Коэффициент пульсации — что это за величина?

Коэффициент пульсации — это та величина, от которой может зависеть ваше самочувствие и здоровье ваших близких при использовании искусственного освещения. Давайте разберемся в причинах появления пульсации, способах ее измерения и нормируемых значениях.

Определение коэффициента пульсации и причины его появления

Коэффициент пульсации освещенности (КП) — это относительная глубина колебаний светового потока, выраженная в процентах. КП показывает, насколько сильно мерцает источник света, питающийся переменным током.

Формула для вычисления КП:

где Емакс – максимальная освещенность за период колебаний, Емин – минимальная освещенность, Еср – средняя освещенность.

Пульсации возникают из-за того, что бóльшая часть источников света в быту и на производстве питается от сети переменного тока частотой 50 Гц. При этом яркость лампы мерцает с частотой 100 Гц, что и воспринимается как пульсация.

Нормируемые значения КП согласно действующим стандартам

В России принят ряд нормативных документов, регламентирующих допустимый уровень коэффициента пульсации для различных типов освещения:

• ГОСТ Р 55710-2013 «Освещение рабочих мест внутри зданий. Нормы и методы измерений» - не более 10%
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» - не above 15%
• СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах» - не более 20%

Оптимальный для комфорта человека КП составляет не выше 5%. Такой показатель обеспечивают современные светодиодные светильники.

Как измеряется коэффициент пульсации освещенности

Измерение КП производится при помощи специальных приборов – люксметров или анализаторов качества электроэнергии. Датчик люксметра устанавливается на определенном расстоянии от светильника, и прибор фиксирует мгновенные значения освещенности в люксах на протяжении нескольких периодов изменения светового потока.

По полученным данным вычисляются Емакс , Емин и Еср , которые подставляются в формулу для определения КП.

Как пульсации влияют на организм человека

Многочисленные исследования доказали негативное влияние пульсирующего света на центральную нервную систему и сетчатку глаза. Даже при незаметном мерцании могут возникать:

• головные боли
• быстрая утомляемость
• снижение работоспособности
• раздражительность

Систематическое воздействие пульсаций приводит к стойким нарушениям здоровья. У детей это влияет на формирование зрительного анализатора и развитие.

По данным исследований под руководством Ильиной Е.И., при КП выше 20% у 87% испытуемых наблюдались жалобы на усталость глаз и головные боли.

Опасность представляют пульсации в диапазоне частот до 300 Гц. Выше этого порога отрицательного действия не выявлено.

Коэффициент пульсации у разных типов источников света

КП может сильно варьироваться в зависимости от типа светильника и схемы питания:

Лампы накаливания имеют невысокий КП за счет инерционности нагрева нити. У люминесцентных ламп он напрямую зависит от качества электроники.

Светодиоды фактически не имеют собственной инерционности, поэтому их КП определяется исключительно схемой питания – драйвером. Качественные драйверы с активной стабилизацией тока обеспечивают КП=0.

Как уменьшить пульсации от светодиодных ламп

Для снижения коэффициента пульсаций светодиодных светильников следует:

1. Выбирать лампы со встроенным драйвером на основе импульсного стабилизатора тока
2. При монтаже магистрали использовать провод сечением не менее 0,5 мм²
3. Избегать коммутации большого числа светильников в одну линию
4. Устанавливать фильтры гармоник в силовом щите

Такая организация сети обеспечит стабильность напряжения и минимизирует амплитуду пульсаций.

Выбор светильников с минимальным коэффициентом пульсаций

При выборе светильников для офисов, школ, больниц и других общественных зданий рекомендуется обращать внимание на заявленный производителем коэффициент пульсаций.

Люминесцентные светильники со встроенным ЭПРА имеют КП около 5-10%. Это приемлемо. Оптимальным выбором станут светодиодные лампы премиум-класса с импульсными драйверами и активной схемой стабилизации – их КП близок к 0%.

