0.5 Fénycső szabályozhatósága

Átírás

1 0.5 Fénycső szabályozhatósága A fénycsöves világítás irodaépületekben, közintézményekben, közigazgatási épületekben, szerelőcsarnokokban, raktárakban széleskörűen alkalmazott általános világítási mód. Nem véletlen, hiszen lumen/w fényhasznosításával az egyik leggazdaságosabb világítási mód. A fénycső működése a kisnyomású gázkisülés elvén alapul. A kisülőcső két végén lévő elektród felhevítésével elektronokat juttatunk a kisülőcsőben lévő higanygőzt tartalmazó gázba. Az elektródokra kapcsolt megfelelő gyújtófeszültség hatására önfenntartó gázkisülés indul meg. A gázkisülés csatornájában az egyre melegebb plazma (villamos ívcsatorna) és az egyre több keletkező töltéshordozó révén nő a villamos áram, és ezzel a kisülőcsatornára jutó feszültség csökken (negatív ívkarakterisztika). A kisülés során a gerjesztett állapotba hozott higanyatomok rövidhullámú ultraviola sugárzást bocsátanak ki, amelyet a fénycső falára felvitt fénypor alakít át látható fénnyé. A fénycső begyújtásához tehát megfelelő nagyságú feszültségimpulzusra van szükség, amelynek értéke néhány száz volt. A gázkisülés kialakulása után mint ismeretes szükség van a gázkisülés áramának külső áramköri elemmel történő korlátozására. Korábban ezeket a feladatokat glimm-gyújtó és vasmagos induktivitás látta el. Az induktivitás miatt a kialakuló hálózati áram teljesítménytényezője, cos = 0,4-0,6. Ezért általában helyi kompenzálásra van szükség, amelyet a lámpatestbe szerelten, párhuzamosan vagy sorosan kötött kondenzátorral oldanak meg. Ritkábban használnak csoportos vagy központi fázisjavító berendezéseket is. A fent ismertetett hagyományos előtétek (németül: KVG=Konventionelles Vorschaltgerät) általában vasmagos tekercsek, melyekben réz- ill. vasveszteség keletkezik. A vasmag lemezei a magnetostrikciós hatás miatt rezegnek, ami kellemetlen zúgáshoz vezet. Gyártanak kis veszteségű előtéteket is (németül: VVG=Verlustarmes Vorschaltgerät), amelyek réz és vasvesztesége a hagyományos előtétnél (KVG) kisebb. Napjainkban azonban egyre terjed az elektronikus előtétek alkalmazása (németül: EVG=Elektronisches Vorschaltgerät), amelyek nem dimmelhető, illetve dimmelhető kivitelben készülnek. Ezek az előtétek egy egységen belül megoldanak minden, a fénycső üzemeltetésével kapcsolatos feladatot, így más külső egységre nincs szükség. Az Európai Unióban a hagyományos (KVG) és hagyományos kisveszteségű (VVG) előtéteket lépcsőzetesen kivonják a forgalomból. Az erre vonatkozó előírások bevezetésének ütemezését mutatja az ábra. A hagyományos előtétek forgalomból történő kivonását egyes gyártók 42

2 olcsó árfekvésű, a csúcsminőségű előtéteknél alacsonyabb szintű, de még elfogadható funkciókkal és minőséggel rendelkező előtétek gyártásával igyekeznek elősegíteni. A 1 D i m m e l h e t ő E V G - k A 2 K i s v e s z t e s é g ű E V G - k A 3 H a g y o m á n y o s E V G -k B 1 B 2 K i s v e s z t e s é g V V G - k ű V V G - k I I I. l é p c s ő (l e g k o r á b b a n tó l ) v i z s g á l a t a l a tt!! C S t a n d a r d K V G - k I I. l é p c s ő ( tó l ) T i l to tt a C o s z t á l y ú K V G D N a g y v e s z t e s é g ű K V G - k F o r rá s : Z V E I Z e n t r a lv e r b a n d E le k tr o t e c h n ik u n d E le k r o n ikin d u s t rie, f e b ru á r I. l é p c s ő ( tó l ) T i l to t t a D o s z t á l y ú K V G ábra: A hagyományos KVG, VVG előtétek kereskedelmi forgalomból történő kivonására vonatkozó előírások bevezetésének ütemezése Az elektronikus előtétek tulajdonságai Az elektronikus előtétek egy sor, az energiatakarékosságot és a fénykomfortot érintő tulajdonsággal rendelkeznek: széles hálózati feszültségtartományban üzemeltethetők: 220V-10%-tól 240V+6%-ig 50Hz/60Hz hálózati frekvencián, de egyenárammal is üzemeltethetők a fénycső teljesítménye és fényárama széles feszültségtartományban állandó, azaz független a feszültségtől 43

3 T e l j e s í t m é n y f e l v é t e l [ % ] KVG duo kapcsolásban EVG: Quicktronic Instant Start Quicktronic Professional Quicktronic Short Hálózati feszültség [V] ábra: Az elektronikus előtétek teljesítményfelvételének függése a hálózati feszültségtől azonos teljesítményfelvétel egyen- és váltakozóáramú táplálásnál nagyfrekvenciás üzem esetén a fényhasznosítás nő, azaz a fénycső nagyobb hatásfokkal alakítja át a villamos energiát fénnyé. Ezek következményei: csökken a fénycső teljesítményfelvétele nő a fénykomfort: elmarad a fénycső zavaró villogása és zúgása ábra: Fénycső fényhasznosítása a frekvencia függvényében 44

