Energooszczędność i LED to obecnie modne pojęcia. Wiele się o nich mówi, ale niewiele osób w szczegółach wie, na co zwrócić uwagę wymieniając świetlówkę liniową (potocznie zwana jarzeniówką) na tubę LED. W poniższym artykule omówię najważniejsze zagadnienia, zaczynając od uporządkowania podstawowych informacji o świetlówkach i LED-owych tubach zwanych potocznie świetlówkami LED.

Spis treści:

1. Świetlówki liniowe
2. Budowa i zasada działania świetlówki liniowej
3. Tuby LED
4. Długość jest ważna
5. G5 czy G13?
6. Technologia LED
7. Temperatura barwowa
8. Współczynnik oddawania barw
9. Sposób kodowania
10. Czy będzie jasno?
11. Czy tubę LED można ściemniać?
12. Żywotność tub LED
13. Kompensacja mocy biernej
14. Podsumowanie

Świetlówki liniowe

Od wielu lat były standardem w oświetleniu biur, magazynów i hal produkcyjnych. Świetlówki zaczęły być stosowane na szerszą skalę już w latach 40 ubiegłego wieku. Jest kilka standardowych średnic rur, które wchodziły do sprzedaży w okolicy:

• 1939 r. 38 mm – świetlówki T12, trzonek G13,
• 1978 r. 26 mm – świetlówki T8, trzonek G13 oraz trzonek G5,
• 1995 r. 16 mm – świetlówki T5, trzonek G5,
• I połowa lat 90-tych 12 mm – świetlówki T4, trzonek G5,
• 1997 r. 7 mm – świetlówki T2, trzonek G4,3.

Budowa i zasada działania świetlówki liniowej

W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że świetlówka liniowa potocznie zwana „lampą fluorescencyjną” jest to szklana rura, wewnątrz której znajdują się opary rtęci, a która z obu stron zakończona jest elektrodami pełniącymi funkcję miniaturowych grzałek. Wewnętrzne ścianki rury pokryte są warstwą luminoforu.

W momencie włączenia zasilania (zapłonnik jest zwarty) prąd przepływający przez elektrody podgrzewa znajdujący się w świetlówce gaz. Po chwili zapłonnik przerywa obwód, a prąd zaczyna płynąć przez gaz znajdujący się w świetlówce. Potocznie mówiono że świetlówka się jarzy stąd potoczna nazwa jarzeniówka lub lampa fluorescencyjna.

Statecznik elektromagnetyczny

Zwany również dławikiem ma za zadanie ograniczyć natężenie prądu płynącego przez świetlówkę liniową (lampę wyładowczą). W nowo sprzedawanych oprawach oświetleniowych takie rozwiązanie jest już rzadko spotykane. Ze względu na swoje wady zostało zastąpione nowszymi statecznikami elektronicznymi.

Wady stateczników elektromagnetycznych:

• Niska sprawność. Ze względu na budowę i zasadę działania stateczniki elektromagnetyczne mają stosunkowo duże straty
• Działają z częstotliwością sieci 50 Hz, co powoduje efekt stroboskopowy, który uniemożliwia zastosowanie opraw wyposażonych w stateczniki elektromagnetyczne w wielu obszarach

W układzie z statecznikiem elektromagnetycznym konieczne jest stosowanie zapłonnika

Zapłonnik

W uproszczeniu jest odpowiedzialny za powstanie zapłonu gazu wewnątrz świetlówki. Występuje w dwóch wersjach: starszej z elementem bimetalowym oraz nowszej w wykonaniu elektronicznym.

Statecznik elektroniczny pozbawiony jest wad wyżej omawianego statecznika elektromagnetycznego. Poprzez zastosowanie układów elektronicznych jest w stanie zasilić świetlówkę napięciem o częstotliwości dużo wyższej niż sieciowe 50 Hz, a dzięki większej częstotliwości zasilania świetlówka emituje większy strumień świetlny (świeci jaśniej).

