая частота слияния мельканий» (КЧСМ – critical flicker frequency, или critical fusion frequency (CFF)). КЧСМ – это пороговая частота, при превышении которой мерцающий свет стационарного источника видится как непрерывный. Эта частота зависит от региональной локализации источника света, интенсивности его, адаптационного состояния зрительного аппарата, возраста и пр.
Если мелькания следуют с частотой ниже КЧСМ, то они наблюдаются как вспышки света. При большей частоте вспышки сливаются, и человек видит свет без мельканий, хотя они на самом деле никуда не делись.
Современные санитарные нормы, приведенные, например, в СНиП 23-05-95, ограничивают применение даже ЛН не только из-за их невысокой энергоэффективности, но и по причине пульсаций при работе. Эти нормы для отдельных видов работ ограничивают пульсации на уровне 5 – 10 %.
Пульсации люминесцентных ламп
В настоящее время лампы накаливания в большинстве развитых стран в принудительном порядке заменяют на КЛЛ (компактные люминесцентные лампы) и СДЛ (светодиодные лампы). Основная причина такой замены, в гораздо большей энергетической эффективности таких источников света (в 5 – 8 раз), и в том, что срок их службы значительно больше (от 5 – 6 до 12 – 15 и даже более раз).
Но если при этом измерить коэффициент пульсаций этих ламп, то результат будет удручающим: современные КЛЛ, оборудованные электронными ПРА (пуско-регулирующими аппаратами), имеют коэффициент пульсации от нескольких процентов до 45 – 50 %. И только компактные ЛЛ имеющие ЭПРА выпусков последних нескольких лет, имеют коэффициент пульсации, приближающийся к нулю.
В СНГ подавляющее количество КЛЛ имеют пульсации, т. к. стоимость беспульсационных ламп в несколько раз больше и, поэтому, они не пользуются большим спросом. ЛЛ, имеющие не электронные, а электромагнитные ПРА (дроссельные балласты) имеют пульсации, доходящие до 45 – 50%, а в некоторых случаях и 100 %.Происходит это потому, что процесс дугового разряда в ЛЛ и КЛЛ имеет малую инерционность и привязан к частоте переменного напряжения, использованного для питания лампы. Поэтому свечение люминофора, которое зависит от этого процесса, тоже во времени не постоянно. Это определяется малым временем послесвечения применяемых люминофоров.
Энергетики крупных предприятий знали (и знают) об этом, потому что еще в 1980-х годах советский ГОСТ 17677 – 82 «Светильники. Общие ТУ» требовал (см. п. 3.2.3):
- при числе ламп, кратных двум… применять ПРА с параллельными индуктивными и емкостными цепями (или параллельно соединенными емкостными и индуктивными цепями), которые при переменном токе 50 Гц обеспечивают сдвиг фаз токов ламп 90О± 40О;
- одноламповые светильники должны в местном освещении использовать переменный ток, частота которого более 400 Гц.
Эти требования не относились к светильникам из двух последовательно включенных ламп, к светильникам с компактными люминесцентными лампами. Также к декоративным, мебельным, экспозиционным в музеях, на выставках и галереях, и к светильникам с электронными ПРА.
Причина появления пульсаций в том, что ЛЛ запитываются переменным напряжением, имеющим частоту 50 (60) Гц и питающее напряжение два раза за период уменьшается до нуля, лампа гаснет и потом загорается снова. Но в ЛЛ на частотах в несколько килогерц мерцания лампы начинает сглаживать инерционность люминофора, который не успевает «зажигаться» («гаснуть») при нарастании и спаде питающего переменного напряжения. Поэтому при проектировании ламп, использующих это явление, можно подбирать люминофоры с большой «задержкой».
Пульсации светодиодных ламп
Светодиодные лампы пульсируют только при некачественном сглаживании питающего напряжения, т. е. при большой пульсации после высокочастотного трансформатора в импульсном выпрямителе (преобразователе). Также этим эффектом грешат так называемые «кукурузные» СДЛ, у которых светодиоды включены последовательными цепочками по 60 – 80 шт. и плохая фильтрация после выпрямителя.
Как обнаружить пульсации осветительных ламп?
- Карандашный тест. Проверку желательно проводить в вечернее или ночное время, когда дополнительное солнечное освещение от окна мало или вообще отсутствует. Возьмите простой длинный карандаш за любой его конец. Быстро перемещая его в потоке света от КЛЛ или СДЛ, понаблюдайте за контурами карандаша. Если мерцаний (пульсаций) нет или они малы, то контуры карандаша будут сливаться. Если карандашей видно «несколько», то пульсации есть, и не маленькие.
- Тест с видеокамерой. В условиях, изложенных в п. 1, отключите автоматические настройки экспозиции (подбор «экспо-пары», выдержки и диафрагмы и пр.). Поднесите камеру поближе к источнику света или освещенной поверхности и посмотрите в видоискатель. Если получится увидеть пульсации, значит они есть, если их не видно, то или их нет, или настройки не соответствуют пульсациям (частоте и/или яркости).
Тот же тест можно провести и с WED-камерой в ноутбуке или камерой в телефоне. Но следует учесть, что зафиксировать частоту кадров в секунду и выдержку, в большинстве камер возможности нет, поэтому тест может не получиться.
Документы, ограничивающие пульсации
Уровень пульсаций источников света ограничивается СНиП 23-05-95 (или 23-05-2010) «Естественное и искусственное освещение», ГОСТ 17677-82 «Светильники. Общие технические условия» и СаНПиН 2.21/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий». СНиП ограничивает пульсации до 10, 15 и 20 %, в зависимости от назначения светильника, категории работ при этом освещении, яркости и т. п. ГОСТ дает рекомендации, как уменьшить пульсации конструированием светильника и построением сети освещения, СаНПиН – разграничивает пульсации в жилых, общественных, административных и производственных помещениях. Нормы допустимой пульсации – 10, 15, 20 % в зависимости от назначения помещения.
