1.1.1. Лампы накаливания

Лампа накаливания обыкновенная, или «классическая», типа С1 с патроном типоразмера Е14 или Е27 и мощностью 60 Вт (230 В, 660 лм, 60 Вт) рассчитана на 1000 часов непрерывной работы. Лампы с такой «удлиненной» колбой выпускаются матированные или прозрачные (стекло колбы).

Диаметр колбы 42 мм, длина (от цокольного контакта до конца колбы) 112,5 мм.

На рис. 1.1 представлена такая «классическая» лампа.

Рис. 1.1. Вид классической лампы накаливания

Конкретно этот рассматриваемый вариант выпускается по состоянию на 2016 год в Республике Беларуси (ОАО «Брестский электроламповый завод»). Розничная стоимость прибора освещения в российских магазинах – от 14 до 25 рублей.

Класс энергосбережения «Е» – невысокий. Но «бюджетная» стоимость лампы окупает «все».

Бывают случаи, когда выявляется нестабильный контакт цоколя такой лампы и патрона в светильнике (в том числе бра).

 

1.1.2. Энергосберегающие лампы

Еще с 1 сентября 2009 года в Европе запрещено продавать в розницу классические лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью свыше 100 Вт. Вместо них европейцам предлагается применять флуоресцентные (энергосберегающие) лампы (далее – ЭЛ), потребляющие при той же заявленной силе света на 80 % меньше энергии. Или светодиодные лампы, о которых мы подробно будем говорить ниже.

Лампы накаливания существовали почти 130 лет. Сегодня очевидно, что их срок работы в 8-15 раз меньше, чем заявлен у энергосберегающих. Однако очень большое значение имеет качество сборки ламп.

На рис. 1.2 представлен вид на энергосберегающую лампу с цоколем Е14.

Рис. 1.2. Энергосберегающая лампа с цоколем Е14

Иногда в магазинах можно увидеть лампы в форме непрозрачного шара, см. рис. 1.3.

Рис. 1.3. Колба лампы в форме шара с тремя люминесцентными трубками внутри

Колба лампы представляет собой шар, изготовленный из матового стекла диаметром 45 мм, 70 мм и 95 мм. Колба лампы NCL6-3U состоит из трех U-образных люминесцентных трубок диаметром 9,2 мм в лампах мощностью 13 Вт и 10,3 мм в лампах мощностью 20 Вт. Это одна из разновидностей ЭЛ.

Внимание, важно!

Энергосберегающие лампы, хоть и являются вполне современными и соответствующими новым технологиям, в том числе в части энергосбережения, содержат ртуть внутри колб и при разбивании стекла могут быть опасными для здоровья людей, находящихся неподалеку. В Европе рекомендуют не выбрасывать вышедшие из строя энергосберегающие лампы, а сдавать их в специальный «утиль», дабы избежать заражения окружающей среды ртутными испарениями. В крупных российских городах также появились специальные передвижные контейнеры для утилизации таких отслуживших свое источников освещения. Но в глубинке об этом еще только мечтают.

Количество ртути внутри колб ЭЛ ничтожно мало, но запрет на лампы накаливания мощностью от 100 Вт уже вступил в силу, а со второй половины 2011 года в Европейском союзе аналогичной «анафеме» подверглись лампочки накаливания мощностью 60 Вт. В России пошли другим путем – запретили к производству только лампы мощностью свыше 100 Вт и выше, но производители выпускают лампы накаливания мощностью 95 Вт и продолжают свою производственную деятельность.

Ранее было много разговоров, что к концу 2012 года вольфрамовые лампы (лампы накаливания) запретят полностью. Такие сообщения можно было ежемесячно услышать и увидеть в новостях. Но этого не случилось.

И тем не менее рост продаж ЭЛ в отечественных магазинах налицо, замена «классических» ламп накаливания в устройствах освещения на ЭЛ также заметна как в квартирах, так и в учреждениях. Однако не всегда ЭЛ действительно служат заявленный срок (5–8 лет), а если и служат, то основной причиной выхода из строя является обрыв цепи (нитей) накала, а не неисправность электронного балласта, который является не чем иным, как импульсным источником питания ЭЛ. Сопротивление одной спирали накала ЭЛ мощностью 20 Вт составляет 4 Ома.

Стоимость лампы в розницу (примерно 90 руб. – зависит от мощности) соответствует стоимости полутора оксидных высоковольтных конденсаторов в фильтре питания 6,8 мкФ на рабочее напряжение 400 В; между тем в печатной плате источника питания есть и более дорогостоящие компоненты, если оценивать их в розницу.

Если перестала светить ЭЛ с патроном Е27, аккуратно вскрывают корпус (см. рис. 1.4) и с помощью омметра убеждаются, что нить накала в обрыве.

Рис. 1.4. «Начинка» энергосберегающей лампы

На моем примере эта лампа «прослужила» чуть больше года, если быть точным, то 11 654 часа. Она постоянно озаряла искусственным светом коридор деревенского дома (круглосуточно) и отключалась только 3 раза за указанный период времени.