4 Az előtét vesztesége igen kicsi Hibás fénycső esetén az előtét lekapcsolja a lámpát a hálózatról (a fénycsőelektródok fölösleges előmelegítése és a foglalat melegedése elmarad Rövidzár esetén az előtét leválasztja magát a hálózatról Hosszú élettartamú előtét A fénycső élettartama üzemóráról üzemórára nő EVG: Quicktronic Professional KVG/VVG ábra: Fénycső élettartam-görbéje hagyományos és elektronikus előtéttel üzemeltetve Gazdaságossági kérdések Elektronikus előtétek alkalmazásával akár 30 %-os energiamegtakarítás is elérhető a hagyományos előtétekhez képest. Két tényező járul ehhez a megtakarításhoz. A khz-es üzemi frekvencia következtében a fénycső nagyobb fénykihasználással üzemel, így azonos megvilágításhoz kisebb villamos teljesítmény tartozik. Egy 58 W-os fénycső nagyfrekvenciás üzem esetén csak 50 W-ot vesz fel. Másrészt az előtét elektronikájának veszteségi teljesítménye igen kicsi. Egy 1x58 W-os EVG vesztegése csak 4,5 W, 65 %-kal kevesebb, mint egy hagyományos előtété (13 W) és 44 %-kal kisebb mint egy kisveszteségű hagyományos előtété (8 W). 45

5 1-3. Táblázat: Különböző előtéttel üzemeltetett 58 W-os fénycső üzemi adatainak és tulajdonságainak összehasonlítása Adat, tulajdonság KVG VVG EVG Fényforrás teljesítménye 58 W 58 W 50 W Előtét vesztesége 13 W 8 W 4,5 W Hálózatból felvett teljesítmény 71 W 66 W 54,5 W Fényforrás élettartama 100 % 100 % 150 % Fényhasznosítás 73 lm/w 79 lm/w 91 lm/w Hálózati feszültség hatása a jelentős jelentős csekély teljesítmény és fényáram változására Üzemeltetés egyenfeszültségű nem nem lehetséges hálózatról lehetséges lehetséges Lekapcsolás lámpahiba esetén nem nem igen Villogásmentes gyújtás nem nem igen Vibrálásmentes fény nem nem igen Stroboszkóp hatás van van nincs A fénycső nagyobb élettartama következtében a karbantartás és a csere költsége is jelentősen csökken. Az elektronikus előtétek alkalmazásával még nem merítettünk ki minden lehetőséget az energiatakarékosság terén. Ha egy régi fénycsöves lámpatest villamos fogyasztását 100 %-nak vesszük, akkor első lépcsőben modern tükörraszteres lámpatestek alkalmazásával és számítógépes tervezéssel megválasztott lámpatest-számmal a villamos fogyasztás 70 %-ra csökkenthető. A második lépcsőben elektronikus előtétek felhasználásával az eredeti fogyasztás tovább csökkenthető 50 %-ra. Az új un. T5 típusú fénycsövek alkalmazásával és az elektronikus előtéteknél az un. Cut off technológia (az elektródok tartós előfűtésének lekapcsolása) alkalmazásával további 10 %-os energiamegtakarítás érhető el. A 4. lépcsőben pedig, amiről eddig még nem volt szó, a természetes fény bevonásával, azaz a természetes megvilágítástól függő fényerőszabályozással a fogyasztás tovább csökkenthető egészen az eredeti fogyasztás 20 %-ára. Tehát az összes energiamegtakarítás korszerű mesterséges világítások alkalmazásával akár 75 % is lehet (1.37. ábra). 46

6 Energia 100% 1. lépés T8 lámpa 26 mm 70% Modern tükörrasztereslámpatest 2. lépés 50% 3. lépés Elektronikus előtét (EVG) 40% 4. lépés T5 lámpa 16 mm + Cut off-evg Megtakarítás 80 % 20% Állandómegvil. szintre szabályozás ábra: Energiatakarékossági intézkedések Fénycsövek fényáram-szabályozásának alapelve R e l a t í v ü z e m i é r t é k e k [ % ] A fénycső jellegzetes villamos és fénytechnikai paramétereinek feszültségfüggése a névleges üzemi pont környezetében az ábrán látható Villamos áramer ősség Fényhasznosítás Lámpafeszültség Fényáram Teljesítmény Hálózati feszültség [%] ábra: A hálózati feszültség ingadozásának hatása a fénycső villamos és fénytechnikai paramétereire 47