В чем отрицательное воздействие пульсаций?
Наличие пульсаций вызывает неприятные ощущения при работе в условиях искусственного света, которые возрастают при увеличении длительности работы. Возникает неблагоприятное напряжение глаз, они устают, на сложной работе становится трудно сосредоточиться, иногда начинается головная боль, которая может нарастать с ростом времени работы и т. п.
Зрительный эффект, возникающий при пульсирующем освещении (стробоскопический эффект), может привести при работе на станках или оборудовании с вращающимися деталями к серьезным травмам. При некоторых частотах вращения быстро вращающаяся деталь кажется стоящей или медленно поворачивающейся. Этот эффект возникает при коэффициенте пульсации около 20 % и более. Но он может проявляться и при 5%, когда частоты вращения и пульсаций близки или кратные.
Пульсация оказывает влияние на биоэлектрическую активность мозга и вызывает быструю утомляемость, за счет изменения основы ритмичности нервных элементов мозга, которые перестраивают свою частоту активности на частоту пульсации света. Пульсации неблагоприятно влияют и на фоторецепторные элементы сетчатки глаза (и колбочки, и палочки), и на функционирование центральной нервной системы, т. к. это связано со снижением лабильности нервных процессов и развития процессов торможения.
Отрицательное действие пульсаций увеличивается с ростом их величины. Влияние отмечается и при коротком воздействии – 20 – 40 мин, и при многочасовом.
При совместной работе ПЭВМ (и видеотерминалов) изображение на экранах которых тоже может пульсировать по разным причинам и пульсирующего освещения (общего и местного) могут возникать совпадение характеристик пульсаций на разных частотах. Это проявляется в КЗС (компьютерно-зрительном синдроме), при котором нагрузка ложится и на зрение и на весь организм в целом. При этом через зрение на мозг идет воздействие двух, а то и нескольких пульсаций разных по величине, не кратных и разных по частоте. В этих сигналах мозг начинает «сбоить» или испытывать сильную усталость. Поэтому специальный нормативный документ – СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным ЭВМ и организации работы» ограничивает пульсации в этом случае величиной в 5%.
Примеры светодиодных ламп которые лучше всего продаются в нашем магазине:
Наименование: Лампа светодиодная MR16 LR-C 6W GU5.3 4000K алюм. корп. A-LR-0939
Тип лампы: MR16
Артикул: A-LR-0939
Мощность (W): 6
Тип цоколя: GU5.3
Cветовой поток (lm): 470
Световая эффективность (lum/W): 79
Ширина B (мм): 50
Высота A (мм): 55
Температура (К): 4000
Тип света: нейтральный свет
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 30000
Срок службы, лет: 20
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 45Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127205539
Тип колбы: Рефлекторная
Цвет стекла: Фасетчатый
Угол рассеивания град: 60
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года (с момента приобретения)
(Код: A-LR-0939)
Тип лампы: MR16
Мощность (W): 6
Температура (K): 4000
Тип цоколя: GU5.3
Наименование: Лампа светодиодная TB-поворотная LW-24 5W E27 2700K A-LW-0098
Тип лампы: Тубулярная
Артикул: A-LW-0098
Мощность (W): 5
Тип цоколя: E27
Cветовой поток (lm): 400
Световая эффективность (lum/W): 80
Ширина B (мм): 35
Высота A (мм): 147
Температура (К): 2700
Тип света: теплый свет
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 30000
Срок службы, лет: 20
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 40Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127212803
Тип колбы: Цилиндр
Цвет стекла: Матовый
Угол рассеивания град: 140
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года
(Код: A-LW-0098)
Тип лампы: Тубулярная
Мощность (W): 5
Температура (K): 2700
Тип цоколя: E27
Наименование: Лампа светодиодная линейная LL-24 5W R7s 4000K алюм. корп. A-LL-1728
Тип лампы: Линейная
Артикул: A-LL-1728
Мощность (W): 5
Тип цоколя: R7s
Cветовой поток (lm): 470
Световая эффективность (lum/W): 94
Ширина B (мм): 52
Высота A (мм): 78
Температура (К): 4000
Тип света: нейтральный свет
Напряжение (V): 175-250
Ресурс , часов: 25000
Срок службы, лет: 17
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 45Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127219277
Тип колбы:
Цвет стекла:
Угол рассеивания град: 270
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года
(Код: A-LL-1728)
Тип лампы: Линейная
Мощность (W): 5
Температура (K): 4000
Тип цоколя: R7s
Наименование: EUROLAMP LED Лампа A60 10W E27 3000K
Тип лампы: Потолочная
Артикул: LED-A60-10272(A)
Мощность (W): 10
Cветовой поток (lm): 900
Ширина (мм): 60
Высота (мм): 117
Температура (К): 3000
Тип света: теплый свет
Тип цоколя: E27
Напряжение (V): 175-250
Ресурс , часов: 50000
Срок службы, лет: 35
Аналог лампы накаливания (W): 100
Ток (mA): 68
Частота электросети (Hz): 50
Количество в ящике, шт: 50
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4260410480199
Размер упаковки (мм): 130*62*62
Штрих код ящика: 4260410480410
Производитель: EUROLAMP
Гарантия: 5 лет
(Код: LED-A60-10272(A))
Тип лампы: Потолочная
Мощность (W): 10
Температура (K): 3000
Тип цоколя: E27
