Можно ли использовать светодиодные лампы с блоком защиты

Главная и, пожалуй, единственная причина выхода из строя обыкновенных ламп накаливания, галогенных и люминесцентных лампочек – перегорание спирали. С точки зрения физики этот процесс легко объясним. С раскалённой спирали постоянно испаряются атомы вольфрама.

В обыкновенных лампах быстрее, в галогенных – медленнее. После выключения часть испарившихся атомов оседает назад на спираль, часть на колбу. Как следствие неравномерного оседания, со временем образуются истончённые участки. А что приводит в негодность светодиодные лампы?

Почему лампы перегорают?

Все лампы со спиралью накаливания работают по принципу термоэлектронной эмиссии, то есть при прохождении тока спираль раскаляется, излучая свет видимой части спектра. Интенсивность тепловыделения обратно пропорциональна толщине проводника, соответственно истончённые зоны спирали нагреваются значительно сильнее, теряя прочность. На этих участках и происходят разрывы.

В качестве методов борьбы с этой «болезнью» разработано множество схем плавного розжига спирали, что действительно способно значительно увеличить срок её службы. Все эти схемы относятся к устройствам защиты.

Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали…

Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали. Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.

Существует ряд факторов, способных существенно сократить срок жизни таких устройств. К ним относятся:

• Скачки напряжения;
• наведённая пульсация;
• паразитарная пульсация.

Скачки напряжения

Перепады в сети напряжения довольно привычное событие в нашей стране. Как ни странно, но к повышению напряжения выше номинального значения светодиодные лампы относятся достаточно спокойно. Драйверы питания способны легко с ними справиться.

Более опасны для светодиодов падения напряжения, когда за доли секунды ток, проходящий через полупроводниковый слой, падает, а потом возвращается к исходным величинам. Тогда в пространстве p-n перехода может произойти точечный пробой. Драйвер питания способен отсечь избыток тока, но не способен компенсировать его выраженное падение.

Защита светодиодных ламп частично решается установленным перед драйвером высоковольтным конденсатором средней ёмкости, играющим роль сглаживающего фильтра.

Подробнее о расчете конденсатора.

Фатальные скачки напряжения

Ситуация, которой я хочу коснуться скорее исключение из правил, тем не менее, такие случаи происходят с завидной регулярностью. Речь идет об ударах молний. Но не в линию электропередачи – такие ситуации как раз безопасны, поскольку из-за мгновенного расплавления проводов, заряд, скорее всего, не дойдёт до конечного потребителя электроэнергии. Опасны удары молний в непосредственной близости от линии электропередачи.

Напряжение коронного разряда достигает миллионов вольт и вокруг канала молнии образуется мощнейшее электромагнитное поле. Если в зоне его действия окажется линия передач, произойдет мгновенный скачок силы тока и напряжения.

Фронт нарастания амплитуды напряжения настолько быстрый, что защитные каскады электроники не успевают справиться и выгорают целые платы. В светодиодной лампочке будут многочисленные пробои кристаллов. Мы отнесли такие скачки напряжения к фатальным, поскольку адекватной защиты от такого форс-мажора нет.

При штатном режиме эксплуатации возникает такое явление как мерцание ламп в выключенном состоянии.

Подробно о мигании включенных ламп мы уже рассматривали в этой статье.

Наведённая пульсация

Сила тока, требующаяся для работы светодиодов очень мала — микроамперы. Если две линии внутриквартирной проводки находятся в непосредственной близости, а в одной из линий включена мощная нагрузка, электромагнитные волны способны возбуждать ток в проводнике достаточный для свечения светодиода.

Вечные светодиоды такой же миф, как и вечный двигатель. Каждый эпизод включения/выключения на чуть-чуть уменьшает срок его жизни. Никто не измерял такой параметр для светодиодов, но при частоте события пятьдесят раз в секунду (частота пульсации сети 50 Гц) даже очень большие числа — понятие относительное.