7 Az ábrából látható, hogy a hálózati feszültség csökkenésével drasztikusan csökken a fénycső felvett teljesítménye, a villamos áram és a fényáram is. Ezzel szemben csökkenő hálózati feszültséggel emelkedik a fénycső égési feszültsége. Ebből látható, hogy a hagyományos fénycsőelőtéttel működtetett fénycső rendkívül érzékeny a hálózati feszültség ingadozására. A hálózati túlfeszültségek nemcsak a fénycső élettartamára vannak kedvezőtlen hatással, hanem a hagyományos induktív előtétre is. 10 %-os tartós túlfeszültség esetén az induktív előtét élettartama már csak %. Az elektronikus előtétek egyik igen kedvező tulajdonsága, hogy a fénycső teljesítménye és fényárama széles feszültségtartományban állandó, azaz független a feszültségtől. A fénycső áram-feszültség karakterisztikája és a nagy gyújtási feszültség miatt a fénycső fényáramának szabályozása a feszültség abszolút értékének csökkentésével csak korlátozott mértékben alkalmazható, ezért nem is terjedt el. További technikai problémát a fénycső belsejében zajló fizikai folyamatok okoznak. A fénycső áramát az előtét impedanciája határozza meg. A fénycső elektródjai úgy vannak kialakítva, hogy a névleges üzemi áram az elektródokat megfelelő, a termoemisszióhoz szükséges hőmérsékleten tartja. Ha valamilyen külső behatás következtében lecsökken a kisülés árama, akkor a kevesebb ütköző ion következtében lecsökken az elektródok hőmérséklete, és az elektronok már nem tudják termoemisszió révén elhagyni az elektródok felületét. Ekkor a kisülés árama megszakad, a fénycső kialszik. Ezért ilyen módszerrel a fényáramot szabályozni csak korlátozott mértékben, a névleges üzemi munkapont környezetében lehet. A nagyobb tartományt átfogó fényáram-szabályozás csak akkor lehetséges, ha az elektródok hőmérsékletét az üzemi áramtól függetleníteni tudjuk ábra: A fénycsőelektródok kiegészítő fűtése 48

8 Az ábrán lerajzolt megoldás esetében az elektródokat külön feszültségforrásra (az ábrán az egyszerűség kedvéért akkumulátorra) kapcsoljuk, amelynek az a feladata, hogy az elektródokat állandó hőmérsékletet tartsa. Mivel az I 1 és I 2 áramok függetlenek az I 3 lámpaáramtól, ezért az elektródok akkor is megfelelő üzemi hőmérsékleten maradnak, ha az I 3 lámpaáramot nullára szabályozzuk. Az elektronikus fénycsőelőtétek (EVG) megjelenése előtt, a klasszikus T12 (38 mm) fénycsövek egyes, kimondottan a fényáram-szabályozáshoz gyártott típusainak dimmelése (Philips TL-M../..RS; Osram L../..DS; Sylvania F../..IrS) fázishasításos dimmerrel és un. fűtőtranszformátoros kapcsolással volt lehetséges (1.40. ábra) ábra: A T12-es fénycsövek klasszikus fényáram-szabályozásának elve A kapcsolás jellegzetessége, hogy a W2, W3 szekunder fűtőtekercsek kimenő feszültsége kb. 5 V nagyságrendű. Az ilyen kicsi feszültségszint a foglalatok érintkezőinek oxidációja révén a fűtőkör megszakadásához vezethet. A dimmer bekötésére is nagy figyelmet kell fordítani, hiszen a W1 tekercselésre a dimmerbe épített relé által kapcsolt teljes hálózati feszültségnek kell jutnia, függetlenül a dimmer állásától. Ennek a megoldásnak van még egy jellegzetessége. Ahhoz, hogy a fénycső biztos gyújtását ledimmelt állapotban is biztosítani lehessen, azaz a 49

9 égési feszültségnél kicsit nagyobb feszültségre dimmelt állapotban is, a gyártók un. gyújtást elősegítő segédelektródokat helyeztek el a fénycső külső felületén. Ahogy az az ábrán is látható, a segédérintkezők és az elektródok között kondenzátor jön létre. A kialakuló U/2 feszültség a fénycső belsejében sokkal kisebb távolságra jut, mint a teljes fénycső hossza, ezért jóval nagyobb villamos térerő alakul ki, biztosítva a kisülés könnyebb begyújtását. A segédérintkezőket, az un. gyújtási csíkokat a gyártók a fénycső burájának felületébe égetik be ábra: A fénycső gyújtását elősegítő segédelektródok A fényáram-csökkentésnek a fénycső égési feszültsége szab határt (1.42. ábra). A ledimmelt feszültség csúcsértéke nem lehet kisebb az égési feszültségnél ábra: A fénycsőre jutó feszültség lefutása fázishasításos dimmer esetében Az elektronikus előtétek megjelenésével és elterjedésével új lehetőségek nyíltak meg a fénycsövek fényáram-szabályozása előtt. Így ma már a hagyományos (egyenes) T8 és T5 fénycsövek, valamint a külön előtéttel szerelt kompakt fénycsövek is dimmelhetők. Az E27, E14 fejjel készült, kompakt fénycsővel egybeépített elektronikus előtétek elektronikája nem teszi lehetővé a szabályozást. A mai korszerű elektronikus előtétekkel, egyenes fénycsövek esetében % közötti, míg kompakt fénycsövek esetében % közötti fényáram-szabályozás is lehetséges. A piacon kapható dimmelhető elektronikus előtétek között nagy különbség tapasztalható a dimmelési tartomány tekintetében. Több gyártó esetében a kompakt fénycsövek fényárama csak % között szabályozható Az elektronikus előtétek felépítése, működése Az elektronikus előtétek alapvető jellemzője, hogy a fénycsőre nagyfrekvenciás, khz frekvenciájú feszültség jut. Ebből a nagyfrekvenciás üzemből adódnak az elektronikus előtét- 50

