Dzięki systematycznej poprawie sprawności oraz współczynnika oddawania barw, sprzedaż oświetlenia LED gwałtownie wzrasta. Nadal istnieją jednak nieuregulowane obszary w zakresie parametrów źródeł LED, które powodują problemy eksploatacyjne dotyczące załączania i ściemniania tego typu oświetlenia. Firma Theben przeprowadziła analizę techniczną tych zagadnień i w swoich urządzeniach sterujących wprowadziła odpowiednie technologie korygujące. Dystrybutorem produktów jest firma EL-Team.

Mimo wszechstronności i dostępności źródeł światła LED, w codziennym użytkowaniu mogą występować problemy przy załączaniu lub ściemnianiu oświetlenia w tej technologii. Dzieje się tak dlatego, że do tej pory nie powstał jednolity standard dla źródeł LED. Istnieją ogólne wytyczne dla żarówek LED, począwszy od wersji gniazda, a skończywszy na poziomie natężenia oświetlenia i poborze energii, jednakże inne parametry nie zostały ustandaryzowane. W odróżnieniu od klasycznej żarówki ze spiralnym żarnikiem, lampa LED jest wyposażona w skomplikowaną elektronikę. Każdy producent może montować własne układy elektroniczne, a zastosowane rozwiązania techniczne mogą się znacznie różnić. Producenci aparatury sterującej i ściemniającej oświetlenie nie mają żadnych wytycznych na temat tego, jakie układy powinny sterować źródłem LED oraz jak będzie się zachowywało to oświetlenie. Standardy dotyczące tych kwestii są dopiero tworzone.

Rys. 1. Technologia LED znajduje zastosowanie w niemal każdej dziedzinie techniki oświetleniowej

Prąd łączeniowy

Jedną z najczęściej występujących trudności w eksploatacji lamp LED są problemy dotyczące wartości prądu łączeniowego. Jeżeli w specyfikacji żarówki LED i lampy wyładowczej nie określono impulsów łączeniowych, należy przyjąć że dany produkt nie został zbadany pod tym kątem. Zdarza się jednak, że nawet jeżeli producent udostępnił takie informacje, dane te nie są pomocne. Parametr ten może się również znacznie różnić w przypadku poszczególnych źródeł. Z tego powodu należy m.in. zachować daleko idącą ostrożność przy sumowaniu prądów łączeniowych źródeł LED. Załączanie kilku LED-ów o małej mocy znamionowej może przynieść zupełnie inne skutki niż załączanie jednej żarówki LED o takiej samej mocy. Aby móc określić charakter wyładowań dla aparatury sterującej i ściemniającej, firma Theben przeprowadziła pomiary dla wszystkich standardowych typów oświetlenia LED. Podczas tych testów urządzenia sterujące oświetleniem przeszły co najmniej 40 tys. cykli łączeniowych, co pozwala na wyciąganie wiarygodnych wniosków na temat prądów łączeniowych.

Rys. 2. Wysoki prąd łączeniowy jest częstym powodem występowania problemów w instalacjach oświetleniowych opartych na źródłach LED

Rys. 3. Łączenie w punkcie zerowym polega na załączaniu styków w chwili, gdy wartość napięcia sinusoidy jest zbliżona do zera

Przykładowa aplikacja

Dobrym przykładem występujących problemów jest następująca sytuacja. W dużym budynku mieszkalnym zarządca budynku zastąpił na klatkach schodowych klasyczne żarówki źródłami LED. Poziom natężenia oświetlenia pozostał taki, jak poprzednio. Potencjalne oszczędności wyglądały obiecująco: niskie zużycie energii i dłuższa żywotność LED-ów miały zapewnić niższe koszty utrzymania. Po pewnym czasie okazało się, że zepsuł się czasowy wyłącznik schodowy. Badanie wykazało spalone bądź stopione styki. Urządzenie było wyraźnie przeciążone, pomimo tego że znamionowa moc instalacji została znacznie zmniejszona.
W jaki sposób żarówki LED o mocy znamionowej zaledwie kilku watów mogły uszkodzić styki przekaźnika, które były dobrane dla wielokrotnie większych prądów? Po bliższym przyjrzeniu się zagadnieniu stwierdzono, że powodem były wartości prądów łączeniowych. W zwykłej żarówce prąd łączeniowy jest około dziesięciokrotnie większy od prądu znamionowego. W przypadku żarówek energooszczędnych oraz LED, impuls prądu łączeniowego o czasie rzędu kilku µs może osiągnąć amplitudę ponad tysiąc razy wyższą od wartości prądu znamionowego. Pomiary w autoryzowanych przez VDE laboratoriach Theben wykazały, że w najbardziej niekorzystnym przypadku prąd łączeniowy źródła LED 1,8 W był 1706-krotnie wyższy niż prąd znamionowy. Przyczyną takiej sytuacji jest pojemnościowy charakter układu i gwałtowny proces ładowania odbywający się w pierwszej chwili po załączeniu. Należy również pamiętać, że tak duże udary prądów łączeniowych poza destrukcyjnym wpływem na styki mogą również generować zakłócenia elektromagnetyczne zaburzające pracę innych czułych urządzeń elektronicznych w pobliżu.

