Как определить коэффициент пульсации светодиодных ламп. Мерцание светодиодных ламп. Для тех, кто любит формулы и госты
Что такое пульсация светового потока? Какое влияние она оказывает на здоровье человека? Что такое коэффициент пульсации и как его вычислить?
Коэффициент пульсации светильников
Пульсация светового потока – это одна из характеристик искусственного освещения, показывающая частоту мерцания света. Количественной характеристикой пульсации служит коэффициент пульсации (Кп, %), равный отношению половины разности максимальной и минимальной освещенности за период в Люксах к средней освещенности за тот же период:
Согласно санитарным нормам и правилам, допустимыми являются значения Кп в диапазоне от 5 до 20%.
Рассмотрим с точки зрения коэффициента пульсации три самых популярных типа светильников: с лампами накаливания, люминесцентный и светодиодный.
Светильники с лампами накаливания как правило подключаются напрямую к сети переменного тока напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. Частота изменения яркости свечения лампы накаливания составляет 100 Гц. Коэффициент пульсации лампы накаливания определяется иннерционностью нити накаливания, т.е. тем, как быстро нить накаливания успевает нагреться и остыть за полупериод питающего напряжения. Таким образом, чем мощнее лампа накаливания, и, следовательно, чем толще ее нить, тем меньше коэффициент пульсации.
Светильники с люминесцентными (газоразрядными) лампами, в отличие от традиционных светильников с лампами накаливания, работают исключительно от переменного тока, который необходим для формирования электрического разряда, служащего источником света в люминесцентной лампе. Это означает, что пульсация света неизбежна. Обладающий иннерционностью люминофор на стенках колбы несколько сглаживает пульсацию.
Коэффициент пульсации люминесцентного светильника сильно зависит от электрической схемы, управляющей его работой. В старых схемах были задействованы ЭмПРА – электромагнитные пускорегулирующие аппараты. Светильники, снабженные такими аппаратами, получали питание из 220-Вольтной сети частотой 50 Гц и пульсировали с частотой 100 Гц. Сейчас на смену ЭмПРА пришли электронные пускорегулирующие автоматы – ЭПРА, преобразующие входную частоту питающей сети в частоты свыше 300 Гц (т.е. свыше тех частот, что фиксируют глаза и мозг человека). Качественные ЭПРА существенно снижают коэффициент пульсации. Однако разные ЭПРА сильно отличаются друг от друга как с точки зрения общего качества исполнения, так и с точки зрения воздействия на пульсацию светильника.
Светодиодные светильники работают как от переменного, так и от постоянного тока. При работе от постоянного тока пульсация отсутствует. При работе от переменного напряжения питания пульсация может быть сведена до минимума при помощи драйвера, преобразующего переменный ток в постоянный. Драйвер входит в состав любого светодиодного светильника. Однако минимизировать пульсацию способен только качественный драйвер – в противном случае, она не будет сильно отличаться от пульсации люминесцентного светильника со старым ЭмПРА.
Влияние пульсации на здоровье человека
Человеческий глаз практически не различает пульсацию светового потока – мозг не успевает полностью обработать зрительную информацию, изменяющуюся с частотой свыше нескольких десятков Герц. На этом свойстве зрения основывается принцип показа видеоизображений, где кадры меняются с частотой от 25 Гц и выше, а зритель воспринимает увиденное как единую картину, плавно изменяющуюся со временем.
Тем не менее, по данным медицинских исследований, человеческий мозг фиксирует изменения информации, поступающей через органы зрения, вплоть до 300 Гц. Такие изменения зрительной информации не воспринимаются на сознательном уровне, но оказывают значительное воздействие невизуального характера, причем это воздействие довольно-таки негативное: «жертва» ощущает необъяснимый дискомфорт, переутомление, головокружение даже в, казалось бы, комфортных и светлых комнатах. Систематическое невизуальное воздействие света (например, на рабочем месте) может послужить косвенной причиной постоянного подавленного состояния, бессонницы, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.
Пульсация светового потока свыше 300 Гц считается безопасной для здоровья человека. Во всяком случае, до сих пор никакого влияния на здоровье и самочувствие человека замечено не было.