При неисправности энергосберегающей лампы со стандартным цоколем Е27 или Е14 ее просто выбрасывают и заменяют новой.

Результат практического эксперимента

Таким образом, говорить об особо длительном сроке эксплуатации ЭЛ не приходится, так как реальный пример трудно оспорить. Как говорится, «это не факт, но так оно и было на самом деле».

Важно знать, что долговременность работы (и, косвенно, надежность ЭЛ) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха.

К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).

Поскольку в моем эксперименте, продолжавшемся более года до естественной неисправности ЭЛ, включений/отключений было всего 3, а это очень мало, то, очевидно, при более «жесткой» эксплуатации и частых включениях в нормальных бытовых условиях в качестве источника освещения люстры такая лампа не прослужит и 10 000 часов. Тогда в чем «фишка» ее безупречности, по сравнению с лампой накаливания в части долговечности?

Очевидно также, что применение ЭЛ на улице, для освещения придомовой территории (сельской местности) и подсобных помещений, хлевов, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в российских условиях с суровыми зимами, поэтому для уличного освещения до сих пор применяют ртутные и натриевые лампы, но они не «энергосберегающие».

Бесспорным «плюсом» можно считать лишь то, что ЭЛ пожаробезопасны более, чем лампы накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.

 

1.1.3. Ксеноновые, или галогенные, лампы

Есть еще один тип ламп – ксеноновые, или галогеновые. По конструкции ксеноновые лампы представляют собой колбу шаровой, эллипсоидной или трубчатой формы. К примеру, ДКсЭл 250-3, ДКсЭл 500-6, ДКсЭл 1000-6, ДКсЭл 2000-6, ДКсЭл 3000-6 и др. На рис. 1.5 представлен внешний вид ксеноновой лампы.

Рис. 1.5. Вид на ксеноновую лампу с цоколем Е27

Такие лампы довольно хорошо «светят», причем цветовая температура при эксплуатации ксеноновых ламп считается наиболее (после «устаревших» ламп накаливания) безопасной для глаз человека.

Однако говорить о какой-либо длительности эксплуатации и надежности, сравнимой с энергосберегающими – с люминесцентными трубками – или светодиодными лампами, пока преждевременно.

Ближайшие конкуренты светодиодов – галогенные лампы – имеют эффективность (светоотдачу) порядка 25 лм/Вт. Светодиоды давно превзошли этот показатель, и в дальнейшем следует ожидать роста их эффективности и снижения цены.

Интересны на этот счет рекомендации специалистов-практиков: если колба чем-то испачкана, то нужно протереть ее медицинским спиртом. Монтировать такую лампу (закручивать в цоколь) необходимо с особыми предосторожностями, как то: не прикасаться пальцами к колбе, исключить попадание влажности, брызг, надевать перчатки или держать через тряпочку.

Интересно также, что окрашенная в голубой цвет стеклянная колба отфильтровывает избыточное излучение красного спектра излучения обычных ламп накаливания.

 

1.1.4. Светодиодные лампы

Светодиодное освещение – это новое и динамично развивающееся направление, созвучное с повсеместной заменой ламп накаливания на лампы (не только) со встроенными ЭПР (электронными преобразователями) и светодиодные лампы (пока весьма дорогие). Тем не менее светодиодные лампы, адаптированные под стандартные патроны Е27 и Е14, уже есть в продаже, и их ассортимент будет расширяться в ближайшее время хорошими темпами. Проблема в том, что пока стоимость такой лампы (с эквивалентной световой мощностью 100 Вт) не менее 2000 руб.

Они востребованы. Здесь же приведены описания локальных источников освещения на светодиодах – для компьютера (ноутбука, автомобиля) с гибкими выгнутыми шлангами и разъемами USB.

Рассмотрены вопросы крепежа различных светильников, включая галогенные, и режим эксплуатации (рекомендованные расстояния от ближайших конструкций, температурный режим, пожарная безопасность). Материалы, из которых изготавливаются источники искусственного освещения, – кристаллы на основе арсенид-галлия и др.

Светодиоды можно применять для подсветки интерьеров (дома и офиса), мест общего назначения и массового скопления людей, светофоров и уличных устройств (на столбах), освещения улиц и парков.

Осветительные лампы на основе мощных светодиодов обладают заметными преимуществами перед традиционными осветительными приборами.

Намеренно опускаю термин «светодиодная лампа», поскольку по устоявшейся терминологии однозначного определения светодиодных светотехнических изделий сейчас нет, стандарты по терминам и определениям находятся в стадии разработки как в России, так и за рубежом.

В части надежности (определение – наработка до отказа) и долговечности светодиодных ламп сегодня многие спорят. Эта тема живо обсуждается в социуме. Отчасти поэтому в свет вышла книга, которую вы сейчас держите в руках.

Преимущества светодиодного освещения неоспоримы. Основным преимуществом светодиодного освещения является экономия электроэнергии – за счет низкой потребляемой мощности – по сравнению с альтернативными и менее эффективными энергосберегающими устройствами. Длительный срок эксплуатации и большая наработка на отказ определяют сокращение затрат на обслуживание.