10 fénycső kombinációk kedvező fénytechnikai paraméterei. A dimmelhető elektronikus előtétek esetében a szabályozás, a fényáram-csökkentés elve a fénycsőre jutó feszültség frekvenciájának változtatásán alapul. A dimmelhető előtétek üzemi frekvenciája általában khz között változik. A frekvencia megválasztásában alapvető szerepet játszik, hogy a minimális frekvenciának a hallási küszöb felett kell lennie, a felső korlátot pedig az alkatrészek nagy kapcsolási frekvencia következtében egyre erősödő melegedése korlátozza. Mielőtt azonban a dimmelés fizikai alapelvét ismertetnénk, nézzük meg az elektronikus előtétek általános felépítését. (1.43. ábra) Zavarvédelem 230 V 50 Hz Egyenirányító hídkapcs. Színuszos áramszabályzó + C Símító kondenzátor Nagyfrekvenciás generátor áramszab. Vezérlés L C Fénycs ő C C - Szabályzókör Lekapcsolásszenzor Fényáramstabilizátor 1-10 V vezérl ő- fesz. El őfűtésvezérlés Leválasztótranszf V interfész Oszcillátor khz ábra: Dimmelhető elektronikus előtét felépítése A hálózati csatlakozás után található zavarszűrő egység feladata a felharmonikusok, a rádiófrekvenciás zavarjelek elnyomása, és az előtét elektronikus alkatrészeinek védelme a hálózati eredetű túlfeszültségektől. A diódákból álló egyenirányító híd alakítja át a hálózati váltakozó feszültséget egyenfeszültséggé, amely mögött az egyenfeszültséget simító kondenzátor található. A kondenzátor a hálózati váltakozó feszültség csúcsértékére töltődik fel. A kondenzátor hálózatoldali töltőárama, erőteljesen eltér a szinuszos alaktól, hiszen csak a feszültségcsúcs előtt, viszonylag rövid ideig folyik töltőáram a kondenzátor felé. Az 51

11 egyenirányító és a simító kondenzátor közé a jobb minőségű előtétek esetében felharmonikus szűrő, un. szinuszos áramszabályzó kerül beépítésre. A kapcsolás jellegzetessége, hogy a kondenzátorra az induktivitás áramának megszakítása és az így indukált feszültség következtében nagyobb feszültség jut, mint a hálózati feszültség. A kapcsolás előnye, hogy alkalmazásával a hálózati feszültség ingadozása kiküszöbölhető és állandó feszültség biztosítható a kondenzátor kapcsain. A gyengébb minőségű elektronikus előtétekből ez a szinuszos áramszabályzó hiányzik, például az E27-es fejjel rendelkező, elektronikával egybeépített kompakt fénycsövek esetében. Ennek következtében az ilyen lámpatestek hálózati árama erősen eltér a szinusztól. A kondenzátor mögött található nagyfrekvenciás váltóirányító az egyenfeszültségből khz frekvenciájú váltakozó feszültséget hoz létre, amelyet a nagyfrekvenciás fojtón keresztül a fénycsőre kapcsolunk. Ennek a vasmagos fojtónak ugyanúgy a fénycső teljesítményfelvételének beállítása és a fénycső áramának korlátozása a feladata, mint a hagyományos kapcsolások esetében. Azonban a nagyfrekvenciás üzem következtében a fojtó mérete sokkal kisebb lehet. A fénycsővel párhuzamosan kapcsolt kondenzátor a fénycsőelektródok előfűtéshez és a gyújtás biztosításához szükséges. Az előbb említett kondenzátor a fojtóval együtt egy soros LC rezonanciakört alkot. A rezonanciakör megfelelő hangolásával és a frekvencia változtatásával biztosítható a megfelelő elektróda-előfűtés, majd az ezt követő begyújtáshoz szükséges nagy, kb V nagyságú gyújtófeszültség biztosítása. Az ábrán látható dimmelhető elektronikus előtét analóg 1-10 V-os szabályozóbemenettel rendelkezik, de hasonló a felépítése a digitális pl. a DALI szabályozó bemenetnek is. A fényáram-szabályozás lényege, hogy a szabályzó bemenetre adott analóg vagy digitális jellel folyamatosan lehet a nagyfrekvenciás váltóirányító frekvenciáját szabályozni (40-100kHz). A névleges üzem, tehát a 100 %-os fényáram mindig a legalacsonyabb frekvenciához tartozik. A frekvencia növelésével a fénycsővel párhuzamosan kapcsolt kondenzátor árama egyre nő, ezzel nő az elektródok előfűtése is, csökken a fénycső kisülőcsatornájának árama és így a fénycső fényárama is. A szabályozás során a csökkenő kisülőcső-árammal csökken a hálózatból felvett teljesítmény is, mialatt az elektronikus előtét belső vesztesége változatlan marad, valamint az elektródafűtés teljesítménye kismértékben nő. A hálózatból felvett teljesítmény és fényáram kapcsolatát az ábra mutatja. Érdekes megjegyezni, hogy névleges üzemben az elektronikus előtét teljesítménytényezője 0,96, enyhén kapacitív. A fényáram csökkentése során a teljesítménytényező változik, egyre inkább kapacitívvá válik. Például 25 % fényáramnál a teljesítménytényező értéke kb. 0,6-re csökken. 52