Говоря о влиянии пульсации светового потока на здоровье и безопасность человека, нельзя не упомянуть о таком явлении, как стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект возникает тогда, когда частота мерцания светильника является кратной или совпадает с частотой движений деталей рабочего оборудования, из-за чего кажется, что те медленно двигаются в обратном направлении или не двигаются вообще. Например, неподвижными могут казаться вращающийся вал фрезерного станка, работающая циркулярная пила, блок ножей мясорыхлителя и пр. Шума одного механизма, естественно, не будет слышно в общем производственном гуле. В результате ежегодно десятки тысяч рабочих лишаются конечностей (а иногда и жизни). По итогам расследования производственных несчастных случаев «виновным» зачастую оказывается именно стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект может возникнуть при коэффициенте пульсации в 10%.
В общем и целом, несмотря на то, что российские санитарные нормы допускают глубину пульсации до 20% (для некоторых помещений – до 10-15%), оптимальной для комфорта и безопасности человека была признана пульсация, чей коэффициент не превышает 4-5%. Такие показатели способны обеспечить только светодиодные светильники с качественным драйвером.
Пульсация и санитарные нормы
Допустимый уровень пульсации для разных учреждений указан в следующих нормативных документах: СНиП (Строительные Нормы и Правила) 23-05-2010 (редакция СНиП 23-05-95) и СаНПиН (Санитарные правила и нормы) 2.21/2.1.1.1278-03.
Согласно нормам, коэффициент пульсации на рабочей поверхности рабочего места не должен превышать 10-20% (в зависимости от специфики помещения и точности производимых работ), а в помещениях, оборудованных компьютерами – 5%. В общеобразовательных, а также в детских дошкольных учреждениях глубина пульсации должна быть не выше 10%.
Следует заметить, что с 1 января 2013 года действует новый ГОСТ Р 54945-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности», в котором говорится о том, что "коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Частота пульсации свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность".
Несмотря на то, что санитарные нормы и правила в отношении освещения действуют более 10 лет, в последние годы контроль за соблюдением норм освещения на рабочих местах и в общественных помещениях сильно ужесточился, и огромное множество офисов, производственных помещений, клиник и школ были признаны потенциально опасными для сотрудников и посетителей. Самый простой способ избежать этого - поставить светодиодные светильники с гарантированно минимальной пульсацией. К счастью, сейчас есть множество качественных, надежных и доступных по цене светодиодных светильников как для офисных помещений, так и для промышленных комплексов, и, конечно же, для медицинских и образовательных учреждений.
Переходите на безопасное и экономичное освещение прямо сейчас! После отправки заявки наш менеджер свяжется с вами, чтобы уточнить все детали.
Прочитайте эту сатью для общего развития, там все доступно и интересно. Меня заинтересовал один конкреттный параметр: коэффициент пульсации. Цитата:
"Коэффициент пульсаций является очень важным показателем. Несмотря на то, что изменения яркости с частотой более 16 – 20 Гц наш мозг сознательно не обрабатывает, эффект от них вполне заметен. Существенные пульсации общей освещенности могут привести к повышенной утомляемости, мигреням, депрессиям и прочим малоприятным вещам по части психики. Нормируется этот показатель в СНиП 23-05-95. Там очень много разных таблиц, но, в целом, из них можно вынести, что коэффициент пульсаций общего освещения не должен превышать 20%."
Решил проверить, как обстоят дела с пульсацией ламп, которые у меня в квартире. Т.к., спец. оборудования у меня нет, проверял простейшим доступным способом: снимал каждую лампу на видео с близкого расстояния. Способ неточный, очень примерный, но тем не менее, может дать представление об уровне пульсации. Все фотографии сделаны телефоном, некоторые - скрины с видеороликов, сделанные им же. Поэтому цифр в посте не будет и на научность он не претендует. В будущем планирую скрестить компьютер с фотодиодом и превратить его в виртуальный осциллограф, показывающий реальный уровень пульсации. Как будут результаты, создам новый пост.
Расположил лампы в порядке ухудшения параметра.