Светодиодное освещение имеет хорошие качественные показатели, такие как высокий индекс цветопередачи и низкая пульсация светового потока. В светодиодах отсутствуют вредные вещества, загрязняющие окружающую среду. Использование специально рассчитанной оптической системы обеспечивает снижение светового загрязнения, что благотворно сказывается на здоровье и комфорте человека.

Низковольтное питание делает светодиодное оборудование пожа-ро-, взрыво– и травмобезопасным. Благодаря этим факторам, а также большой световой отдаче светодиодное освещение стало актуальным в сложных условиях эксплуатации.

Таким образом, светодиодные светильники стали привлекательными для потребителей как в экономическом, так и в экологическом плане, а также по многим другим характеристикам, включая пожарную безопасность. Поэтому за ними будущее.

Практический эксперимент, представленный ниже, иллюстрирует авторский опыт эксплуатации в бытовых условиях одной светодиодной лампы.

Практический эксперимент

Лампа Camelion, модель LH11-U/842/G23, по заявленным паспортным данным должна была проработать 10 000 световых часов. Ее мощность 11/55 Вт. Цветовая температура 4200 °К НО– 230 В/50 Гц. Световой поток 60 лм.

Практически она проработала без замены с 1998 по 2012 год. Выводы делайте сами.

Далее рассмотрим лампы для бытового и промышленного освещения на основе светодиодов.

Лампы бытового назначения на основе светодиодов стандартизированы по форм-фактору цоколя, как ранее лампы накаливания и энергосберегающие лампы. Тем не менее сегодня рынок таких бытовых ламп достаточно разнообразен. В качестве примера на рис. 1.6 представлены изделия торговой марки IKEA (Швеция).

Рис. 1.6. Светодиодная лампа производства КНР по лицензии IKEA (Швеция)

На рис. 1.6 показана лампа мощностью 7,5 Вт типа LED1205G8E27. Ток ее потребления составляет 45 мА, удельный световой поток 53 лм/Вт. Справа – более мощная (10 Вт) лампа LED1307G10E27 с током потребления 46 мА и удельным световым потоком 60 лм/Вт.

Этот пример показывает, что увеличение мощности на 2,5 Вт (почти на треть) увеличивает ток потребления всего на 1 мА. По цифрам, указанным производителем на корпусе изделий, можно рассчитать и световой поток. В случае с лампой LED1307G10E27 он составит 60 х 10 = 600 лм.

В корпусе лампы установлен преобразователь сетевого напряжения 200…240 В в постоянное (модулированное) напряжение 14 В. Обратите внимание (см. рис. 1) на размещение светодиодов внутри колбы – она не типична для таких изделий. Мощные светодиоды расположены вокруг коллиматора, их свет усиливается линзой. Свет от этих ламп действительно «теплый» – по шкале цветовой температуры он примерно соответствует 2700 °К. Изображение работающей лампы представлено на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Подключенная к питанию светодиодная лампа по шведской технологии

Эти изделия, произведенные, кстати, в КНР, сильно отличаются от других, например производства РФ, имеющих колбу классической формы, через которую не виден источник света. Изделия фирмы «Оптолюкс» (Россия), о которых мы уже говорили выше как о примере российского производства, обеспечивают световой поток 570 лм при мощности 9 Вт. Они могут заменить 60-ваттные лампы накаливания, т. е. экономят до 80 % электроэнергии. Лампы типа IKEA без алюминиевого теплоотвода весят всего на 100 г меньше, чем лампы отечественного производства «Оптолюкс» с теплоотводом, занимающим часть корпуса светильника.

Заявленный срок службы светодиодов составляет 15 лет при работе 8 часов в день и включении/выключении не более 4 раз в день. Описанные выше лампы не подходят для систем регулирования яркости, их нельзя погружать в воду, подвергать воздействию открытого пламени и раскаленных предметов.

В России существует собственное производство ламп на основе мощных светодиодов, которым занимается холдинг «Российские светодиоды». К примеру, производство светодиодных ламп «Оптолюкс-Е27-3015» осуществляется на базе одноименной фирмы (см. 1.8).

Свет лампы российского производства «Оптоган» по цветовой температуре более холодный (об этом мы еще поговорим в сравнительном анализе – на примерах – в этой главе). Мощность ламп различна – сегодня можно приобрести изделия от 3 до 15 Вт.

Рис. 1.8. Лампа «Оптолюкс-Е27-3015»

Представленные выше светотехнические изделия являются относительно маломощными. Тем не менее светодиоды как элементы таких изделий производятся крупнейшими компаниями, среди которых выделяются Cree Lighting, Lumileds Lighting и Nichia Corporation, имеющие собственное производство кристаллов на основе материалов InGan.

Другие компании-производители, такие как Lamina Ceramics, достигли успехов в изготовлении светильников. Они не производят собственных кристаллов, а корпусируют кристаллы других компаний под своей торговой маркой.

Светотехнические изделия в форме ламп различаются не только по форме, но и по направленности светового потока: с фокусирующей линзой, рассеянного света или матрицей из светодиодных кластеров.