Rys. 4. Programator czasowy Selekta 172 z serii top2 wyposażony w technologię łączenia w punkcie zerowym

Podwójne styki załączające

Firma Theben opracowała rozwiązanie dla tego problemu – dwa styki wykorzystywane do wszystkich łączeń. Obok styku roboczego wykonanego z AgSnO₂, w urzą­dzeniach Theben stosowany jest specjalny wstępny styk wolframowy. Styk z wolframu charakteryzuje się dużą impedancją oraz wysoką wytrzymałością. Jako pierwszy załącza się styk wstępny ograniczający prąd łączeniowy, a po ułamku sekundy załącza się styk roboczy o niskiej impedancji, który nie jest już narażony na impulsy prądowe. Theben stosuje podwójne styki przekaźnika w niektórych cyfrowych zegarach sterujących a także niektórych czujnikach ruchu i obecności.

Rys. 5. Czujnik z serii theLuxa S

Łączenie w punkcie zerowym

Urządzenia załączające zaprojektowane do obciążeń pojemnościowych generalnie lepiej radzą sobie z prądami łączeniowymi. Dodatkowo Theben opracował skuteczne rozwiązanie chroniące te aparaty, zwane łączeniem w punkcie zerowym. Polega ono na załączaniu styków w chwili, gdy wartość napięcia sinusoidy jest zbliżona do zera (rys. 3). W tym momencie impuls prądowy powstały po załączeniu styków jest minimalizowany, ponieważ ładowanie przebiega przy niskiej wartości napięcia zasilającego. Rozwiązanie to pozwala na ochronę i wydłużenie żywotności styków. Praktycznie wszystkie urządzenia z serii top2 (rys. 4) oraz czujniki z serii theLuxa S (rys. 5) i czujniki obecności PlanoCentro są wyposażone w tę technologię.

Rys. 6. Uniwersalny ściemniacz Dimax 534 plus

Ściemnianie oświetlenia LED

Nie każdą lampę typu LED można ściemnić. Nawet jeżeli źródło daje taką możliwość, to charakterystyka ściemniania może się znacząco różnić dla różnych producentów. Oświetlenie LED często miga i nie można go ściemniać tak płynnie i liniowo, jak w przypadku stateczników elektronicznych. Lampy LED wykazują także duże różnice przy sterowaniu za pomocą obcinania i nacinania fazy. Z tego powodu niektórzy producenci dopuszczają stosowanie tylko jednej z tych metod.
Oprócz wyposażonych w możliwość ściemniania lamp LED, aby uzyskać płynną, bezstopniową regulację także ściemniacz powinien być przystosowany do współpracy z oświetleniem tego typu. Theben opracował i stosuje w swych urządzeniach dwa rozwiązania:
• predefiniowane ustawienia dla różnych typów opraw LED,
• w ściemniaczach do systemu KNX charakterystyka może być ustawiana poprzez ETS-a.

Produkty
Urządzenia Theben kompatybilne z oświetleniem LED, takie jak uniwersalny ściemniacz Dimax 534 plus (rys. 6), posiadają dodatkową opcję ustawień dla optymalnego dostosowania się do właściwej technologii. Minimalna wartość natężenia oświetlenia LED przy minimalnej mocy może być ustawiona za pomocą potencjometru. Istnieje również możliwość wyboru rodzaju sterowania ściemnianiem (nacinanie lub obcinanie fazy). Powyższe funkcje pozwalają na płynne sterowanie praktycznie każdą ściemnialną żarówką LED renomowanych producentów.
Uniwersalny aktor ściemniający Theben do systemu KNX (rys. 7) idzie krok dalej. W oprogramowaniu ETS są zapisane różne charakterystyki ściemniania, co umożliwia odpowiednie dopasowanie urządzeń i zapewnia płynną, jednostajną bezstopniową regulację natężenia oświetlenia. Inną zaletą ściemniacza KNX jest możliwość importowania nowych charakterystyk ściemniania przez oprogramowanie ETS, gdyby zostały zainstalowane nowsze rozwiązania oświetleniowe w przyszłości.

Rys. 7. Uniwersalny aktor ściemniający Theben DMG 2 T do systemu KNX

Ciągłe świecenie źródeł LED

Kolejny problem, z którym można się spotkać, jest delikatne żarzenie się lamp LED o mocach rzędu 1-2 W w stanie wyłączenia. Odpowiadają za to prądy szczątkowe płynące przez kondensatory tłumiące zakłócenia, zamontowane w ściemniaczach lub innych urządzeniach sterujących. Mimo że wartość tych prądów jest bardzo mała, to są one w stanie pobudzić źródła LED do delikatnego świecenia. W rezultacie oświetlenie nie zostaje całkowicie wyłączone. Podobny efekt może wystąpić również w przypadku długich linii zasilających. Czasami zjawisko delikatnej poświaty jest w pełni akceptowalne lub nawet pożądane. Jeżeli jednak jest problemem, to rozwiązaniem może być np. zbocznikowanie wyjścia poprzez odbiornik o charakterze rezystancyjnym, umożliwiający rozładowanie prądów szczątkowych. Konkretną wartość należy dobrać eksperymentalnie.

Podsumowanie

We wszystkich swoich urządzeniach dedykowanych dla oświetlenia typu LED firma Theben stosuje nowe rozwiązania, takie jak załączanie w punkcie zerowym sinusoidy lub wstępny styk wolframowy. W technologie te są wyposażane m.in. automaty schodowe, zmierzchowe, zegary sterujące, czujniki ruchu lub obecności bądź aktory sterujące systemu KNX.
Dodatkowe informacje o produktach i omawianej tematyce można znaleźć na stronie producenta www.theben.de/en lub polskiego dystrybutora – firmy EL-Team.

Eugeniusz Mierzwa
Autor jest pracownikiem
firmy EL-Team