1. Светодиодная лампа Gauss Elementary 6W Е14:
2. Пульсации не видны, световой поток ровный, не мерцающий:
3. Volpe 15W E27. Пульсация быстрая:
4. Эра 20W E27. Пульсация быстрая, но чуть медленнее и заметнее, чем у Volpe:
5. OSRAM Duluxstar. Пульсация достаточно медленная и неплохо заметная:
6. Jazzway 20W E27. Пульсация достаточно медленная и отчетливо видимая:
7. Галогенная лампа 35W 220V стандарта GU5,3. Пульсация отчетливо видна, но это и понятно - частота в сети 50 Гц:
8. Купленная на пробу светодиодная лампа Qeep 3,5W E14. 
9. Медленная и отчетливая пульсация:
10. Светодиодная лампа Camelion 5,5W Е14:
11. Пульсации настолько ужасны, что я бы ее даже врагу не подарил:
12. И наконец, замыкает шит-парад изделие отечественного производителя IEK ЛПО - люминесцентная лампа, которая используется для освещения столешницы. Ее пульсации видны невооруженным взглядом. Но используется она редко:)
На объективность не претендую:) Если в чем-то не прав - поправляйте.
Которые доказали свое превосходство над другими источниками света благодаря долгому сроку службы и энергоэффективности. Но не только такими положительными характеристиками обладают светодиодные источники света. Другим достоинством является низкий коэффициент пульсации. Не так давно ученые выяснили, что пульсирование светового потока негативно сказывается как на зрении человека, так и на общем психологическом состоянии. Именно поэтому производители источников света стремятся снизить коэффициент пульсации. Стоит отметить, что избавиться от мерцания светодиодной лампы Вы можете и самостоятельно, обладая знаниями о самом явлении пульсации и способах ее устранения.
Из-за чего возникает пульсация led-ламп?
Большая часть существующих на сегодняшний день источников света характеризуется наличием мерцания. Для решения данной проблемы очень важно обладать достаточными знаниями о природе пульсаций. Главное негативное воздействие мерцаний – быстрая утомляемость человека. Не всегда пульсация света может быть замечена человеческим зрением, поскольку ее частота превышает границу частот слияния мельканий света.
От частоты пульсаций напрямую зависит самочувствие человека, которое сопровождается головными болями, вялостью, усталостью, рассеянностью и невозможностью сосредоточиться на работе.
Устаревшие лампочки накаливания создают самые сильные и частые пульсации светового потока. Следовательно, само явление мерцания зависит именно от источника света. В led-лампах используется драйвер, который контролирует подачу тока по цепи светодиодов. К сожалению, не все производители светодиодных источников света используют надежные драйверы, способные сократить пульсации до приемлемых показателей. Лампочки таких изготовителей, как правило, отличаются низкой себестоимостью.
Нередки случаи, когда изначально лампа светит без пульсаций. Но с течением времени появляется мерцание, которое в дальнейшем усиливается. Вывод, который приходит сам собой, это низкое качество изделия и недобросовестность производителей. Во избежание таких ситуаций при покупке тщательно изучайте информацию на упаковке, где должен быть обозначен коэффициент пульсаций.
Что представляет собой коэффициент пульсаций?
Коэффициент пульсаций – это показатель, выражаемый в процентах и отображающий степень колебаний при изменении светового потока. Источник света и его особенности – главная причина появления мерцаний.
Опытным путем учеными была установлена допустимая величина данного коэффициента, которая варьируется в диапазоне 5-20%. Важно помнить о том, что конкретная величина напрямую зависит от обстоятельств работы зрения человека.
В дошкольных учреждениях, где находятся маленькие дети, коэффициент не должен превышать 10%. Рабочим местам с компьютерами соответствует световой поток с мерцаниями не выше 5%. В образовательных учреждениях максимальные пульсации – 10%.
На производственных предприятиях коэффициент пульсации допустим в том случае, если люди в том или ином помещении появляются кратковременно, а не в течение всего рабочего дня, и при этом исключена вероятность возникновения стробоскопического эффекта (оптический обман зрения, причиной которого является неправильное восприятие движущихся объектов). Данный эффект опасен тем, что на производстве предметы, находящиеся в движении, могут казаться в состоянии покоя, тем самым при контакте с ними возможно получение серьезных травм.