К примеру, светодиодная лампа Ledare Е14, модель LED1217C6, рассчитана на напряжение 220–240 В и мощность 7 Вт (50/60 Гц), световой поток 400 лм, цветовая «температура» 2700 °К. Таким образом, сила света и мощность распределены как 57 лм/Вт.

Размеры лампы соответствуют стандарту, указанному для обычной лампы накаливания.

В отличие от ламп накаливания и энергосберегающих ламп, светодиодные имеют достаточно точное и определенное время наработки до отказа, а именно время непрерывной работы 25 000, количество включений – 25 000. В то время как энергосберегающие и лампы накаливания имеют только примерные параметры. А в части количества включений/отключений при гарантированной работоспособности устройства вообще не регламентированы.

Коэффициент CRI > 87. Этот параметр – так называемый световой индекс.

Световой индекс (CRI Color Rengering Index) рассматриваемого изделия 92. Световая мощность 94 Вт говорит о том, что «выход света» (люмен) составит 940 Ei при мощности потребления от сети 10 Вт. Класс энергосбережения «А», достаточно высокий. Это позволяет реально экономить – для сравнения: данная лампа потребляет 7 кВ за 1000 часов.

Практический пример

По существующим в Петербурге расценкам отпуска электроэнергии в быту – 4,02 рубля за 1 кВ/ч – и (усредненно) времени использования одной такой лампы 2 часа в день за полтора года эксплуатации придется заплатить чуть больше 30 рублей.

К разновидностям светодиодных ламп также можно отнести споты и линейные лампы. Споты – это направленные светильники, которые позволяют выделить отдельные элементы интерьера точечной подсветкой. Лампы линейной формы в основном используют для светильников общего освещения.

Преимущества светодиодов перед лампами накаливания – малое потребление электроэнергии, долговечность и надежность в эксплуатации.

На рис. 1.6–1.8 были представлены современные изделия в форме ламп, различающихся по конструктивному исполнению: с одним мощным светодиодом, «усиленным» линзами и отражателями; с кластером, состоящим из нескольких сверхъярких светодиодов без применения линз и дополнительных отражателей (спрятанных в колбу матового цвета).

Для наглядного сравнения: в работе эти два вида изделий показаны на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Фото двух работающих ламп для сравнения

Внешний вид разобранной светодиодной лампы представлен на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Внешний вид разобранной светодиодной лампы

По сути, оба вида изделий имеют одинаковые преобразователи электрической энергии. В табл. 1.1 представлены параметры цветовой температуры.

Таблица 1.1. Характеристика света по цветовой температуре

Эти сведения уместно использовать и для определения цветовой температуры светодиодных лент и других излучателей света на основе светодиодов.

Аргументы в пользу светодиодного освещения

Применение светодиодов в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также во многих помещениях медицинских учреждений запрещено. Применение светодиодов в учреждениях не рекомендуется по действующему стандарту СанПиН.

С другой стороны, все магазины Москвы, Петербурга (не рынки) полны «сертифицированными» светодиодными лампами. Ограничений нет, или о них предпочитают не говорить. Значит, вред такой лампы не доказан или сомнителен.

Разумеется, есть отдельные мнения. Но мы должны опираться на фундаментальные научные исследования, если хотим утверждать «запрещено», «рекомендуется». Во всяком случае, такая, предложенная здесь, концепция, на мой взгляд, вполне соответствует масштабному потребительскому «буму», обращенному на светодиодные лампы в последние несколько лет. И здесь ничего не поделаешь. С Л рекламируют производители, люди потребляют эти лампы и желают знать – как и что в них устроено.

На разрешение таких вопросов и направлена книга – рассказать, как и что устроено. Не веду речь об отрицательных или положительных качествах продукции, не представляю ничьих интересов и опираюсь на опытное мнение.

Есть и другая сторона аргументации. Действительно, светодиодные лампы, имеющиеся в продаже в наших торговых точках (для бытового предназначения), далеко не безупречны. Но вот известная компания «Прософт» вовсю рекламирует светодиодные решения как в кластерах, так и в отдельных С Л.

На железной дороге (РЖД) уже декаду лет назад повсеместно перешли на производственное освещение мощными С Л и заменили ими галогенные, ДРН. Поэтому польза С Л до конца не изучена, и есть мнения о вреде их применения в бытовых условиях, но как устройства значительной экономии электроэнергии, особенно в больших промышленных масштабах, эффективно работоспособные в том числе в сильный мороз, лампы на светодиодах сегодня не имеют себе равных.

Особенность производства оптики для мощных СЛ в современных условиях – вопрос не праздный. Для понимания его актуальности достаточно выйти в сумерки (ночью) на улицу в крупном городе и сравнить эффективность светодиодных светофоров, ставших уже привычными на наших улицах. Такие светофоры, устанавливаемые на перекрестках и железнодорожных переездах, давно вытеснили по эффективности «старые» светофоры с лампами накаливания. Особенно этот контраст заметен в солнечную погоду.

