Чому з'являються пульсації світіння ламп?
Як відомо, електричні джерела штучного світла з'явилися приблизно 140-150 років тому. Це були лампи розжарювання (ЛР), які випромінювали світло розжареним електричним струмом до «білого жару» тонким вольфрамовим дротиком, скрученим у спіраль. Доки напруга в мережі була постійною і досить невеликою, не виникало жодних проблем. Але зростання популярності ламп розжарювання призвело до збільшення їхньої потужності, а швидке збільшення кількості ламп, у свою чергу, спричинило підвищення загальної споживаної потужності та, відповідно, збільшення втрати електроенергії в мережі. Перехід на змінний струм дозволив вирішити кілька проблем, але з'явилися нові. Одна з них – пульсації яскравості світіння ЛР і освітленості приміщення. Помітні пульсації виникають за умов малої потужності ламп і високої напруги, тобто за низької інерційності нитки розжарювання. Це добре видно за тонкої нитки в спіралі. Коефіцієнт пульсацій ЛР перебуває в межах від 15-18% (за потужності ламп 20-40 Вт) до 10% і менше (за потужності ламп 75-50 Вт). Побачити пульсації ЛР неозброєним оком практично неможливо, тому їх вимірюють за допомогою спеціальних приладів. Неможливість виявлення пульсацій очима визначається такою характеристикою людського зору як «критична частота злиття мигтіння» (КЧЗМ або англійською critical flicker frequency чи critical fusion frequency (CFF)). КЧЗМ – це гранична частота, у разі перевищення якої мерехтливе світло стаціонарного джерела сприймається як безперервне. Ця частота залежить від регіональної локалізації джерела світла, його інтенсивності, адаптаційного стану зорового апарату, віку тощо.
Якщо мигтіння відбуваються з частотою нижче КЧЗМ, вони сприймаються як спалахи світла. За більшої частоти спалахи зливаються, тому людина сприймає світло без мигтіння, хоча воно насправді нікуди не поділося.
Сучасні санітарні норми, наведені, наприклад, у ДБН 23-05-95, обмежують застосування ЛР не тільки через їхню невисоку енергоефективність, а й через наявність пульсацій під час роботи. Ці норми для окремих видів робіт обмежують пульсації на рівні 5-10%.
Пульсації люмінесцентних ламп
На даний момент лампи розжарювання в більшості розвинених країн у примусовому порядку замінюють на КЛЛ (компактні люмінесцентні лампи) і СДЛ (світлодіодні лампи). Основна причина заміни полягає в значно більшій енергетичній ефективності таких джерел світла (в 5-8 разів), і в значно довшому терміні їхньої служби (від 5-6 до 12-15 і навіть більше разів).
Але якщо при цьому виміряти коефіцієнт пульсацій цих ламп, результат буде невтішним: сучасні КЛЛ, обладнані електронними ПРА (пуско-регулюючими апаратами), мають коефіцієнт пульсації від декількох відсотків до 45-50%. І лише компактні ЛЛ із ЕПРА випусків останніх кількох років мають наближений до нуля коефіцієнт пульсації.
У СНД переважна кількість КЛЛ мають пульсації, оскільки вартість безпульсаційних ламп у кілька разів більша, тому вони не мають великого попиту. ЛЛ не з електронними, а з електромагнітними ПРА (дросельні баласти) мають пульсації, що доходять до позначки 45-50%, а в деяких випадках і до 100%. Це відбувається через те, що процес дугового розряду в ЛЛ і КЛЛ має малу інерційність і прив'язаний до частоти змінної напруги, використаної для живлення лампи. Саме тому світіння люмінофора, яке залежить від цього процесу, також не є постійним за часом. Це визначається малим періодом післясвітіння застосовуваних люмінофорів.
Енергетики великих підприємств знали (і знають) про це, оскільки ще в 1980-х роках радянський ДЕСТ 17677-82 «Світильники. Загальні ТУ» вимагав (див. п. 3.2.3):
- за кількості ламп, кратної двом ... застосовувати ПРА з паралельними індуктивними і ємнісними ланцюгами (або паралельно з'єднаними ємнісними та індуктивними ланцюгами), які за змінного струму 50 Гц забезпечують зсув фаз струму ламп 90О ± 40О;
- однолампові світильники мають у місцевому освітленні використовувати змінний струм, частота якого становить понад 400 Гц.