12 Fényáram [%] Teljesítményfelvétel [%] ábra: Dimmelhető elektronikus előtét teljesítményfelvétele és fényárama a szabályozás során Beépítési, üzemeltetési tanácsok Dimmelt fénycsövek üzemeltetésével kapcsolatban fontos megjegyezni, hogy a gyártók az új fénycsöveknél teljes teljesítményen végzett un. beégetési időt írnak elő. Ez fénycsövek esetében 100 óra. Ennek elmaradása esetén: lámpavillogás léphet fel csökkentett teljesítményű (ledimmelt) üzem során, jelentős feketedés várható a lámpavégeknél (a párolgó végek emittálóanyaga, a katódmassza kicsapódik a fénycső aljára, az elektróda körüli védősapkára). A gyártók továbbá dimmelt üzemben jelentősen korlátozzák a ledimmelt állapotban megengedhető környezeti hőmérséklet értékét. Például T8/26 mm-es fénycsövek 1 % fényáramig csak abban az esetben dimmelhetők le, ha a külső hőmérséklet nem csökken 0 C alá. Kompakt fénycsövek esetén a minimális fényáramhoz (általában 3 %) tartozó hasonló hőmérsékleti érték +15 C. Olyan dimmelhető EVG-k esetében, amelyek egy egységben több fénycső meghajtására alkalmasak, a fényforrás gyártójának ügyelnie kell arra, hogy az EVG-t a fényforrásokkal összekötő vezetékek az EVG-ből csillag topológia szerint induljanak ki, és az egyes ágak egyforma hosszúak legyenek. Ellenkező esetben arra kell számítani, hogy az egyes fénycsövek fényárama nem lesz egyforma (1.45. ábra). 53

13 H E L Y T E L E N H F - D IM F é n y c s ő F é n y c s ő H E L Y E S H F - D IM m a x. 1,5 m a b F é n y c s F é n y c s ő ő a = b H E L Y E S F é n y c s ő H F - D IM b F é n y c s ő a a = b ábra: Többfénycsöves EVG-k fénycsőoldali bekötése Üzemeltetési problémák Bekapcsolási jelenségek Gyújtás szempontjából az elektronikus előtéteknek alapvetően két típusa létezik. Vannak az azonnali gyújtású előtétek, ahol a fénycsőelektródok előfűtése elmarad. Ilyen típusú előtéttel szerelt lámpatesteket olyan helyen célszerű használni, ahol a napi be-, kikapcsolási gyakoriság 1-2. Ennél gyakoribb kapcsolgatási ciklus jelentősen csökkenti a fénycső élettartamát. Az elektronikus előtétek nagyobb része melegindítású, ami az jelenti, hogy a gyújtás előtt az elektronika előfűti az elektródokat. Ez az előfűtési idő általában 0,5 s, de a hőmérséklet függvényében változik: kis külső hőmérséklet esetén (külső térben, télen) akár 2 másodperc is lehet. A kompakt fénycsövek általános jellemzője, hogy a kisülés begyújtásának pillanatában a fényáram a névleges értéknél kisebb. A bekapcsolási fényáram kb. 40 %-a névlegesnek és a fényáram felfutásának ideje s között változik. Melegindítású előtétek esetében az elektródok előfűtésének következtében a kapcsolási gyakoriságnak nincs jelentős hatása az élettartam csökkenésére. Például az OSRAM adatai szerint a DULUX EL kompakt fénycső 60 s be- és 150 s kikapcsolási ritmusban több mint kapcsolást bír ki. A meleg indításnál egyetlen dologra kell figyelni: a bekapcsolás előtt a fénycső legalább 2 percig kikapcsolt állapotban legyen, ahhoz hogy az előfűtés-vezérlés jól működjön. Ha a kikapcsolás és az ismételt bekapcsolás közötti idő gyakran kisebb 2 percnél, akkor a fényforrás jelentős élettartam-csökkenésére lehet számítani. Ilyen például lépcsőházi automata kapcsolásoknál vagy irodaházakban folyosóvilágításnál fordulhat elő. A reggeli és 54

