В отличие от тепловых, газоразрядные источники света (металлогалогенные лампы, натриевые лампы высокого давления, люминесцентные лампы) не могут включаться в сеть непосредственно, а требуют для своей нормальной работы включения только со специальной аппаратурой, обеспечивающей их зажигание и горение.
Такие устройства получили название – пускорегулирующая аппаратура (ПРА). Существует два вида ПРА – электронный и электромагнитный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА и ЭМПРА). Их качественно важным рабочим параметром является мощность потерь, которая вместе с мощностью ламп складывается в системную мощность.
Обычные электромагнитные ПРА (ЭМПРА) – простое индуктивное сопротивление, которое состоит из железного сердечника, обвитого медной проволокой. Использование такого омического сопротивления приводит к высокой потере мощности и к большому выделению тепла. Системная мощность работающей с ЭПРА 26-ваттной компактной люминесцентной лампы составляет 32 Вт, т.о. мощность потерь составляет 6 Вт (23%).
Различают следующие способы или варианты эксплуатации:
- Со стартером тлеющего разряда;
- Без стартера;
- ПРА с ограничением температуры.
На рис1. показаны ЭМПРА для газоразрядных ламп. Использование такого ЭМПРА со светильником обеспечивает:
- Более быстрый и равномерный запуск лампы
- Отсутствие видимого мерцания лампы
- Не сокращается время работы лампы
- Высокий КПД
- Высокая степень защиты от поражения током
- Коэффициент мощности – более 0,9 (обычный дроссель не больше 0,6)
Рис.1 ЭМПРА для газоразрядных ламп
Основным преимуществом ЭМПРА является их низкая стоимость. Существенным недостатком ЭМПРА является их существенные габариты и вес, особенно если речь идет о применении их с люминесцентными лампами. Также существуют и другие неприятности:
- Довольно большие потери мощности: в ПРА для маломощных люминесцентных ламп эти потери соизмеримы с мощностью самих ламп.
- На промышленной частоте тока (50 Гц) световой поток пульсирует с частотой 100 Гц. Глаз не замечает этих пульсаций, но через подсознание они отрицательно влияют на наш организм. Кроме того, пульсации светового потока создают так называемый «стробоскопический эффект», когда предметы, вращающиеся с частотой пульсаций или кратной ей, кажутся неподвижными. Это может приводить к травматизму в цехах, оснащённых станками с такой частотой вращения обрабатываемых деталей или инструмента.
- Световой поток ламп не поддаётся управлению, что несколько ограничивает возможности создания комфортных осветительных установок.
- Часто дроссели «гудят», то есть создают неприятные акустические шумы.
Для преодоления этих недостатков применительно к люминесцентным лампам наиболее радикальным средством оказалось питание ламп током повышенной частоты. Для этого в качестве балласта последовательно с лампой включают сложное электронное устройство, преобразующее напряжение сети в другое напряжение с частотой, как правило, несколько десятков кГц и одновременно обеспечивающее зажигание ламп. Такие устройства получили название «электронные пускорегулирующие аппараты» (сокращённо ЭПРА).
Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) +выполнены в виде электронного устройства для питания газоразрядных и люминесцентных ламп. Первые ЭПРА появились ещё в 60-х годах прошлого века, однако их триумфальное шествие началось только в конце 80-х – начале 90-х годов. В настоящее время в ряде стран (Швеция, Швейцария, Голландия, Австрия) объём производства ЭПРА соизмерим с объёмом производства электромагнитных аппаратов.
Чем же так хороши ЭПРА, что, несмотря на сложность и относительно высокую стоимость, они стремительно вытесняют прежние аппараты? ЭПРА в отличии от ЭМПРА работают в частотном диапазоне >30 кГц, что приводит к значительному увеличению эффективности, которая базируется в основном на двух механизмах:
- уменьшение электродных потерь;
- повышение световой отдачи, главным образом основанное на более эффективном преобразовании электрической энергии в ультрафиолетовой области спектра атомов ртути при 185 нм и 254 нм.