Ці вимоги не стосувалися світильників із двома послідовно включеними лампами, світильників із компактними люмінесцентними лампами, світильників з електронними ПРА, а також декоративних, меблевих, експозиційних світильників у музеях, на виставках і в галереях.
Причина появи пульсацій полягає в тому, що ЛЛ живляться змінною напругою (за частоти 50 (60) Гц), і напруга живлення двічі за період зменшується до нуля, лампа гасне і потім засвічується знову. Але в ЛЛ на частотах у декілька кілогерц мигтіння лампи починає згладжувати інерційність люмінофора, який не встигає «засвічуватися» («гаснути») зі збільшенням і зменшенням змінної напруги. Тому під час проектування ламп, які використовують це явище, можна обирати люмінофори з великою «затримкою».
Пульсації світлодіодних ламп
Світлодіодні лампи пульсують тільки за умови неякісного згладжування напруги живлення, тобто за значної пульсації після високочастотного трансформатора в імпульсному випрямлячі (перетворювачі). Також цей ефект мають так звані «кукурудзяні» СДЛ, у яких світлодіоди ввімкнені послідовними ланцюжками по 60-80 шт. і спостерігається погана фільтрація після випрямляча.
Як виявити пульсації освітлювальних ламп?
- Олівцевий тест. Перевірку бажано проводити ввечері або вночі, тобто за мінімального або взагалі відсутнього місячного світла, що надходить через вікно. Візьміть простий довгий олівець за кінчик. Швидко переміщуючи його в потоці світла від КЛЛ або СДЛ, стежте за контурами олівця. Якщо мигтіння (пульсації) відсутні або незначні, контури олівця будуть зливатися. Якщо здається, що в полі зору є кілька олівців, це свідчить про наявність достатньо значних пульсацій.
- Тест із відеокамерою. За умов, викладених у п. 1, вимкніть автоматичні налаштування експозиції (підбір «експо-пари», витримки, діафрагми тощо). Піднесіть камеру ближче до джерела світла або освітленої поверхні і подивіться у видошукач. Якщо пульсації наявні, ви їх побачите, а якщо їх не видно, це свідчить про їхню відсутність або невідповідність налаштувань параметрам пульсацій (частота та/або яскравість).
Такий тест можна провести з використанням WED-камери ноутбука або телефонної камери. Але слід враховувати, що більшість камер не здатні зафіксувати частоту кадрів у секунду і витримку, тому тест може виявитися невдалим.
Документи, що обмежують пульсації
Рівень пульсацій джерел світла обмежується ДБН 23-05-95 (або 23-05-2010) «Природне і штучне освітлення», ДЕСТ 17677-82 «Світильники. Загальні технічні умови» і ДСанПіН 2.21/2.1.1.1278-03 «Гігієнічні вимоги до природного, штучного і суміщеного освітлення житлових і громадських будівель». ДБН обмежує пульсації до 10, 15 і 20% залежно від призначення світильника, категорії робіт за певного освітлення, яскравості тощо. ДЕСТ дає рекомендації щодо зменшення пульсацій шляхом конструювання світильника і побудування мережі освітлення, ДСанПіН – розмежовує пульсації в житлових, громадських, адміністративних і виробничих приміщеннях. Норми допустимої пульсації – 10, 15, 20% залежно від призначення приміщення.
У чому полягає негативний вплив пульсацій?
Наявність пульсацій викликає неприємні відчуття під час роботи в умовах штучного світла, які підсилюються зі збільшенням тривалості роботи. Зростає навантаження на очі, з’являється відчуття втомленості, ускладнюється зосередження на роботі, іноді виникає головний біль, інтенсивність якого може з часом збільшуватися тощо.
Зорова ілюзія, яка виникає за пульсуючого освітлення (стробоскопічний ефект), може призвести до серйозних травм, особливо під час роботи на верстатах або обладнанні з рухомими деталями. За певної частоти обертання деталі може здаватися, що вона обертається дуже повільно або взагалі не рухається. Цей ефект виникає, коли коефіцієнт пульсацій становить 20% або більше. Але він також може проявлятися за значення у 5%, коли частоти обертання і пульсацій є майже однаковими або кратними.