Stateczniki elektroniczne

Mają jedną zasadniczą wadę w stosunku do stateczników elektromagnetycznych, są wrażliwe na przepięcia. Wada ta jest szczególnie dotkliwa w zakładach produkcyjnych w których są urządzenia dużych mocy, dotyczy praktycznie wszystkich nowych urządzeń zasilanych energią elektryczną zawierających elektronikę. Wymusiła stosowanie ograniczników przepięć w obwodach oświetlenia. Aby ochrona była skuteczna należy zastosować system stopniowania ograniczników: T1, T2 i T3

W jaki sposób załączane jest oświetlenie?

Wymieniając oświetlenie z świetlówek liniowych na tuby LED (bez dokładania nowych opraw) uzyskujemy zmniejszenie łącznej mocy obwodu w watach (W). Usypia to czujność wielu elektryków, jednak taka wymiana może doprowadzić do uszkodzenia łączników, przekaźników lub styczników czyli elementów odpowiedzialnych za załączanie i wyłączanie napięcia w obwodzie. W skrajnym przypadku może dojść do pożaru spowodowanego uszkodzeniem elementu łączeniowego.

Przeanalizuj poniższą tabelę, zwróć uwagę na różnice w obciążeniu w zależności czy świetlówka ma statecznik elektroniczny czy elektromagnetyczny. Dla lepszego zobrazowania sytuacji dołączyłem odniesienie do obciążenia tradycyjnymi żarówkami.

Zaskoczyły Cię powyższe informacje? Temat o wiele bardziej się komplikuje, gdy oprawy świetlówkowe z statecznikiem elektromagnetycznym miały szeregową lub równoległa kompensację mocy. Więcej na ten temat znajdziesz w artykule: Przekaźnik czy stycznik – na co zwrócić uwagę?

Statecznik elektromagnetyczny

Ze statecznikami elektromagnetycznymi wiąże się zagadnienie kompensacji mocy biernej. W dawnych układach mogła wystąpić kompensacja szeregowa lub równoległa.
Poniżej przedstawiono schemat podłączenia świetlówki z kompensacją mocy biernej (kompensacja równoległa) oraz schemat podłączenia świetlówki z kompenacją szeregową.

Niezmiernie ciężko jest dotrzeć do informacji, czy w starych układach z statecznikiem elektromagnetycznym, gdzie występowała kompensacja równoległa lub szeregowa podczas wymiany świetlówek na tuby LED należy z istniejącego układu wypinać kondensator?

Pytanie takie zdałem wiodącym producentom tub LED, a odpowiedź jaką uzyskałem od eksperta Ledvance zamieszczam poniżej:
„Tuby LED mają elektroniczny układ zasilający (podobnie jak lampy LED ), który powoduje, że współczynnik mocy tub LED ma charakter pojemnościowy.

Wymieniając świetlówkę na tubę LED, w oprawie z tradycyjnym układem zasilającym (dławik + zapłonnik), kompensacja równoległa (kondensator) będzie zmniejszała wartość wsp. mocy.

Racjonalne z takiego punktu widzenia jest usuniecie kondensatora w przypadku stosowania Tuby LED. Dławik przy zasilaniu tuby LED nie ma indukcyjności z powodu prostowania prądu zasilającego przez tubę LED.

Szeregowa kompensacja byłaby racjonalnym rozwiązaniem, ale kłopotliwe jest dobieranie wartości pojemności, mamy dużo różnych rozwiązań tub LED. W przypadku wielu tub LED, kształt pobieranego prądu odbiega od sinusoidy, co też stanowi utrudnienie w kompensacji szeregowej. Pozostaje zatem wyłączenie kondensatora. Chcesz ułatwić sobie pracę i uzyskać ofertę oświetlenia wykonaną przez ekspertów? Sprawdź nasz konfigurator oświetlenia:

Zalety i wady budowy świetlówki LED

Dokonując zamiany świetlówek na tuby LED warto poznać zalety i wady poszczególnych technologii:

• Układ z statecznikiem elektromagnetycznym

Zalety:

• odporność na przepięcia,

Wady:

• opóźniony zapłon,
• stosunkowo duże straty na stateczniku elektromagnetycznym,
• słaby zapłon w niskich temperaturach,
• konieczność stosowania odpowiednio dobranego zapłonnika,
• konieczność stosowania kompensacji mocy biernej.