Паразитарная пульсация

Паразитарная пульсация светодиодной лампы возникает, когда для её включения используют выключатель с подсветкой. Через светодиод подсветки так же проходит достаточный ток для мигания светодиодов.

Наведённая и паразитарная пульсация – ведущий фактор риска для светодиодного освещения.

Наконец мы подошли к главной теме этого обзора — устройство защиты светодиодных ламп.

Блок защиты светодиодных ламп 220в представляет собой шунт с сопротивлением меньше, чем сопротивление светодиодов в лампочке. При возникновении паразитарных наводок они проходят через шунт, минуя лампу.

Одним из примеров таких устройств является вот такой девайс. Для активации защиты достаточно подключить его к клеммам входного напряжения драйвера питания светодиодной лампы. Применение даже такого элементарного способа защиты во много раз продлит срок жизни светодиодному освещению.

Рано или поздно любые
источники света, применяемые в приборах освещения, перегорают. Причин этому
множество. В лампочках со спиралью происходит разрыв последней, а в
лэд-элементах – расслоение и выход из строя полупроводников кристаллов.

 Единственный способ максимально продлить срок
службы светодиодных и
энергосберегающих ламп – это установить в сеть специальный блок защиты. Рассмотрим,
какие основные причины перегорания ламп существуют, каким наилучшим способ
защитить их от резких изменений параметров бытовой сети, каковы основные
технические данные блоков защиты, что нужно знать при их выборе, как правильно
их подключить, установить и подобрать место монтажа.

Почему лампы перегорают

В отличие от обычных
ламп накаливания у галогенных принцип работы позволяет частично восстанавливать
постоянно утончающуюся в ходе свечения спираль. Это несколько продлевает срок
ее действия. Светодиодный кристалл служит на порядок дольше, но он также не
застрахован от перегорания. Помимо естественного износа спирали или
полупроводниковой матрицы, существует целый ряд специфических причин,
значительно снижающих их долговечность. Это такие свойства бытовой сети 220 В, как:

1. Скачки напряжения.
2. Фатальные скачки.
3. Наведенная пульсация.
4. Паразитарная пульсация.

Рассмотрим их
особенности более детально.

Скачки напряжения

Изменение значения
напряжение – достаточно характерное явление для отечественной бытовой сети. Любая
энергосберегающая светодиодная лампа, оснащенная элементарным гасящим
драйвером, имеет защиту от эффекта повышения номинала. С другой стороны, от его
падения лэд-элемент не может быть огражден таким блоком. Потребуется также
установка высоковольтного конденсатора.

Фатальные скачки напряжения

К
этому виду причин поломок светодиодных и энергосберегающих ламп относятся
сверхвысокое повышение силы тока и напряжения в сети. Это происходит при
разряде молнии в непосредственной близости с линией электропередач. Как
правило, стандартные блоки защиты не успевают блокировать воздействие такой
мощности, и электроника сгорает моментально. В этом случае происходит эффект
мигающих лэд-светильников в отключенном состоянии.

Наведенная пульсация

При близком расположении двух проводников, один из которых ведет к мощному потребителю, во втором, ведущем к светодиодной лампе, возникает достаточная для инициации свечения сила тока. Проблема в том, что такое дополнительно включение/выключение (равное частоте переменного тока, то есть 50 раз в секунду!) очень быстро приведет энергосберегающее устройство в негодность.

Паразитарная пульсация

Эффект паразитной
пульсации возникает при использовании выключателей с лэд-подсветкой. Через ее
элементы проходит ток, достаточной силы, чтобы возбудить кристаллы светодиодной
энергосберегающей лампы. В результате она мигает и, естественно, постепенно
расходует ресурс полупроводниковой матрицы.