Однако и сегодня производители оптики «спорят» между собой об эффективном способе отражения света. Основой для светодиодных ламп в данном случае служит модуль XLampTMXR-E7090. Он имеет в основе кристаллы мощных светодиодов на основе InGaN-структур на SiC-подложке, со световым потоком до 200 лм при токе потребления всего 450 мА.

О том, что (какая лампа) лучше и какова статистика аварийности, суть несколько иная тема. Я не утверждаю, что советую устанавливать светодиодные лампы везде, включая коридор квартиры между кухней и туалетом или уличные светофоры. Кто хочет, пусть устанавливает, кто не хочет – не устанавливает. Не надо видеть в тексте сплошь рекомендации. Там отражение фактов и краткий анализ ситуации. А мнений, разумеется, может быть сколь угодно много.

Практический пример гибридного включения разных ламп

На практике выяснилось, что полностью «переводить» домашнее освещение на лампы светодиодные взамен «устаревших» ламп накаливания не всегда во благо.

Оказывается, большое количество светодиодных ламп (параллельно в электрической цепи) в люстрах по 3–5 рожков каждая (установленных в каждой комнате четырехкомнатной квартиры в Санкт-Петербурге и включаемых одновременно) приводит к включению защиты на автоматах с предельным током 25 А.

Дело в том, что в первый момент времени включения импульсные источники питания светодиодных ламп (а также энергосберегающих ламп с электронным балластом, с конденсаторами на входе) представляют для сети переменного тока 220 В 50 Гц очень малое сопротивление, и… происходит срабатывание защиты.

Такая ситуация может возникнуть не только в том случае, когда сеть «перегружена» потребителями электроэнергии, но и во вполне безобидной ситуации, когда одновременно подключаются к питанию 10 (и более) импульсных источников, питающих светодиодные (и «энергосберегающие») лампы мощностью 5 Вт и выше каждая.

Причем ситуация вполне реальна для многоквартирных домов и многокомнатных квартир, я уже не говорю о производственных помещениях, и заслуживает самого пристального внимания, изучения, коррекции. В то время как обычные лампы накаливания, включенные одновременно даже 20 и 30 штук по 75 Вт каждая в параллельной электрической цепи (к осветительной сети 220 Вт 50 Гц), при тех же равных условиях (автомат защиты с предельным током 25 А) не приводят к отключению электроснабжения на конкретном участке.

Сравнительный анализ ситуации

На рис. 1.11 – лампа LED1305G9 производства IKEA, Швеция.

На рис. 1.8 (выше по тексту) представлена светодиодная лампа производства Оптолюкс (Россия). Точное наименование «Оптолюкс Е27 9 Вт 2700 °К / 570 лм», производства компании «Оптоган», Россия.

Рис. 1.11. Светодиодная лампа LED1305G9 производства IKEA, Швеция

По техническим характеристикам похожа на светодиодную лампу SUPRA – SL–LED-A60-9W/3000/E27 производства КНР, хотя у нее цвет более «холодный». В этом несомненная разница – надо смотреть на спектр: 2700 ближе к желтому, 3000 – к холодному, китайский – похолоднее и менее безопасен.

Все светодиодные лампы излучают неприятный жесткий холодный белый свет, но никак не теплый белый свет. А такой свет очень вреден для здоровья человека.

Световой поток, указанный в паспортных данных и на колбах ламп, – 2700 °К. Световой поток 60 лм/Вт, то есть 600 лм при 10 Вт. Это ближе к «теплому» свечению, нежели к холодному.

На монохромном фото визуально не заметно, каково свечение лампы LED1305G9 (другая, помощнее LED1307G10).

Однако на практике заметно, что «цвет» свечения далек от «холодного».

В сравнительном анализе выяснилось, что светодиодные лампы типа IKEA без алюминиевого теплоотвода весят всего на 100 г меньше, чем лампа отечественного производства «Оптолюкс» с теплоотводом, занимающим часть корпуса светильника.

В табл. 1.2 представлены сравнительные характеристики по светоотдаче разных типов осветительных ламп.

Таблица 1.2. Светоотдача различных электрических источников освещения

Любая лампа имеет основной параметр – величину потребляемой мощности (Вт). Мощность светодиодных ламп, предназначенных для освещения в быту, находится в пределах 3-15 Вт, однако бывают и намного более мощные варианты для наружного освещения – свыше 100 Вт.

Мощность светодиодных ламп является просто характеристикой скорости потребления электроэнергии, а для понятия силы света лампы необходимо узнать у продавца такой параметр, как световой поток.

В табл. 1.3 представлены электрические и световые характеристики некоторых светодиодных ламп.

Таблица 1.3. Электрические и световые характеристики некоторых светодиодных ламп

 

По электромагнитной совместимости современные светотехнические изделия соответствует требованиям ГОСТ Р 51318.15, ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.3 и ГОСТ Р 51514. Степень защиты от внешних воздействий по IP20 соответствует требованиям и условиям ГОСТ 14254.