• Układ z statecznikiem elektronicznym

Zalety:

• większa sprawność w stosunku do stateczników elektromagnetycznych,
• możliwość uzyskania więcej lumenów (lm) z takiej samej świetlówki,
• brak w układzie zapłonników,
• szybszy zapłon świetlówek w porównaniu do stateczników elektromagnetycznych,
• mniejsza waga w stosunku do statecznika elektromagnetycznego

Wady:

• słaby zapłon w niskich temperaturach,
• układ wrażliwy na przepięcia,
• różne wersje oprzewodowania w zależności od modelu (utrudniona wymiana).

Tuby LED

Dobierając tuby LED potocznie zwane świetlówką LED, należy zacząć od ustalenia rodzaju statecznika umieszczonego w oprawie. Ze względu na statecznik tuby LED dzielimy na:

• do opraw z statecznikiem elektromagnetycznym,
• do opraw z statecznikiem elektronicznym,
• uniwersalne,

Często instalatorzy dzielą tuby LED ze względu na rodzaj zasilania:

• dwustronnie zasilane,
• jednostronnie zasilane,
• uniwersalne.

Na samym początku, gdy tuby LED wchodziły do sprzedaży panował duży chaos. Nie było wyznaczonego jednego standardu, stąd można spotkać wiele różnych rozwiązań związanych z zasilaniem (szczególnie w tanich chińskich produktach).

Od kilku lat najwięksi producenci oświetlenia np. Philips, Ledvance, Sylvania itd. wprowadzają spójny standard swoich wyrobów. W dalszej części na przykładzie rozwiązań Philips opiszę kilka wybranych zagadnień.

Tuba LED do zastosowania z statecznikiem elektronicznym nie wymaga szczególnego omówienia. Wymiany dokonujemy 1:1 czyli z oprawy wyciąga się świetlówki wkłada się tuby LED i działa!

Tuba LED do zastosowania z statecznikiem elektromagnetycznym jest ciekawym rozwiązaniem, które krótko omówię.

Najczęściej jest sprzedawana razem z zapłonnikiem, który obowiązkowo należy wymienić w miejsce tradycyjnego.

Pozostaje pytanie po czym poznać z której strony producent umieścił zasilacz? Zasilacz w tubie LED przeznaczonej do pracy z statecznikami elektromagnetycznymi jest zabudowany w trzonku po stronie napisów:

W układzie ze statecznikiem elektromagnetycznym należy dobrać właściwą świetlówkę LED i koniecznie wymienić zapłonnik na specjalnie do tego przeznaczoną zworę.

Co zrobić gdy „zapłonnik” dedykowany do świetlówek LED się zgubił? Kupno samego „zapłonnika” do tub LED jest dość kłopotliwe, ale zwróć uwagę na powyższy schemat - czy znasz już rozwiązanie?

Tylko tuby LED dedykowane do pracy z statecznikiem elektromagnetycznym można zasilić bezpośrednio z sieci 230 V AC na dwa sposoby:

Zasilanie potocznie zwane dwustronnym. Ten sposób oprzewodowania jest zalecany do stosowania, z powodu wbudowanego, odpowiednio dobranego zabezpieczenia nadprądowego. Jeśli elektronika wbudowana w tubę LED zawiedzie, wówczas zadziała zabezpieczenie nadprądowe wyłączając uszkodzoną część obwodu.

Zasilanie potocznie zwane jednostronnym jest możliwe do zastosowania jedynie w tubach LED przystosowanych do pracy z statecznikiem elektromagnetycznym.

Nie jest to sposób rekomendowany przez producentów, ponieważ omija się dedykowane do zabezpieczenia tego produktu zabezpieczenie nadprądowe znajdujące się w drugiej części tuby LED.
UWAGA! Rozwiązania innych producentów mogą się różnić, należy więc sprawdzić w dokumentacji technicznej wybranego produktu.

Długość jest ważna

Jeśli znasz już rodzaj zamontowanego w oprawie statecznika, należy dobrać właściwą długość świetlówki LED.
Tuby LED (zamienniki świetlówek liniowych) dobieramy uwzględniając długość i trzonek. Nie musisz mierzyć świetlówki, przeanalizuj poniższe zestawienie.