Как защитить лампы лед от скачков
напряжения в электросети

Для устранения
мерцания, основной причины уменьшения срока действия лэд-элемента, потребуется
установка блока защиты. Это особый прибор, внутри которого расположен элемент с
электрическим сопротивлением, несколько меньшим, чем в светодиодной
энергосберегающей лампе. Возникающие паразитная и наведенные пульсации просто
проходят через него, минуя светильник. Чтобы модуль начал работать, его
необходимо подключить к входным контактам самого драйвера питания.

Почему встроенные блоки питания не
защищают

Стандартные блоки питания, устанавливаемые в любой энергосберегающей светодиодной лампе, это гасящие драйвера. Их основное назначение – защитить кристалл от скачка напряжения. Однако они не могут предотвратить воздействия на нее микротоков, достаточных для мерцания. Полупроводниковый кристалл имеет меньшее сопротивление, и потому подвергается действию паразитной и наведенной пульсации. Также они не способны предохранить от падения номинала в сети, что также вредно для лэд-элементов. Поэтому требуется установка отдельно блока защиты.

Блоки защиты ламп: подключение и
применение, работа и устройство

Блок защиты от
импульсных перенапряжений предохраняет энергосберегающие светодиодные лампы от
скачков в сети до 20 кВ. В зависимости от конструкционных особенностей он
монтируется в схему параллельно или последовательно.

Технические данные

Устройства для защиты
от перепадов сети для светодиодов и энергосберегающих ламп характеризуются
тремя основными параметрами:

1. Суммарная мощность потребляемых светильников.
2. Входное напряжение.
3. Номинал на выходе.

Важно! Дополнительными характеристиками, влияющими на функциональность блока защиты, являются диапазон рабочих температур и степень защиты от атмосферной влажности.

Особенности выбора

Первым необходимым
условием выбора блока защиты для светодиодных и иных энергосберегающих ламп
является правильный расчет суммарной мощности потребления. При этом к расчетной
мощности для страховки лучше добавить еще 20-30% от полученного значения. Если
устройство приобретается не только для лэд-элементов, но и для лампочек
накаливания или галогенок, то желательно, чтобы оно было оснащено системой
плавного повышения напряжения.

Правила и способы подключения

Блок защиты для одной
или нескольких светодиодных или других энергосберегающих ламп устанавливается в
самом начале схемы (после выключателя) в соответствии с конструкцией (последовательно
или параллельно).

Важно! Если в схеме есть выключатель с подсветкой, потребуется установить дополнительный резистор (около 50 кОм и 1Вт) – параллельно блоку защиты. Последний в неактивном состоянии разрывает цепь, и потому лед-элемент работать не будет.

Места установки защиты

Если блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп небольшой (до 300 Вт), его можно установить в распределительном модуле для проводки. Однако необходимо иметь ввиду, что он должен хорошо охлаждаться и быть доступным в случае необходимости ремонта или замены.

Основные выводы

Блок
защиты устраняет перепады напряжения в сети, обеспечивая длительный срок службы
галогенным и прочим энергосберегающим и светодиодным лампам. Чаще всего
причиной перегорания лампочек являются:

1. Скачки напряжения.
2. Фатальное повышение силы тока.
3. Наведенная пульсация.
4. Паразитарная пульсация.

Для
надежной защиты энергосберегающих ламп и светодиодных светильников необходимо в
начало электросхемы установить параллельно или последовательно (в зависимости
от конструкции) специальный блок. При его выборе нужно учесть суммарную
мощность электроприборов, а также напряжение на входе и выходе и условия
будущей эксплуатации.

Предыдущая

СветодиодыКак отключить подсветку в выключателе

Следующая

СветодиодыОсобенности и характеристики блока аварийного питания для светодиодных светильников

Осветительные лампы имеют небольшую долговечность, что является проблемой в современном мире. Во время включения питания ламп происходит выход их из строя, что является актуальной проблемой. Нить накаливания в холодном виде образует небольшое сопротивление. Оно слишком уменьшено, чем сопротивление раскаленной нити электротоком. Мы зажигаем свет, то нить лампы в холодном состоянии, и значение тока существенно выше номинала, поэтому она имеет свойство перегорать.