Такие изделия не требуют обслуживания, кроме периодического (раз в полгода) контроля состояния колбы и желательной (но не обязательной) очистки внешней рассеивающей поверхности мягкой тканью. Органические растворители или легковоспламеняющиеся жидкости использовать для протирки колбы не следует по соображениям электро– и пожаробезопасности.

Бытовые светотехнические изделия имеют 2-й класс защиты от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0.

Электрическая прочность изоляции составляет не менее 1,5 кВ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60598-1 при нормальных условиях (температура окружающего воздуха +22 °C, относительная влажность воздуха 20 %). Следует отметить, что светодиодные лампы не подлежат ремонту в домашних условиях.

Срок службы светодиодов, заявленный производителем, составляет не менее 50 000 часов.

Бытовые изделия нежелательно использовать в помещениях с повышенной влажностью окружающего воздуха – более 80 % – и с большим содержанием пыли. При работе светодиодных ламп рабочая температура теплоотвода может достигать 70 °C. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод – можно повредить глаза.

В свое время были утверждены дополнения к «Гигиеническим требованиям к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03). Из новых правил (СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10) исключена формулировка, ограничивающая применение источников света двумя типами: лампами накаливания и газоразрядными лампами.

Вместо этого в правилах ограничен допустимый диапазон цветовых температур – от 2400 °К до 6800 °К.

В том же регламенте введено требование к наличию защитного угла у светодиодных светильников (конкретные значения не приводятся). В новой версии документа снижение нормы освещенности на одну ступень допустимо для источников света с индексом цветопередачи выше 90.

Внимание, важно!

В редакции СанПиН запрещено применение светодиодов в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также во многих помещениях медицинских учреждений.

 

1.2.1. Световой поток и его соотношение у разных ламп

Энергию любого источника света переносят излучаемые им электромагнитные волны. Именно скорость излучаемой энергии говорит нам о силе свечения каждого конкретного источника. Световую энергию человек воспринимает визуально, глазом, а наши глаза воспринимают разную длину излучения по-разному.

Излучение, которое, к примеру, имеет длину 0,55 мкм (зеленое), наши глаза воспринимают сильнее, чем 0,63 мкм (красное). Эти частные данные даны для примера.

Световой поток любой осветительной лампы измеряется в люменах и максимально близко характеризует возможности того или иного источника света осветить помещение. Однако часто бывает так, что информация о световом потоке светодиодных ламп не указана на упаковке, а вместо нее пишут мощность лампы накаливания, обладающей таким же световым потоком.

Подобная информация производителя является отчасти лукавой, так как нет возможности ее проверки. Если на упаковке указан световой поток 280 лм или не указан вовсе, но написано, что мощность лампы составляет 4 Вт и она эквивалентна 50-ваттной лампе накаливания, то спорить придется только с применением расчетов и аргументов, которые опровергнуть трудно. Вот они. Среднестатистическая (типовая, для быта) лампа накаливания мощностью 50 Вт имеет световой поток не 280 лм, а около 560 лм. То есть в данном случае данные, указанные продавцом или производителем, некорректны и призваны, видимо, только лишь для активизации продаж.

Внимание, важно!

Диапазон инфракрасного и ультрафиолетового излучений не доступен для глаз человека, поэтому для характеристики мощности излучения с учетом ее воспринимаемости глазами он условно суммируется согласно длинам волн, учитывая при этом кривую чувствительности глаз, в результате чего мы получаем нормированную величину, называемую световым потоком.

Но и эквивалентная мощность при выборе лампы также имеет важное значение, особенно при выборе светодиодных ламп взамен лампам накаливания. Наиболее правильным способом будет определение светового потока светодиодных ламп путем пересчета их согласно эквивалентной мощности ламп накаливания.

Практический пересчет лампы накаливания на светодиодную – задача, довольно легко решаемая.

В табл. 1.4 будет рассмотрена мощность светового потока обычной лампочки, светодиодной и люминесцентной.

Проведем пересчет лампы накаливания на светодиодную по такому показателю, как световой поток. Чтобы световой поток ламп накаливания был равен 250 лм, понадобится лампочка мощностью 20 Вт. Такой же световой поток обеспечивается светодиодной лампой 2–3 Вт, для люминесцентной лампы мощность равна 5–7 Вт. Другой важный вопрос – соотношение мощности светодиодных ламп. Выгода использования светодиодных ламп очевидна, об этом мы будем говорить на протяжении своей книги. Но не будем забывать и отрицательные стороны светодиодного освещения при его использовании в быту (жилых помещениях, где люди находятся подолгу).

Сравнительная характеристика разных осветительных ламп в части их светового потока представлена в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Сравнительная характеристика разных осветительных ламп в части их светового потока

Теперь сравним лампы накаливания 40 Вт со светодиодной лампой мощностью 7 Вт. Эти данные сведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Сравнительные данные лампы накаливания и светодиодной лампы сопоставимой мощности

Как видно из табл. 1.5, световая отдача все же получается довольно различной.

 

1.2.2. Что делать при замене разных типов ламп

Итак, мы узнали, что световой поток – это одно из самых главных понятий в случае замены освещения на светодиодное. Это если меняем лампы накаливания на светодиодные. А если сравнивать галогенные лампы и светодиодные? В этом случае подбор эквивалентной мощности для замены галогенных ламп будет более сложной, точнее многоуровневой, задачей.