Producenci dość mocno zaokrąglają wymiar LED-owych tub typu T5, co widać na powyższym zestawieniu i co powoduje wiele wątpliwości u instalatorów, którzy dopiero zaczynają swoja przygodę z wymianą świetlówek na tuby LED.

G5 czy G13?

Znając rodzaj LED-owej tuby ze względu na rodzaj zastosowanego w oprawie statecznika, oraz znając długość tuby LED należy odpowiednio dobrać trzonek.
Szczególną uwagę należy zwrócić na świetlówki z typem rury T8 ponieważ występują w dwóch rodzajach trzonka G13 oraz G5.

Zastępując świetlówki T12 (średnica rury 38 mm) tubami LED (średnica rury 26 mm) należy zwrócić szczególną uwagę na oprawy, które mają hermetyczne (np. oprawa typu 142) uszczelnienie montowane na rurze. Po wymianie utracony zostanie stopień szczelności.

Technologia LED

Wymieniając świetlówkę na tuby LED, musisz zwrócić uwagę na wiele różnych parametrów, które w końcowym efekcie decydują o zadowoleniu klienta. W dalszej części artykułu, w skrócie opisałem wybrane zagadnienia.

Temperatura barwowa

Popularnie mówimy światło ciepłe lub zimne, z tym, że są to określenia mało dokładne a odczucia poszczególnych osób mogą być subiektywne. Barwa światła jest wyrażana w stopniach Kelvina co obrazuje poniższa grafika.

Świetlówki liniowe najczęściej emitowały światło w barwie: 2700 K; 3000 K; 3500 K; 4000 K; 6500 K.
Obecnie tuby LED najczęściej są wytwarzają światło o barwie światła: 3000 K; 4000 K; 6500 K.
Dobór temperatury barwowej powinien być dobrze przemyślany. Światło o barwie ciepłej 2700 K sprzyja odprężeniu, relaksowi, natomiast barwy chłodne 6500 K pobudzają do działania.

Współczynnik oddawania barw

Określa w jaki sposób widzimy kolory jest określane skrótem Ra lub CRI. Światło słoneczne oraz tradycyjna żarówka ma współczynnik oddawania barw równy 100. Czym niższy współczynnik oddawania barw tym trudniej jest odróżnić poszczególne odcienie i kolory. Obecnie w miejscach gdzie długo przebywają ludzie np. dom, nie można stosować źródeł światła (żarówki, LED, świetlówki) które mają współczynnik oddawania barw niższy niż 80.

Zagadnienie współczynnika oddawania barw NIE JEST powiązane z wyżej omawianą temperaturą barwową.

Sposób kodowania

Spróbuj na podstawie poniższych nazw określić parametry techniczne źródła światła (świetlówki lub tuby LED).

• Świetlówka G13 18W 840 4000K LF80 Cool White 1SL/25 8727900961751
• Świetlówka G13 LF80 18W/865 Cool Daylight 1SL/25 8727900015584
• Świetlówka G13 18W/830 LF80 PILA 8727900015546
• Świetlówka LED G13 T8 1200mm 20W 1800lm 6400K SW-SZZT820W-120
• Świetlówka LED G13 T8 600mm 900lm 4000K ST8E-0.6M 8W/840 EM X1 ENTRY 4058075817937
• Świetlówka LED G13 T8 1500mm ST8V-1.5m-21,5W/830/EM 4052899937178

Zobacz czy prawidłowo rozszyfrowałeś parametry zawarte w nazwach?

Czy zwróciłeś uwagę na zapisy zawarte w nazwach?
• 18W 840
• 18W/865
• 8W/840
• 21,5W/830/EM

W trzycyfrowym kodzie mamy zapisany współczynnik oddawania barw oraz barwa światła:

Czy będzie jasno?

Czy po dokonaniu wymiany w pomieszczeniu będzie odpowiednia ilość światła?

Czy po wymianie świetlówek na tuby LED, uzyskam odpowiednią ilość luxów (lx) na stanowisku pracy, czyli czy wyjdą pomiary natężenia oświetlenia? Czyli ile luxów będzie na płaszczyźnie roboczej czyli miejscu w którym mierzysz natężenie oświetlenia np. podłoga, blat itp?