Применение современных ЭПРА позволяет (прежде всего, это касается люминесцентных ламп) значительно улучшить световой комфорт, экономичность и эксплуатационную безопасность.
Световой комфорт:
- Зажигание без мигания
- Приятный, немерцающий свет без стробоскопического эффекта
- Отсутствие мешающих шумов
- Отсутствие миганий у перегоревших ламп
- Автоматическое включение после замены лампы
Экономичность ЭПРА:
- На 30% уменьшается потребляемая мощность по сравнению с ЭМПРА
- Более, чем на 50% по сравнению с ЭМПРА возрастает срок службы за счет бережливого режима работы
- Уменьшаются расходы на техническое обслуживание
- Применяются в системах аварийного освещения согл. VDE 0108
- Минимизируются расходы на кондиционирование, в результате понижения нагрузки на системы кондиционирования
Также уменьшается масса аппаратов и расход крайне дефицитных материалов – меди и электротехнической стали.
Кроме того, с внедрением ЭПРА появилась возможность создания систем управления освещением в помещениях, обеспечивающих наибольшую экономию электроэнергии и максимальный комфорт. На рис. 2 показаны ЭМПРА для газоразрядных (а) и люминесцентных (б) и компактных люминесцентных (в) ламп.
Рис.2 ЭМПРА для газоразрядных (а) и люминесцентных (б) и компактных люминесцентных (в) ламп
Популярны также встроенные ЭПРА, особенно для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). На рис. 3 показана разработка СЭА Электроникс — ЭПРА под колбу КЛЛ мощностью 20Вт.
Рис. 3 разработка СЭА Электроникс — ЭПРА под колбу КЛЛ мощностью 20Вт
Цена электронного ЭПРА в настоящее время в 5 – 10 раз выше, чем электромагнитного ПРА и стартёра. Однако этот (временный!) недостаток ЭПРА окупается за счёт экономии электроэнергии и увеличения срока службы ламп.
Электронные пускорегулирующие аппараты завоевывают мир
Доля электронных аппаратов в общем объёме производства балластов для люминесцентных ламп в 2008 году в Европе увеличилась до 37 %. При этом надо учитывать, что электронные балласты сегодня выпускаются не только в одноламповом, но и (в основном) в двух-, трёх- и четырёхламповых исполнениях; поэтому доля люминесцентных ламп, работающих не с электромагнитными, а с электронными балластами, реально уже сегодня приближается к 50 %.
В ряде европейских стран (Швеции, Австрии, Голландии, Швейцарии) уже несколько лет более половины выпускаемых светильников с люминесцентными лампами снабжены электронными балластами.
Широкому распространению электронных балластов способствовало появление «тонких» люминесцентных ламп в колбах диаметром 16 мм (так называемая серия Т5), которые в принципе не могут работать в стандартных стартёрно-дроссельных схемах включения.
Подавляющее большинство аппаратов имеет КПД на уровне 90 %, коэффициент мощности – на уровне 0,95 и выше, частоту выходного напряжения – не ниже 30 кГц. Как правило, электронные балласты имеют защиту от перегрузок и коротких замыканий в выходной цепи.
Унифицировалась и конструкция аппаратов – практически все электронные балласты, предназначенные для линейных люминесцентных ламп, имеют вытянутую форму с поперечным сечением 30х28 мм и длиной, зависящей от мощности. Для светильников с «тонкими» люминесцентными лампами выпускаются электронные балласты в корпусах высотой 21 мм. Габариты многоламповых балластов практически совпадают с габаритами одноламповых.
Ещё в 2000г. Энергетическая комиссия Европейского экономического союза (ЕЭС) приняла директиву № 2000/55/EG, согласно которой в странах ЕЭС с декабря 2005 года должно было прекратиться производство электромагнитных балластов с классом потерь мощности В1 (выпуск балластов классов D и С должен был прекратиться ещё раньше, соответственно в 2001 и в мае 2005 года).