Нормирование коэффициента пульсации произошло не так давно и сегодня характеризуются высоким контролем со стороны санитарных норм. Периодически осуществляются проверки освещения специальными органами.
Способы проверки уровня пульсации
Определение уровня пульсации может осуществляться на основе коэффициента, о котором говорилось ранее. Но данный способ уместен тогда, когда светодиодный источник света был подключен к переменному току. Коэффициент в таком случае попадает в рамки от 1 до 30%.
Коэффициент пульсации определяется на основе определенных измерений, которые осуществляются с учетом таких факторов:
- при постоянном электрическом токе коэффициент равняется 0, следовательно, мерцания нет. Таким образом, все измерения происходят при переменном токе.
- все измерения необходимо проводить при помощи специальных приборов. Одним из измерительных устройств является пульсометр-люксометр, который подключается к компьютеру и способен производить вычисления быстро и с высокой точностью.
Сегодня еще не все производители светодиодных источников света указывают в технических данных коэффициент пульсации. Поэтому многие осуществляют проверку в домашних условиях следующими путями:
- карандаш
- фотокамера
Каким образом можно избавиться от пульсаций?
Во-первых, необходимо произвести замену старого конденсатора на новый, которому характерна наибольшая емкость. При этом подбор конденсатора также определяется габаритами и рабочим напряжением. Более того, необходимо знать где расположен на плате тот самый конденсатор, а также обладать навыками и умением установить новый. Тем не менее, такой способ не всегда позволяет до конца устранить пульсации.
Другой причиной мерцания ламп является применение диммеров , предназначенных для регулировки освещения. Но, стоит помнить, что не каждый светодиод способен функционировать вкупе со светорегулятором. Следовательно, приобретать нужно качественные устройства, не жалея на них денег. Перед приобретением обязательно изучайте характеристики устройств.
Торговая сеть "Планета Электрика" обладает широким ассортиментом от известных производителей, которые гарантируют высокое качество своей продукции.
В обычной ситуации человек так описывает свет от искусственного источника: яркий или тусклый, теплый или холодный. О мерцании современных бытовых ламп речь в большинстве случаев не идет. Но значит ли это, что они действительно производят «ровный» свет? И если ответ отрицательный, то чем вредна пульсация ламп?
Что такое пульсация света?
Пульсация освещенности создается мерцанием осветительного прибора. Наш глаз практически не воспринимает эти колебания, но мозг реагирует на мерцание лампы при частоте до 300 Гц.
Лаборатория промышленного освещения ивановского НИИ охраны труда провела исследования, которые установили: при увеличении глубины пульсаций света их вредное воздействие на организм возрастает. Появляются внутреннее напряжение, усталость, человеку трудно сосредоточиться. Это происходит из-за того, что организм не успевает приспособиться к значительным изменениям уровня яркости освещенности за короткие периоды времени.
После оценки результатов многочисленных исследований нормы СанПиН и СНиП ужесточились: к освещению помещений для работы и отдыха людей стали предъявлять особые требования. С обязательным учетом нормируемого коэффициента пульсации, который отражает ее глубину. А точнее, показывает изменение уровня освещенности при максимальном и минимальном колебаниях яркости света.
Нормальные показатели пульсации ламп
Все лампы мерцают, хотя глазу это не всегда заметно. Но коэффициент пульсации разных типов ламп неодинаков. Его значения при частоте 0-300 Гц для основных видов осветительных приборов таковы:
- лампы накаливания - 12-18 %;
- люминесцентные - 23-39 %;
- галогенные - 11-29 %;
- светодиодные - 0-8 %.
Действующие санитарные нормы РФ - актуализированная редакциия СП 52.13330.2011 "Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95" и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 ограничивают пульсацию приборов освещения при частоте пульсаций до 300 Гц.
Так, например, в игровых комнатах детских садов, а также учебных классах, кабинетах, аудиториях учреждений образования этот показатель не должен превышать 10 %. Этот же норматив действует и для торговых залов супермаркетов, для парикмахерских, некоторых производственных и медицинских помещений.