Пульсація впливає на біоелектричну активність мозку і швидко викликає втому, що пояснюється зміною основи ритмічності нервових елементів мозку, які перелаштовують свою частоту активності на частоту пульсації світла. Пульсації негативно впливають і на фоторецепторні елементи сітківки ока (колбочки та палички), і на центральну нервову систему, оскільки це пов'язано зі зниженням лабільності нервових процесів і розвитку процесів гальмування.
Негативний вплив пульсацій підсилюється зі збільшенням їхньої величини. Вплив спостерігається як за короткочасної (20-40 хвилин), так і за довготривалої (кілька годин) дії.
За умови спільної роботи ПЕОМ (і відеотерміналів), зображення на екранах яких також може пульсувати з різних причин, і пульсуючого освітлення (загального і місцевого) може виникати збіг характеристик пульсацій на різних частотах. Це проявляється КЗС (комп'ютерно-зоровим синдромом), за якого навантаження зазнають не тільки очі, а й весь організм. При цьому через очі на мозок діють дві або навіть більше різні за величиною пульсації, які не є кратними і мають неоднакову частоту. Ці сигнали спричиняють «збій» у роботі мозку та викликають сильну втому. Саме тому спеціальний нормативний документ ДСанПіН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гігієнічні вимоги до персональних ЕОМ та організації роботи» обмежує в цьому випадку пульсації величиною в 5%.
Приклади світлодіодних ламп, які найкраще продаються в нашому магазині:
Найменування: Led-лампа Т8, серія AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-AL-600-С
Аналог енерговитратній лампи: 75Вт
Гарантія: 5 років
Довжина, мм: 600
Потужність: 7,5
Світловий потік: +1035
Серія ламп T8: AL
Тип конструкції: Двостороння підключення
Тип лампи: Лінійна
Тип цоколя: G13
Кут: 160
Колірна температура: 6000
(Код товару: LT8-AL-600-C)
Найменування: Led-лампа Т8, серія AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-AL-600-С
Потужність: 7,5
Світловий потік: 1035
Найменування: Лампа світлодіодна MR16 LR-C 6W GU5.3 4000K алюм. корп. A-LR-0939
Тип лампи: MR16
Артикул: A-LR-0939
Потужність (W): 6
Тип цоколя: GU5.3
Світловий потік (lm): 470
Світлова ефективність (lum/W): 79
Ширина B (мм): 50
Висота (мм): 55
Температура (К): 4000
Тип світла: світло нейтральний
Напруга (V): 220-240
Ресурс , годин: 30000
Термін служби, років: 20
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 45Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127205539
Тип колби: Рефлекторна
Колір скла: Фасетчатый
Кут розсіювання град: 60
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LR-0939)
Тип лампи: MR16
Потужність (W): 6
Температура (К): 4000
Тип цоколя: GU5.3
Найменування: Лампа світлодіодна TB-поворотна LW-24 5W 2700K E27 A-LW-0098
Тип лампи: Тубулярная
Артикул: A-LW-0098
Потужність (W): 5
Тип цоколя: E27
Світловий потік (lm): 400
Світлова ефективність (lum/W): 80
Ширина B (мм): 35
Висота (мм): 147
Температура (К): 2700
Тип світла: тепле світло
Напруга (V): 220-240
Ресурс , годин: 30000
Термін служби, років: 20
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 40Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127212803
Тип колби: Циліндр
Колір скла: Матовий
Кут розсіювання град: 140
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LW-0098)
Тип лампи: Тубулярная
Потужність (W): 5
Температура (К): 2700
Тип цоколя: E27
Найменування: Лампа світлодіодна лінійна LL-24 5W R7s 4000K алюм. корп. ALL-1728
Тип лампи: Лінійна
Артикул: ALL-1728
Потужність (W): 5
Тип цоколя: R7s
Світловий потік (lm): 470
Світлова ефективність (lum/W): 94
Ширина B (мм): 52
Висота (мм): 78
Температура (К): 4000
Тип світла: світло нейтральний
Напруга (V): 175-250
Ресурс , годин: 25000
Термін служби, років: 17
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 45Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127219277
Тип колби:
Колір скла:
Кут розсіювання град: 270
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LL-1728)
Тип лампи: Лінійна
Потужність (W): 5
Температура (К): 4000
Тип цоколя: R7s