Лампы в светильниках и люстрах перегорают по различным причинам. Если она одна, то это уже лучше. Можно сэкономить на покупке лампочек, если знать основную причину. Кроме экономии у вас не выйдет из строя светильник, или того хуже, не случится пожар в доме.

Существует множество разных вариантов модуля защиты ламп. Некоторые способы защиты ламп разберем на примерах в материалах из жизни.

Мировые стандарты защиты светодиодного освещения

Во многих странах разработаны или разрабатываются стандарты защиты для светодиодного освещения. С развитием светодиодного освещения меняются и стандарты его защиты – как правило, они становятся все более жесткими.

Безопасность определяется максимальной токовой защитой, в частности, от короткого замыкания, и защитой от перегрузки. В Северной Америке UL8750 является стандартом безопасности светодиодного оборудования, относящегося к бытовым светодиодным лампам и уличным светильникам. Целью этого требования является свести к минимуму риск поражения электрическим током и снизить возможность возникновения пожара. Оно устанавливает нормы эксплуатации устройства защиты от перегрузок по току, чтобы прервать или ограничить ток во время короткого замыкания или состояния перегрузки. Плавкие предохранители являются надежной технологией защиты от таких угроз и, соответственно, наиболее часто используются.

За пределами США стандартом для светодиодных драйверов (источников питания, стабилизированных по току) являются спецификации IEC/EN 61347 и IEC/EN 62031. В Европе требования к защите от перегрузок по перенапряжению и току определяются такими документами как IEC/EN 61547, которые базируются на IEC/EN 61000-4-5. В них разграничиваются различные уровни пиков тока на основе 8 кА/20 мкс короткого замыкания и сочетания формы волны. Для применений в наружном освещении эти уровни могут варьироваться от 4 кВ/2 кА во многих азиатских странах до 10 кВ/5 кА в Европе.

В США очень важным стандартом для проверки защиты от скачков тока является ANSI/IEEE C.62.41-2002. Этот стандарт определяет две категории защиты освещения в зависимости от местоположения и связанных с ним требований к испытаниям, переходным перенапряжениям. В зависимости от места применения осветительного оборудования, например, в помещении или на улице, определяется категория. Скажем, на открытом воздухе светильники подпадают под категорию С (высокий или низкий тест требований) – они гораздо более подвержены ударам молний и, следовательно, будут подлежать испытаниям защиты от скачков тока. В таблице 1 представлены сводные показатели уровней перенапряжений IEEE C.62.41-2002 и их применение.

Таблица 1. Сводные показатели уровней перенапряжения и требования к испытаниям IEEE C.62.41-2002 для светодиодных светильников

Плавкие предохранители, MOVs и TVS-диоды производства компании Littelfuse имеют важное значение в обеспечении защиты LED-ламп. Они соответствуют главным нормативным стандартам и нормам безопасности. В настоящее время Соединенные Штаты являются страной, где наиболее проработаны стандарты защиты освещения, эффективности и безопасности для коммерческих помещений, уличного освещения, промышленного и складского. Существуют международные стандарты, которые определяются Международной электротехнической комиссией (МЭК), где указаны нормы защиты от перенапряжений, условия проведения тестирования в соответствии с МЭК 61000-4-5. Кроме того, часть IEC61547 «Оборудование для освещения общего назначения» требует тестирования на электромагнитную совместимость (ЭМС).

Все стандарты защиты можно разделить на две группы: стандарты безопасности, описывающие необходимую защиту от перегрузок по току, и стандарты, определяющие надежность и регламентирующие требования к устройству выдерживать перенапряжения.

защита от скачков напряжения котлов

Скачек напряжения (импульс перенапряжения) это кратковременное и резкое повышение напряжения.

Величина скачка и определяет степень разрушения. В первую очередь повреждения получают входные цепи электроники любых устройств, которые были в этот момент включены в розетку. Даже все современные телевизоры, DVD, аудиотехника, которая в этот момент была как бы выключена с пульта управления, может больше не включится.