К примеру, если галогенная лампа рассчитана на 220 В, то можно воспользоваться различными таблицами в Интернете, а для подбора замены 12-вольтовой лампы следует учитывать, что такие лампы имеют световой поток той же мощности, что требует внести поправку, на коэффициент которой влияет тип галогенной лампы. Для решения этой задачи помогут сравнительные табл. 1.2–1.4, представленные в данной главе.

 

Светодиодные модули представляют собой несколько мощных (сверхъярких) светодиодов, смонтированных на одной плате. Модули соединяются в светильники в одном корпусе. Их выпускает сегодня довольного много фирм, названия которых мы опускаем, чтобы не было лишней рекламы.

На рис. 1.12 представлен светодиодный модуль для локального освещения.

Рис. 1.12. Современный светодиодный модуль для локального освещения

Как вариант модуль XR-E7090 обеспечивает рекордно низкое тепловое сопротивление между переходом и теплоотводом – до 8 °C – и равномерный градиент температуры поверхности теплоотводящего основания. При сборке светодиода кристалл монтируется на кремниевую плату, что улучшает тепловые характеристики изделия.

Рассматриваемое изделие отличается от других серий меньшими габаритными размерами, симметричным корпусом и большим значением угла распределения света. Перекрывают весь диапазон цветовых температур белого цвета – от 2600 до 10 000 °К.

По оттенкам белого цвета светодиоды делятся на три группы: теплый (2600…3700 °К), естественный (3700…5000 °К) и холодный (5000…10 000 °К) белый цвет.

Сборка светодиода на производстве осуществляется в корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.

К примеру компания NeoPac еще 7 лет назад выпустила светодиодную матрицу NeoBulbTurbo со световым потоком 2150 лм.

Потребляемая мощность модуля 80 Вт, что намного меньше энергозатрат на «классическую» лампу накаливания, установленную, к примеру, в гостиной или в автомобильной фаре.

Отличительная особенность также и в том, что высокую температурную стабильность и долговечность оптической системы в качестве первичной оптики обеспечивают линзы из кварцевого стекла с автофокусировкой; это одно из новейших технических решений. Причем малая эквивалентная площадь излучающей поверхности позволяет получить столь же малые углы рассеивания светового потока при использовании вторичной оптики.

 

1.5.1. Особенности и характеристики

Модули предназначены только для автоматизированного монтажа и пайки с использованием стандартных технологических процессов, обеспечивающих низкую себестоимость готовых изделий, что упрощает решение проблем по обеспечению теплового режима приборов.

Прежде всего это высокоэффективные источники света для общего, аварийного и промышленного освещения, взрывобезопасного оборудования, подсветки ЖК-панелей мониторов большой площади, автономных светильников и фонарей, систем освещения автотранспорта.

Потребляемая мощность одного локального модуля 7,5 Вт, что намного меньше энергозатрат на «классическую» лампу накаливания, установленную, например, в гостиной.

Внимание, важно!

Устройства хорошо зарекомендовали себя и практически используются в том числе в источниках света для светофоров и автомобильных фар; эта область техники – в части триумфального проникновения светодиодов во все области жизни – сегодня также развивается стремительными темпами. Есть и возражения. Спектр лампы накаливания оптимален для человеческого глаза (лампу «доводили» более 50 лет), а от светодиодных ламп люди слепнут. Но в угоду «экономичности» или рентабельности производители часто опускают такие моменты.

К примеру, в Киеве светофоры со светодиодными лампами становятся причиной ДТП – в солнечную погоду их вообще не видно, а ночью они «ослепляют» водителей.

Подключение светодиодного модуля к драйверу питания может осуществляться несколькими способами: путем разъемного соединения или пайкой к контактным площадкам. Применяются три схемы коммутации светодиодов: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная.

 

1.5.2. Сравнительные характеристики световых модулей

Для сравнения: светодиодный модуль XLD-AC 1x01-01 представляет собой шестиугольную печатную плату на алюминиевом основании с одним установленным мощным светодиодом Cree XLamp размером 3,45 х 3,45 мм. Он адаптирован к применению вторичной оптики Carclo 10 мм для единичного светодиода серий ХР-С, ХР-Е, XP-G или ХТ-Е.

Технические характеристики модуля XLD-АС 1x01-01:

• рассеиваемая мощность не более 1,5 Вт (без применения элементов охлаждения);

• тип подключения – пайка к контактным площадкам;

• температура эксплуатации -40…70 °C;

• температура хранения -50…80 °C.

Светодиодный модуль XLD-AClx01-MCE-01 представляет собой печатную плату диаметром 47 мм на алюминиевом основании с установленным 4-кристальным светодиодом МС-Е размером 7x9 мм. Модули выпускаются в двух исполнениях: с последовательным соединением кристаллов – XLD-AC1X01-MCE-SC-01 и с параллельным соединением кристаллов – XLD-AC1X01-MCE-IC-01.