Рекомендации по обустройству освещения с минимальной пульсацией

Для исключения влияния пульсаций освещения на самочувствие рекомендуется при организации рабочих мест предусмотреть следующее:

• Использовать светильники с КП не выше 5%
• Устанавливать локальное освещение рабочих зон из нескольких источников света
• Применять системы управления освещением по датчику присутствия для автоматического включения и выключения света

Коэффициент пульсации выпрямителя как ключевой параметр драйвера

В драйвере светодиодных ламп используется выпрямитель - электронное устройство для преобразования переменного тока в постоянный. От качества этого блока напрямую зависит коэффициент пульсации и стабильность светового потока.

Чем меньше амплитуда пульсации силы электрического тока на выходе выпрямителя, тем выше качество драйвера. Выпрямитель может быть выполнен на основе неуправляемого диодного моста или с использованием импульсной широтно-импульсной модуляции для активной стабилизации силы тока

Требования к микроклимату при наличии пульсирующего освещения

Действующие санитарные нормы и правила предъявляют повышенные требования к параметрам микроклимата для компенсации негативного влияния пульсаций. В частности, для рабочих мест с источниками освещения, имеющими КП выше 10%, установлены следующие нормативы:

• Температура воздуха в холодный период – 22-24°С
• Относительная влажность воздуха - 60-40%
• Скорость движения воздуха не более 0,1 м/с

Такие параметры микроклимата позволяют снизить негативное воздействие пульсаций на организм человека.

Меры предосторожности при монтаже осветительных сетей

Во избежание усиления пульсаций при монтаже осветительных сетей рекомендуется соблюдать следующие правила:

1. Сечение магистральных проводов выбирать из условия падения напряжения не более 5% от номинального
2. Групповые линии выполнять проводом сечением не менее ²⁄₅ от сечения магистрали
3. Обеспечить надежный контакт в клеммных соединениях

Правильно спроектированные и смонтированные осветительные сети являются залогом нормальной работы источников света без повышенных пульсаций.

Методы снижения КП в существующих осветительных сетях

Для уменьшения коэффициента пульсаций в уже эксплуатируемых осветительных сетях можно выполнить следующие мероприятия:

1. Установка дросселей рассеяния на линиях питания люминесцентных светильников
2. Замена электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (ЭмПРА) на электронные (ЭПРА)
3. Подключение светодиодных светильников через стабилизаторы напряжения
4. Установка фильтров высших гармоник в распределительных щитах

Эти решения дают снижение КП на 30-50% в существующих системах освещения без полной замены оборудования.

Законодательные инициативы по ограничению пульсаций

В связи с накопленными данными о вреде пульсирующего освещения для здоровья человека, в ряде стран рассматриваются законодательные инициативы по ужесточению нормативов и повышению ответственности производителей светотехники.

В частности, в Евросоюзе обсуждается снижение порогового уровня КП для общественных зданий до 5%. В России также разрабатываются предложения о внесении соответствующих поправок в СанПиН.

Перспективы развития технологий освещения с минимальной пульсацией

Совершенствование схемотехники драйверов для светодиодов открывает возможности для создания источников света практически без пульсаций. Уже сейчас существуют решения на основе интеллектуальных драйверов со встроенными микроконтроллерами, автоматически компенсирующими любые отклонения тока в нагрузке.

Развитие технологий широтно-импульсной модуляции и быстродействующих электронных компонентов позволит в перспективе добиться КП=0 как в светодиодных, так и в люминесцентных источниках света.

Выбор бытовых светильников для квартиры

При выборе люстр и бра для квартиры также имеет смысл обращать внимание на коэффициент пульсаций, чтобы исключить негативное влияние на здоровье детей и взрослых, находящихся в помещении постоянно.

Предпочтительны модели со светодиодами и заявленным КП не более 10%. Оптимальные показатели у светодиодных светильников премиум-класса – до 5%.