Связано это с тем, что находясь в выключенном состоянии их блок питания все равно работает в режиме «ожидания» и физически подключен к сети. Он и выходит из строя. Так же зарядные устройства телефонов, светодиодные лампы, спутниковые ресиверы. Но если без вышеперечисленных устройств до их ремонта можно как-то прожить, хотя и с меньшим комфортом, то без тепла в доме зимой, жить нельзя.

В котле есть электронная плата управления и как следствие, блок питания этой платы, который обычно находится не отдельно, а интегрирован с основной платой, меняется все сразу и за дорого!

Поэтому, особое внимание необходимо уделить защите газового котла отопления от скачков напряжения

• УЗО, многочисленные автоматы по току не спасают — они для другого сделаны.
• Релейный стабилизатор напряжения не спасает от скачка напряжения.
• Электромеханический стабилизатор сглаживает фронт скачка напряжения, но запрещен к применению в помещении, где установлено газовое оборудование.
• Тиристорный стабилизатор может успеть, может не успеть. 50 на 50 — лотерея.
• Инверторный стабилизатор или ИБП класса ON-Line защитит котел полностью, но сам получит повреждение входной варисторной защиты, после чего его надо отнести в сервис для ремонта. Получается , что пока Вы в ручную не подключите напрямую к сети котел, минуя поврежденные ИБП или стаб, котел работать не будет. А что делать, если в это время Вас нет дома?

Вывод: Гасить, или фильтровать скачки по напряжению необходимо до этих устройств, так дешевле и надежнее.

Что бы эффективно защитится — необходимо знать природу скачка напряжения. Вот основные:

• Включение и выключение мощных электрических нагрузок. до 300 вольт. многие выдерживают. Сварочные аппараты
• Мощный электроинструмент: резак, пила, газонокосилка
• Скважный насос, привод ворот, ТЭН бойлера.

Чем защищаться от скачков?

• От работы мощных электропотребителей, которыми пользуетесь Вы, и которые установлены в вашем владении после счетчика, спасает правильная разводка по дому и участку свей электропроводки.На этапе строительства этот вид защиты самый дешевый и надежный. Принцип такой — группировка мощных грубых энергопотребителей и слаботочных, нежных в обращении в отдельные ветки электроподвода. Другими словами, необходимо разделить насосы и телевизоры. Придется проводить не один провод, а два! Это конечно дороже, но стоимость хорошего провода 30-50 руб за метр, редко когда в доме нужно более 100 метров (5000 руб), а работа по прокладке одновременно двух проводов не на много дороже. Получится, что у Вас будет точка с двумя розетками, в одну включается например чайник, а в другую телевизор (если это на кухне). В котельной, в один блок розеток включаются насосы, а в другую котел.
• От появления 380 вольт в доме — выпускаются ОПН (ограничители по напряжению). Они бывают разные. И главное в них — скорость срабатывания. Недорогие от 250 до 500 рублей, применимы только для грубой техники, где нет электронных плат управления. Нормальный ограничитель стоит 3-4 тыс рублей по ценам 2020 года. Однако они не фильтруют от коротких импульсов. Основным средством защиты служат электронные УЗИП (устройства защиты импульсных перенапряжений). Только электронные, микропроцессорные системы могут успеть заблокировать подачу электроэнергии потребителю при резком скачке.
• Молниезащита (грозозащита) установлена. А разрядники установлены? И какие? Они делятся на три группы и устанавливается ВСЕ ТРИ ГРУППЫ или комбинированные.