Przy źródłach światła np. tuba LED podaje się informację ile lumenów emituje dane źródło, natomiast robiąc pomiary mierzymy Luxy, czyli ile światła pada na określoną powierzchnię. Jeśli nie dysponujesz odpowiednim miernikiem, możesz orientacyjnie sprawdzić ilość światła jaka pada na daną powierzchnię za pomocą swojego smartfona.

Dostępne są darmowe aplikacje, które po zainstalowaniu na smartfonie umożliwiają dokonanie orientacyjnych „pomiarów” natężenia oświetlenia. Dane uzyskane w ten sposób są tylko orientacyjne jednak robione tym samym urządzeniem umożliwiają porównanie ile światła dawały świetlówki zamontowane w oprawie, a ile dają tuby LED zamontowane w tej samej oprawie.

Czy tego typu obawy są uzasadnione?

Dokonując wymiany nie porównuj mocy świetlówek i mocy tub LED. Nie porównuj również mocy dwóch różnych tub LED. Zwróć uwagę na ilość lumenów, czyli ile światła otrzymasz z danego źródła światła (świetlówki lub tuby LED). Większość producentów podaje również parametr skuteczności świetlnej jako stosunek ilości lumenów / 1 wat. Dokonując zamiany świetlówki porównuj ilość lumenów jaką emituje cała tuba LED.

Przeanalizujmy na przykładzie świetlówek T8 które w zależności od mocy wytwarzały strumień świetlny:

Przeglądając ogólnie dostępną ofertę obecnie tuby LED maja skuteczność świetlną:

Należy pamiętać, że technologia LED bardzo szybko się rozwija wydajność LED-owych tub wzrasta. Zobacz na przykładzie kilku tub o barwie 4000 K poglądowe zestawienie:

Warto zwrócić uwagę, że świetlówka emituje strumień świetlny dookólnie natomiast tuba LED emituje strumień świetlny ukierunkowany, dzięki czemu eliminujemy straty które występują na odbłyśniku oprawy. Dodatkowo część świetlówek LED ma możliwość ustawienia odpowiedniego kierunku świecenia w stosunku do oprawy dzięki czemu strumień świetlny jest jeszcze bardziej ukierunkowany.

Szczegółowe dane odnośnie strumienia świetlnego znajdziesz w katalogach producentów źródeł światła.
Jeśli masz wątpliwości i potrzebujesz porady związanej z doborem właściwego oświetlenia skorzystaj z wiedzy naszych specjalistów. Wypełnij prosty formularz i poczekaj na bezpłatnie przygotowaną propozycje rozwiązania.

Czy tubę LED można ściemniać?

Tak, ale… W sprzedaży są już ściemnialne tuby LED, ale producenci zastrzegają, że każdorazowo należy przeprowadzić próbę, czy wybrana tuba LED będzie kompatybilna z statecznikiem, który ma funkcję ściemniania. Markowi producenci dysponują listami produktów kompatybilnych, ale nie zwalnia to instalatora z obowiązku testowego sprawdzenia czy dobrane produkty działają zgodnie z oczekiwaniem.
Ze względu na bardzo szybko zmieniające się rozwiązania, publikowanie listy kompatybilnych produktów jest bezcelowe. Potrzebujesz wsparcia? Skontaktuj się z naszym działem technicznym strefaporad@tim.pl

Żywotność tub LED

Wymiana świetlówek na LED najczęściej spowodowana jest względami ekonomicznymi. Inwestycja w LED ma się stosunkowo szybko zwrócić w postaci mniejszych rachunków za energię elektryczną, oraz rzadszymi wymianami (koszt źródła światła, podnośnika i koszty pracownika).

Jak w każdej branży producenci chwalą się produktami o najlepszych parametrach w tym przypadku czas świecenia tuby LED, równocześnie w reklamach nie podają ceny produktu. Dokonując zakupu szukamy produktów tanich (nie najtańszych), które z oczywistych względów nie mają najlepszych parametrów.

Podejmując decyzje zakupową, rzadko kto analizuje szczegółowo parametry techniczne różnych produktów. Często sugerujemy się ceną i liczbą lumenów może jeszcze barwą światła.