В читальных залах, мастерских по обработке древесины и металла, помещениях для компьютерных игр коэффициент пульсации ограничен 15 %. Самый высокий нормируемый показатель 20 % установлен, к примеру, для помещений с непродолжительным пребыванием людей (конференц-залы, архивные хранилища, спортзалы, кладовые).
Самые строгие требования предъявляются к освещению мест, оборудованных компьютерной техникой. В частности, коэффициент пульсации света в таких кабинетах не должен превышать 5 %. Это связано с тем, что помимо ламп пульсируют также мониторы компьютеров, что создает дополнительную нагрузку на органы зрения и организм в целом.
Чем вредна пульсация ламп освещения?
Впервые о негативном влиянии пульсации света заговорили полвека назад. Еще в 1963 г. в 5-ом номере журнала «Светотехника» появилась статья, в которой описывались результаты исследования воздействия пульсирующего освещения на организм человека (авторы В. А. Самсонова и В. Г. Ильянок).
Ученые установили: мозг регистрирует даже те мерцания ламп, которые зрительно не фиксируются. Оказалось, что его работа нарушается уже при коэффициенте пульсаций выше 5-8 % и частоте 100 Гц. В процессе исследований также выяснилось, что пульсации глубиной 20 % и 100 % создают одинаковый вред здоровью.
Вопрос пульсации ламп изучают по сей день. В московском институте, занимающемся исследованиями в области охраны здоровья детей и подростков (НИИ ГиОЗДиП НЦЗД РАМН), провели группу специальных тестов. Ученые сравнивали влияние освещения, производимого разными светильниками на здоровье школьников.
Результаты показали, что в классах, оборудованных лампами с более высоким коэффициентом пульсации, у детей к концу урока почти в 3 раза снижалась работоспособность. Кроме того, у них заметно возрастали жалобы на:
- слабую концентрацию внимания,
- ощущение внутреннего дискомфорта,
- сухость и резь в глазах,
- необъяснимый упадок настроения,
- чувство сильной усталости к концу школьного дня,
- трудности с засыпанием.
После того как в классах были установлены светодиодные светильники, дети стали меньше волноваться по поводу учебы в школе, у большинства исчезла плаксивость, стал крепче сон, возросла работоспособность.
Соответствие рабочих мест нормам освещенности контролируют проверяющие органы. Домашнее освещение также влияет на организм, но в этом случае контроль показателей - дело частное. Однако даже при желании установить точные значения сделать это на глаз невозможно. Как быть?
Если посмотреть на светодиодную лампочку через смартфон или видеокамеру, то можно обнаружить сильное мерцание. Если оно отсутствует, то можно попробовать приблизиться к лампочке на расстояние 20-30 см. У качественных светодиодных ламп качественный драйвер, в результате никакого мерцания не будет (у некоторых некачественных ламп мерцание может появиться через месяц-другой).
Также проверить наличие мерцания можно и при помощи карандашного теста. Для этого нужно просто помахать карандашом и посмотреть, остается ли след.
И конечно же мерцание (пульсации) можно измерить при помощи специальной аппаратуры).
Мерцающие лампы стоит ставить в коридор, туалет и любое другое помещение, где не проводишь много времени.
Самой первой светодиодной лампой у меня была Ikea LEDARE GU10 (802.559.07). После галогенных светодиодные лампочки порадовали меня отсутствием ультрафиолетового излучения, а также отсутствием мерцания.
200 лм для лампочки конечно оказалось маловато. Но для чтения хватало 5 лампочек, причем благодаря направленному свечению спотовых светильников. Что интересно, одна из галогенная лампочек прожила 2 года, тогда как первые четыре сгорели менее, чем за год. Интересно, 4 светодиодные лампы в том же светильнике как-то продлевают срок службы пятой галогенной или нет?