Защита светодиодных осветительных систем с помощью изделий Littelfuse

Компания Littelfuse предлагает комплекты средств защиты на линии переменного тока, а также защиту от переходных процессов на стороне постоянного тока. Эти средства защиты могут быть использованы как на этапе производства светодиодного освещения, так и при модернизации для соответствия светильников отраслевым стандартам. На рисунке 4 изображена принципиальная схема устройства светодиодного светильника с защитой от перенапряжений, показаны основные блоки и компоненты. На этом рисунке показано, как предохранитель Littelfuse, соединенный последовательно с фазой, обеспечит безопасность и защитит от короткого замыкания и перегрузки по току. Эти предохранители доступны в широком диапазоне форм-факторов, рассчитаны на разную силу тока, напряжение и способ монтажа, чтобы обеспечить гибкость конструкции для инженеров-проектировщиков. SPD-модули спроектированы специально для защиты светодиодных светильников (рисунок 5) и выпускаются компанией Littelfuse в двух сериях: LSP05 (таблица 2) и LSP10 (таблица 3).

Рис. 4. Типовая схема драйвера LED-светильника с защитой от перенапряжения

Таблица 2. Характеристики SMD-модулей серии LSP05

Основные характеристики модулей:

• наличие в составе мощной варисторной сборки для ограничения высокоэнергетических разрядов; номинальный ток ограничения до 5 кА для LSP05 и до 10 кА для LSP10;
• максимальный ток ограничения до 10 и 20 кА для LSP05 и LSP10 соответственно;
• предотвращение перегрева варисторной сборки с помощью встроенных термопредохранителей;
• рабочее напряжение: 120…480 В;
• герметичное исполнение IP66;
• рабочий температурный диапазон: -45…85°C;
• соответствие требованиям IEC/EN 61347 и IEEE C62.41.2.

Таблица 3. Характеристики SMD-модулей серии LSP10

Рис. 5. SMD-модули серии LS

Встроенная варисторная сборка использует мощные и высоконадежные варисторы, которые позволяют ограничивать выбросы даже очень больших энергий.

Уровень токов и напряжений отвечает самым жестким требованиям стандартов IEC/EN 61347 и IEEE C62.41.2. По этой причине основными приложениями модулей серий LSP являются уличное и дорожное освещение, прожекторы подсветки зданий, стадионов и бассейнов, светофоры, промышленное освещение и так далее.

Несмотря на то, что большинство источников питания для светодиодного освещения имеет встроенную защиту, значительные скачки напряжения на входе светодиодного источника питания могут привести к выходу из строя его компонентов. Как правило, в источниках питания используют минимальную защиту, которая обеспечивает соответствие стандартам безопасности: плавкий предохранитель на входе и небольшой, стоящий за ним, варистор стандартной (маломощной) серии и небольшого размера – не более 10 или 14 мм. В реальных условиях эксплуатации такой варистор не может абсорбировать достаточное количество энергии входного импульса перенапряжения, чтобы защитить компоненты в источнике питания. Внешний модуль защиты от перенапряжения ограничит пики напряжения и ток, чтобы избежать губительных для светильника процессов.

Необходимо отметить некоторые особенности выбора модуля защиты:

• рабочее напряжение должно быть больше или равно максимально допустимому напряжению сети;
• напряжение срабатывания должно быть больше максимально допустимого напряжения сети;
• напряжение ограничения должно быть меньше, чем уровень допустимых помех;
• напряжение ограничения модуля должно быть меньше, чем у других защитных элементов в блоке питания.

Последний пункт объясняется тем, что защитные элементы в блоке питания, например, те же варисторы, будут срабатывать до включения защитного модуля и в результате этого выйдут из строя быстрее, чем он.

Узс led защита (led protection)

Интенсивное развитие светодиодных технологий за последние пять лет привело к их внедрению во все сферы деятельности, которые нуждаются в подсветке. Надёжность и экономичность – вот главное преимущество, которое стало неоспоримым фактом. А если к этим показателям добавить длительный срок службы и безопасность эксплуатации, то становится понятным, почему привычные источники искусственного света постепенно сдают позиции.

Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали… Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали.

Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.

Существует ряд факторов, способных существенно сократить срок жизни таких устройств. К ним относятся:

• скачки на