14 esti órákban, illetve amikor gyakori a forgalom, időprogram szerint célszerű a (kompakt) fénycsövet állandóan bekapcsolt állapotban tartani Közepes élettartam [óra] EVG KVG Kapcsolások száma (x1000) ábra: A DULUX kompakt fénycsövek gyakori kapcsolás hatása a várható Fénycsövek esetében az épületfelügyeleti rendszerekben használt bináris kimenetek, kapcsolóaktorok relékimeneteinek megengedett kapcsolható teljesítménye jelentősen függ az előtét és az előtét-fénycső bekötésének jellegétől. Általában a kapcsolás szempontjából nem a névleges áramterhelés a mérvadó, hanem a bekapcsolás során fellépő áramlökés. Ezt a bináris kimenet kiválasztásánál mindig szem előtt kell tartani. A különböző fényforrások ill. kapcsolások esetén fellépő bekapcsolási áramlökések névleges áramhoz képesti értékét mutatja az 1-4. táblázat Táblázat: Bekapcsolási áramlökés várható maximuma különböző előtétek és kompenzálási módok esetén Párhuzamosan kompenzált fénycső KVG előtéttel 13 nem kompenzált fénycső KVG előtéttel

15 duo kapcsolás KVG előtéttel 2.3 EVG Kapcsolás elektronikus kapcsolókkal Az E27-es fejjel szerelt és olcsó árkategóriájú kompakt fénycsövek elektronikus előtétjei nem rendelkeznek szinuszos áramszabályozó egységgel. Ezek jellegzetessége, hogy a hálózati félhullám alatt (10 ms) maximum 2 ms időtartamig folyik a bemeneten áram. Ennek következtében olyan elektronikus kapcsolók, tirisztorok, triakok, amelyek egyszer, röviddel a nullátmenet után gyújtanak, a kompakt fénycsöves lámpatestek bekapcsolására nem alkalmasak, mert az elektronikus kapcsoló gyújtásának időpontjában a kompakt fénycső elektronikája nem vesz fel áramot. Ezért a kompakt fénycsöves lámpatesteket olyan elektronikus kapcsolókkal lehet csak kapcsolni, amelyek működéséhez nincs szükség tartóáramra (pl. MOSFET), vagy alternatívaként célszerű relét illetve mágneskapcsolót alkalmazni Kapcsolóval párhuzamosan kötött nagy ellenállású áramköri elem A kompakt fénycsöves lámpatesteket az áramköri kapcsoló érintkezőjével párhuzamosan kapcsolt glimm-lámpával üzemeltetni tilos. A hagyományos izzólámpák esetén a kapcsolóval párhuzamosan kapcsolt nagy ellenállású glimmlámpa nem okoz problémát. Az elektronikus előtétek esetében azonban a kapcsoló kikapcsolt állapotában a glimm-lámpán keresztül folyó kis áramerősség az elektronikus előtétben az egyenirányító után található simító kondenzátort feltölti. Amikor a kondenzátor feszültsége elér egy határfeszültséget, begyújt a nagyfrekvenciás átalakító egység és kisüti a kondenzátorban tárolt energiát. Ez a fényforrás gyakori, rövididejű halvány felvillanását eredményezi, ami zavarja a felhasználót és idő előtti öregedést okoz Üzem mozgásérzékelőkkel A fénycsövek, kompakt fénycsövek alapvetően alkalmasak mozgásérzékelőkkel történő vezérlésre. Azonban figyelembe kell venni a korábban a fénycsövek bekapcsolásával kapcsolatosan ismertetetteket, azaz az elektronikus kapcsolókkal történő kapcsolás feltételeit, a kapcsolóval párhuzamosan kötött nagy ellenállású elemek elkerülését és a 56

16 kapcsolási gyakoriság élettartamra vonatkozó hatását. Ez utóbbinál mindenesetre célszerű nagy kikapcsolási késleltetési időket választani. Az E27-es fejjel szerelt, elektronikával egybeépített kompakt fénycsövek esetében ügyelni kell arra, hogy a gyújtást vezérlő un. hidegvezető az újragyújtást megelőzően kihűljön. Ebből a szempontból az álló égési helyzet kedvezőbb mint a függő, hiszen így a fejben lévő elektronika hűlési tulajdonságai kedvezőbbek Infravörös adatátviteli zavarok A fénycsövek sugárzási spektrumában infravörös tartományba eső sugárzás is található. Kedvezőtlen körülmények között ez az IR-sugárzás zavarhatja a helyiségben használt infravörös elven működő távirányító berendezéseket. A zavarás mértéke függ az EVG üzemi frekvenciájától, valamint az IR távirányító jelátvitelénél használt modulációs frekvenciától és kódolástól. Problémák esetén az IR vevő érzékelőjét úgy kell elhelyezni, hogy a lámpatestekből származó közvetlen fény azt ne érje. Az IEC az ilyen jellegű problémák kiküszöbölésére ajánlásokat dolgozott ki. Eszerint a khz frekvenciatartományt az EVG-k használják, míg a 400 khz feletti frekvenciák állnak az infravörös jelátvivő rendszerek rendelkezésére Egyenáramú táplálás Az elektronikus fénycsőelőtétek alkalmasak egyenáramú táplálású üzemre is, általában a V közötti tartományban. Így az elektronikus előtéttel üzemeltetett fénycsövek, kompakt fénycsövek akkumulátoros táplálású, V-os szükség- és vészvilágítási hálózatokban is alkalmazhatók. Az elektronikus előtéttel üzemeltetett fénycsövek egyenáramú táplálás esetén 310 V körüli feszültségen adják le névleges fényáramukat. Ennél alacsonyabb feszültségen fényáram-csökkenésre kell számítani. (1.47. ábra) Kisebb egyenfeszültség (pl. 176 V DC) alkalmazásakor kültéri lámpák esetében télen gyújtási problémák merülhetnek fel, ezért ilyen esetekben a fényforrásgyártóval célszerű konzultálni, és megkérdezni, hogy az adott egyenfeszültségen milyen minimális környezeti hőmérsékleten gyújtanak be a fényforrások megbízhatóan. 57