Другим важным документом, способствовавшим повсеместному внедрению электронных балластов, стали новые Европейские нормы освещённости EN 12464-1. В этих нормах имеется специальный раздел, посвящённый пульсациям освещённости. Раздел состоит из одной фразы: «В помещениях с длительным пребыванием людей пульсации освещённости не допускаются». Фактически это означает запрет на использование люминесцентных ламп в стандартных стартерно-дроссельных схемах включения.
Питание и управление светодиодных светильников
Новые источники света – светодиоды, сами по себе являющиеся электронными изделиями, для питания от стандартных электрических сетей требуют применения пускорегулирующей аппаратуры: выпрямителей, понижающих трансформаторов, регуляторов.
Если для питания и управления световым потоком газоразрядных ламп используют ЭПРА, то для светодиодов применяется электронные блоки питания и управляющие контроллеры. Как правило, фирмы, производящие светодиоды, изготавливают и средства для их включения в сеть.
Рис.4 Модуль питания
Для подключения светодиодных светильников обязательно применяется модуль питания, который может быть встроенным в изделие или отдельным блоком (см. рис.4). Для управления цветовой гаммой LED прожекторов и интенсивностью светового потока используют контроллеры или драйверы. На рис. 5 показаны светодиодные светильники для внутреннего и внешнего освещения, которые заменяют люминесцентные и газоразрядные лампы. Такие LED светильники имеют уже встроенные модули питания и управляющие контроллеры.
Таким образом, рассмотрим преимущества применения светодиодных светильников в целом:
- Отличное качество светового потока, отсутствие мерцаний и стробоскопического эффекта.
- Большой срок службы — до 80 тысяч часов, что эквивалентно, например, 25 годам работы в режиме реального уличного городского освещения. Это обусловлено отсутствием нити накала, благодаря нетепловой природе излучения света.
- Стабильная работа в любых климатических условиях от -30° до +50°С.
- Экономия электроэнергии по сравнению традиционными светильниками
- Экологическая безопасность, сохранение окружающей среды и отсутствие необходимости утилизации. Светодиодные консольные уличные светильники не требуют специальной утилизации, т.к. не содержат ртути, ее производных и других ядовитых или вредных составляющих.
- Вследствие отсутствия в светильниках стеклянной колбы, нити накала и горелки — высокая механическая прочность, виброустойчивость и надежность.
- Устойчивость к перепадам напряжения
- Полное отсутствие опасности перегрузки электросетей в момент включения.
- Низкий потребляемый ток (0,4-0,6А — для светодиодных уличных и промышленных светильников, тогда как у светильника с газоразрядной лампой потребляемый ток 2,2А, а пусковой 4,5А).
- Экономия денежных средств уже сразу при согласовании точки электропотребления. (При оформлении санкционированного подключения точки электропотребления взимается плата за количество киловатт.)
- Дополнительным немаловажным преимуществом светодиодных светильников является мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и независимость работоспособности от низких температур окружающего воздуха.
Рис. 5 Светодиодные светильники для внутреннего и внешнего освещения
Примечания:
1. Кабинет министров Украины намерен внедрить государственную программу по замене ламп накаливания на энергосберегающие лампы. Правительство приняло целевую научно-техническую программу разработки и внедрения энергосберегающих светодиодных источников света и осветительных систем на их основе. Как сообщает пресс-служба Кабинета министров, правительство обещает создать протекционистские условия для желающих заняться производством экономных ламп в Украине, а также поддержит импорт светодиодных ламп в страну. В первую очередь замену ламп проведут в бюджетных учреждениях. «Это для нас было бы просто долгожданной экономией и бюджетных ресурсов, и энергии, если бы мы хотя бы в бюджетной сфере это сделали», — добавила глава правительства.
2. В статье использовались фото светотехнической продукции компании «СЭА Электроникс». За дополнительной технической и коммерческой информацией обращайтесь в отдел светотехники – тел.: (044) 296-24-00 или info@sea.com.ua.