Parametry takie jak żywotność, ilość cykli włącz/wyłącz czy współczynnik oddawania barw,w momencie zakupu jest dla większości kupujących nieistotny. Parametry te, nabierają znaczenia gdy tuba jest już zamontowana, świeci i zaczynają się słowa krytyki: Stare oświetlenie było lepsze. Miało tak długo świecić, a już się przepaliło…

Należy pamiętać, że praktycznie każdy markowy producent ma w swojej ofercie:

• produkty budżetowe - mają być zachowane wszystkie wymagane normy, lecz w MINIMALNYM możliwym zakresie. Produkt ma być tani, np. seria ECOFIT produkcji Philips,

• produkty ekonomiczne - mają mieć zachowany dobry stosunek ceny do jakości. W produktach tych część parametrów technicznych jest słabsza, na korzyść lepszej ceny, np. seria PILA z oferty Philips,

• produkty profesjonalne – cena jest drugorzędna. Produkt ma mieć najlepsze osiągalne w danym momencie (etap projektowania produktu) parametry techniczne patrząc przez pryzmat zastosowania do jakiego produkt jest dedykowany, np. CorePro lub Master z asortymentu Philips.

Podobnie jest z żywotnością LED-owych tub, na którą wpływ mają dwa parametry:

• Nominalna żywotność tuby LED w h
• Ilość cykli ON/OFF (włącz/wyłącz)

Podział taki ma logiczne i ekonomiczne uzasadnienie.

Omawiając np. zakład produkcyjny można w nim wyznaczyć strefy, które są stale oświetlone. Oświetlenie np. zapalone rano, świeci się nieprzerwanie przez większą część doby. W takim wypadku należy dobrać tubę LED, która ma bardzo dużą trwałość nominalną np. na poziomie 70 000 godzin, a parametr ilość cykli włącz / wyłącz jest w takim przypadku mało istotny.

Odwrotnie będzie wyglądała sytuacja np. w toalecie lub podręcznym magazynie gdzie oświetlenie załączane jest przez czujnik ruchu. W takim miejscu w trakcie dnia oświetlenie jest załączane wielokrotnie na krótki okres przez co dużo ważniejszy jest parametr ilość cykli ON/OFF. Do takiego zastosowania odpowiednia będzie tuba LED która ilość cykli włącz wyłącz ma na poziomie 200 000 cykli, a parametr trwałości nominalnej jest w takim przypadku mało istotny.

Kompensacja mocy biernej

Dokonując wymiany świetlówek liniowych na tuby LED zmienia się charakter obciążenia. Może to być szczególnie ważne w zakładach produkcyjnych, halach magazynowych i innych dużych skupiskach świetlówkowych źródeł światła, gdzie kompleksowo jest dokonywana kompensacja mocy biernej.

Każdorazowo należy sprawdzić w dokumentacji wybranego modelu świetlówek LED jaki mają współczynnik mocy. W zależności od producenta i konkretnego modelu (każdy producent ma rozwiązania tańsze i droższe) wartość Cos Ø może znacznie się różnić w zakresie od 0,5 do 0,9.
Na przykładzie Philips 0,9 mają rodziny: PILA, CorePro, MASTER

W przypadku stosowania wielu różnych tub LED, warto dokonać pomiarów i na tej podstawie dobrać układ kompensacji mocy biernej.

Podsumowanie

W ramach podsumowania zachęcam do obejrzenia trzech krótkich filmów, które podsumowują podstawową wiedzę o świetle oraz technologii LED. Mimo, że w poniższym materiale LED umieszczone są w obudowie tradycyjnej żarówki, zagadnienia są aktualne również dla LED-ów umieszczonych w obudowie świetlówki.

Opracowanie nie wyczerpuje tematu, a jedynie w dużym uproszczeniu omawia wybrane zagadnienia.

Może zainteresuje Cię poradnik "Oświetlenie elewacji, czyli jak cię widzą, tak cię widzą…".

Piotr BibikSpecjalista ds. Inteligentnych budynków Menadżer Projektów Marketingowych na TIM.pl, specjalizujący się w systemach automatyki budynkowej. Branżę elektrotechniczną poznał niemal z każdej strony – od budowy przez zaopatrzenie, handel, aż po doradztwo. Tym doświadczeniem dzieli się podczas licznych szkoleń.