17 Fényáram [%] Egyenfeszültség [V DC] ábra: A fényáram változása egyenfeszültségű üzemben Elektronikus potenciométerek 1-10 V-os vezérléshez Az 1-10 V-os vezérlés működési elve A piacon kapható szabályozható elektronikus fénycsőelőtétek jelentős része szabványos, analóg un V-os vezérlőbemenettel rendelkezik. A fénycsőelőtétek másik nagy csoportja digitális vezérlőjellel, például a napjainkban terjedő gyártósemleges DALI rendszerű készülékekkel vezérelhető. Az 1-10 V-os vezérlőbemenetet 1 10 V-os interfésznek is szokás nevezni. Ha több EVG 1-10 V-os vezérlőbemeneteit összekötjük analóg vagy elektronikus potenciométerrel, akkor a potenciométer változtatásával igen nagy terek (komferenciatermek) fénycsöves világítása is szabályozhatóvá válik egyetlen helyről. Az 1-10 V-os vezérléshez alkalmas elektronikus potenciométer működését az ábra mutatja be. Az EVG hálózati feszültségét az elektronikus potenciométerbe épített relével lehet be ill. kikapcsolni. A potenciométer ellenállásának változtatásával változik az EVG bemenetére jutó feszültség (U ST ). Ennek változása a fénycső fényáramának változását vonja maga után. 10 V a maximális fényerőnek felel meg, míg ha az U ST feszültség 0-1 V között van, akkor az EVG a minimális fényáramra áll be. A dimmelhető EVG-k egyik minőségi paramétere az, hogy milyen minimális fényáramot lehet az EVG-vel beállítani. A minimális fényáram az EVG maximális üzemi frekvenciájával van összefüggésben, mint ahogy az a 58

18 fénycsövek szabályozhatósága fejezetben is olvasható. Több EVG csak 10 % minimális fényáram elérésére képes, míg a csúcsminőségű EVG-ket gyártó cégek termékeivel fénycsőnél 1 %-os, kompakt fénycsőnél 3 %-os minimális fényáramot lehet elérni. Az 1-10 V-os interfész működésének lényeges momentuma, hogy a potenciométer-evg kapcsolásban a működéshez szükséges energiát az EVG biztosítja áramgenerátor (I ST ) formájában. A potenciométer ellenállásának változtatásával arányosan változik az EVG bemenetén lévő (U ST ) feszültség ábra: Elektronikus potenciométer bekötési vázlata A vezérlőfeszültség és a fényáram százalékos értékének kapcsolatát az ábra, míg a vezérlőáram és vezérlőfeszültség alakulását egy OSRAM EVG esetében az ábra mutatja. F é n y á r a m [ % ] %: T5 FH fénycs ő, DULUX D/E %: T8, T5 FQ fénycs ő, DULUX L Vezérlőfeszültség [V] ábra: A vezérlőfeszültség és a fényáram százalékos értékének kapcsolata 59

19 0,6 0,5 Vezérlőáram [ma] 0,4 0,3 0,2 0, Vezérlőfeszültség [V] ábra: A vezérlőáram és vezérlőfeszültség kapcsolata egy kezelői hely (1 potenciométer) és egy EVG esetében Abban az esetben, ha több EVG-t kell egyidejűleg vezérelni, akkor az EVG-k 1-10 V-os kimeneteit polaritáshelyesen párhuzamosan kell kötni. Ebben az esetben az elektronikus potenciométeren az egyes EVG-k áramforrásai áramának összege jelenik meg (1.51. ábra). A párhuzamosan kötött EVG-k mindegyikére ugyanaz az U ST feszültség jut. Az elektronikus potenciométerben az átfolyó eredő áram hatására veszteségi teljesítmény keletkezik, amelyet a készüléknek a maximálisan rákapcsolható EVG-szám esetében is ki kell bírnia. A gyártók az elektronikus potenciométer esetében megadják a potenciométeren átfolyó áram maximális értékét. Mivel a különböző gyártóktól származó EVG-k különböző maximális I ST mérőárammal dolgoznak, ezért az 1-10 V-os interfészen párhuzamosan köthető EVG-k maximális számát minden esetben egyedileg kell kiszámítani. Ha például az elektronikus potenciométer max. 40 ma-rel terhelhető akkor, pl. OSRAM EVG-ből I ST,max = 0.8 ma esetén 50 db, míg egy kevésbé ismert gyártótól származó, közepes minőségű EVG-ből I ST,max = 2 ma esetén csak 20 db köthető párhuzamosan. 60