Следующими приобрел пару ламп свечек Ikea Ledare 402.540.90 E14 7W 400lm. Цветопередача у этих икеевских ламп заметно лучше, чем у многих других. Да и 400 люмен - в два раза больше 200. Перед покупкой я боялся, что в светильнике с лампами, расположенным горизонтально полу, светодиодные свечки не справятся из-за ограниченного угла. Но светили они неплохо. Правда, они заметно шире обычных ламп накаливания, так что поместятся не в любой светильник. И все бы ничего, тем более при такой цене, но эти светодиодные лампы мерцают
Следующими приобрел десяток светодиодных лампочек Philips E27 8W 9290002488. Взял сразу много, потому что был уверен, что Филипс производит качественную продукцию, а цена на распродаже в Ашане составляла всего 159 рублей. Позже обнаружил, что лампочки были произведены еще в 2010 году. Хотя на коробке написано 600 люмен, они заметно тусклее икеевской лампы E27 с маркировкой 600 люмен. При этом лампа Икеа Ледаре еще и больше по размеру, да мощность у нее выше. Всё бы ничего, но данные светодиодные лампочки Philips мерцают
В потолочном светильнике Евросвет (Eurosvet) 4807/12 помимо 12 галогенных ламп G4 используется и светодиодная подсветка. Мерцание светодиодов также можно заметить на камеру.
При этом галогенные лампы G4 в этой люстре не получится заменить на светодиодные. G4 - наверное, самый неподходящий конструктив для изготовления светодиодных ламп. Уж слишком маленький размер, чтобы туда можно было поместить хорошо светящие и качественные диоды, чтобы они еще и нормально охлаждались. 3 Вт - это пока практический предел для такого корпуса именно из-за проблем с теплоотводом, причем даже такие лампы могут сгореть очень быстро.
Но помимо низкой освещенности, в данной люстре еще приходится столкнуться с тем, что трансформатор рассчитан на активную нагрузку. Даже если светодиодные лампы с ним заработают (в том числе, если часть ламп оставить галогенными), мерцание будет просто кошмарным.
Чтобы поставить в люстру с цоколем G4, рассчитанную на галогенные лампы, светодиодные лампы, потребуется установка импульсного стабилизированного блока питания.
А также другие светильники Евросвет с цоколем G4 и пультом дистанционного управления!
Родители после моих опытов со светодиодными лампами и значительным сокращением счетов за электричество, также решили их попробовать. В магазине им предложили лампочки Gauss Elementary. Стал читать про этот "бренд", пишут, что их продукция присутствует только в России. Страницы на немецком могут попадаться, но реального присутствия в магазинах и тестирования за рубежом якобы нет. Также прочитал, что это китайские лампы по сильно завышенной цене, не соответствующей качеству. Цена в 310 рублей за лампу мне действительно казалась слишком завышенной для середины прошлого года. К счастью, данные лампы вообще не мерцают, если смотреть через видеокамеру:
(обновление) Снял светодиодные лампы Gauss Elementary повторно. Мерцание очень хорошо видно. Интересно, оно появилось со временем (прошло всего пару месяцев), или просто при съемке в первый раз камера была слишком далеко?
А вот помимо надписи Gauss Elementary я ничего другого на лампе не обнаружил. У ламп Филипс и Икеа маркировка конечно намного подробнее.
После таких опытов у меня остается сомнение, стоит ли верить всяким "Интернет-знатокам". Хотя ammo1 измерил индекс цветопередачи светодиодных свечек EB103101106, и он оказался равен 72,8, при том что на коробке написано >90. Может, с той же маркировкой сейчас идут уже другие лампы, но это тогда вообще странный шаг. Да и другие лампочки Гаусс уже могут мерцать.
Что касается проблемы с мерцанием, то ее иногда можно решить. Например, один из покупателей Ikea Ledare e14 802.489.93 на входе после моста поставил дополнительно конденсатор 2.2 мкФ на 400вольт, а на выходе поменял 220мкФ на 50В. К сожалению, не понимаю в электронике, так что подтвердить это не могу. Но если решение такое простое, то почему его не использует производитель? Потому что конденсаторы высыхают, а лампочки сильно нагреваются и способствуют этому?
Тестирование лампочек проводят многие, но одного российского ресурса вроде ledbenchmark.com с самыми популярными светодиодными лампами пока нет.
Кстати, очень полезно на лампе маркером писать дату установки. В будущем это поможет с легкостью определить, как долго она проработала. 20, 30 и тем более 55 тысяч часов - это очень приличный срок, так что все позабудется через годы. Да и с такой надписью легче следить, не сгорела ли лампа до окончания гарантийного срока.