Технические характеристики XLD-AClx01-MCE-01:

• рассеиваемая мощность не более 2 Вт (без применения элементов охлаждения);

• тип подключения – пайка к контактным площадкам;

• соединение светоизлучающих кристаллов – последовательное или независимое;

• модуль адаптирован к применению вторичной оптики Carclo для светодиодов МС-Е;

• температура эксплуатации -40…70 °C;

• температура хранения -50…80 °C;

• печатная плата рассчитана на установку одного мощного

4-кристального светодиода Cree XLamp серии МС-Е.

В табл. 1.6 представлены сведения о сверхъярких светодиодах компании Osram Opto Semiconductors.

Таблица.1.6. Сверхъяркие светодиоды компании Osram Opto Semiconductors

Примечание: * – цветовая температура, °К.

В табл. 1.7 представлены сведения о сверхъярких светодиодах компании Upes Electronics Corporation.

Таблица 1.7. Сверхъяркие светодиоды компании Upes Electronics Corporation

Примечание: * – цветовая температура, °К.

 

1.5.3. Основные параметры светодиодов

Vf (Forward Voltage) – падение напряжения на светодиоде при номинальном рабочем токе. Существует неофициальный ряд значений, которых придерживаются изготовители: 1,8; 3; 5; 9 и 12 В. Светодиоды, рассчитанные на относительно низкое напряжение (Vf < 3 В), не содержат внутренних ограничительных резисторов, в отличие от «высоковольтных» приборов. Различают узко– и широкодиапазонные светодиоды, последние имеют Vf = 3…15 В. Прямое напряжение и цветовая температура светодиода в некоторой степени зависят от прямого тока. При превышении максимального прямого напряжения светодиода наступает его необратимый пробой, если драйвер не ограничивает ток.

If (Forward Current) – прямой ток через активный светодиод. Безопасным током для всех типов светодиодов можно считать 10 мА. Именно его рекомендуется устанавливать при проверке работоспособности прибора. Прямой ток влияет на световой поток, прямое напряжение и цветовую температуру светодиода.

Vr (Reverse Voltage) – постоянное обратное напряжение, которое можно подавать на светодиод без опасности его повреждения. Ток утечки при этом гарантируется, как правило, не более 10 мкА. Большинство светодиодов не предназначено для работы в обратном направлении. При увеличении обратного напряжения до 7… 10 В светодиод превращается в стабилитрон, максимальный ток стабилизации которого ограничен мощностью рассеяния.

Pv (Power Dissipation) – средняя мощность рассеяния, при которой гарантируется долговременная эксплуатация светодиода во всем диапазоне температур.

Tj (Junction temperature) – температура полупроводникового перехода. Определяет срок службы светодиода и его цветовую температуру. Прямое напряжение и световой поток светодиода снижаются с ростом Tj. Для мощного прибора с номинальным прямым током 350 мА изменение прямого напряжения в диапазоне -40… 120 °C составляет 0,55 В, а светового потока – 25 %.

Iv (Luminous Intensity) – кандела (кд), энергетическая сила света, т. е. излучаемый световой поток на единицу телесного угла. Для низковольтных приборов Iv измеряется при среднем значении прямого тока If, для относительно высоковольтных – при типовом рабочем напряжении Vf.

D (Diameter) – диаметр цилиндрической части корпуса светодиода. Этот параметр является удобным для первичной классификации. Существует стандартный ряд значений: 3; 4,3; 4,8; 5; 8 и 10 мм, причем первые два из них имеют унифицированные «дюймовые» названия, соответственно, Т-1 и Т-1¾.

Q (Viewing Angle) – удвоенный угол, в пределах которого сила света уменьшается в 2 раза, по сравнению с максимумом излучения. Различают светодиоды с рассеянным (Q > 60°) и узконаправленным (Q 60) излучениями.

 

1.5.4. Ресурс светодиодного освещения

Светодиодные модули для декоративного освещения представляют собой прямоугольную печатную плату на стеклотекстолитовом основании с напаянными мощными светодиодами. Подключение модулей к источнику питания осуществляется с помощью установленных на плате нажимных разъемов.

Ресурс светодиода определяют две составляющие – ресурс самого кристалла и ресурс оптической системы. Для изготовления оптических систем используются различные сочетания эпоксидных смол. Смола, как известно, изменяет свои свойства со временем (особенно под воздействием высоких температур), именно этим объясняется эффект «замутнения» линзы.

Поэтому заявляемое в рекламных целях время непрерывной работы светодиода в 100 000 часов (почти 15 лет) вызывает сомнение, тем более что на практике еще никто не проверил эту магическую цифру

Прогнозируемый ресурс производимых сегодня светодиодов как минимум в два раза меньше, т. е. примерно 50 000 часов, с 30 %-ной потерей яркости после 25 000 часов непрерывной работы.

Это неплохо, по сравнению с ресурсом лампы накаливания, который составляет менее 1000 часов.

В последующих главах мы поговорим и о практических вопросах монтажа светодиодных модулей в бытовых условиях.