20 1.51. ábra: Több EVG vezérlése egy elektronikus potenciométerrel Az egy elektronikus potenciométerrel kapcsolható EVG-k számát az elektronikus potenciométerbe épített relékimenet terhelhetősége és az EVG-k névleges teljesítménye határozza meg. Szükség esetén, nagyobb teljesítményeknél az EVG-ket célszerű mágneskapcsoló közbeiktatásával kapcsolni úgy, hogy az elektronikus potenciométer reléérintkezője a mágneskapcsolót vezérli. A potenciométer ellenállása a szabályozási tartományban exponenciálisan változik, ezzel elérhető, hogy a potenciométer bizonyos állásában, több EVG szabályozása és ezzel nagyobb I ST áram esetén a fényforrások fényárama csak kismértékben változzon meg. Az 1-10 V-os szabályozási, vezérlési rendszerekben a dimmelhető EVG-k látják el a beavatkozók szerepét. Az EVG-k vezérléséhez a legkülönbözőbb 1-10 V-os érzékelők kaphatók, így fényérzékelők, infravörös távirányító rendszerek, világítási képeket tároló és vezérlő elemek, interfész-elemek, mint például jelerősítő, vagy jelátalakító. Végezetül a komplex épületfelügyeleti rendszerek fénycsöves lámpatesteket vezérlő kapcsoló-, dimmelő aktorai is legtöbbször 1-10 V-os interfészen keresztül kapcsolódnak a fénycsövek dimmelhető elektronikus előtétjeihez Telepítési szabályok Az 1-10 V-os vezérlő hálózatok kialakításánál a kifogástalan működés érdekében az alábbiakra célszerű odafigyelni. Ahhoz, hogy az egyes lámpatestekben lévő fénycsövek hasonló gyújtási tulajdonságokkal rendelkezzenek és egy bizonyos dimmelési állásban azonos fényárammal világítsanak 61

21 1. egy rendszerben, de legalább egy helyiségben célszerű egy gyártó EVG-it, továbbá 2. egyféle teljesítményű EVG-t és fényforrást alkalmazni, ahol a 3. fénycsövek egy gyártótól származnak, valamint azonos típusjelűek. Az 1-10 V-os vezérlővezeték feszültsége a hálózati feszültségtől galvanikusan leválasztott, azonban nem minősül SELV, érintésvédelmi törpefeszültségnek. A vezérlővezeték szigetelésének meg kell felelnie a 230 V-os vezetékekre előírt követelményeknek. Javasolt vezeték-keresztmetszet a vezérlővezeték esetében 1,5 mm 2. A vezérlővezeték maximális hossza 300 m. A dimmelt áramkörben az egyes EVG-k hálózati csatlakozása különböző fázisokra köthető. 0.6 Nagynyomású kisülő lámpák Az általános épületvilágítási és kiemelő világítási rendszerekben alkalmazott nagynyomású kisülő lámpák többsége folyamatos dimmelésre kevés kivételtől eltekintve nem alkalmas. Gyártanak stúdió- és fényképészeti célra alkalmazott, igen rövid óra élettartamú speciális nagynyomású fémhalogén lámpákat, amelyek dimmelhetők, azonban ezekkel e könyv keretein belül nem foglalkozunk Nagynyomású kisülő lámpák hagyományos üzemeltető berendezései Az üzemeltetés szempontjából igen fontos az általános alkalmazású nagynyomású kisülő lámpák néhány üzemi tulajdonsága, mint például a bekapcsolási felfutás, az újragyújtási idő, a kapcsolási gyakoriság hatása az élettartamra, a színhőmérséklet állandósága, a feszültségingadozás hatása, stb. A nagynyomású kisülő lámpák közé tartoznak a nátrium-, higany-, és fémhalogén lámpák. Speciális kültéri alkalmazásoknál indokolt lehet a rendkívül gazdaságos, nagy fényhasznosítású, monokromatikus sárga fényt kibocsátó kisnyomású nátriumlámpák használata. A nagynyomású kisülőcsövek üzeméhez a negatív ívkarakterisztika (növekvő áramerősséggel csökkenő ívfeszültség) miatt áramköri fojtóra van szükség. A nagynyomású higanylámpák esetében más kiegészítő áramköri elemre a fojtón és az induktív áramot kompenzáló 62

22 párhuzamosan kötött kondenzátoron kívül nincs szükség (1.52. ábra). A fényforrásban a fő elektród mellett található egy ún. gyújtóelektród, amely nagy ellenálláson keresztül össze van kötve a másik fő elektróddal. A gyújtóelektód a bekapcsolás pillanatában glimmkisülés révén ionizálja a gázkisülés csatornáját és begyújtja az ívkisülést. Így a hálózati feszültség nagysága elegendő a fényforrás begyújtására. 230 V L C Lámpa ábra: Nagynyomású higanylámpa bekötése induktív előtéttel Nagynyomású fémhalogén és nátriumlámpák esetében a gyújtáshoz speciális, általában elektronikus gyújtóra van szükség, amely a szükséges nagyságú 2,5 5 kv gyújtófeszültséget előállítja (1.53. ábra). Az ilyen típusú gyújtóberendezés gyújtókondenzátor kisütésén alapul: a kondenzátor kisütését egy tirisztor vezérli, amelynek bekapcsolása röviddel minden feszültség félhullám maximumának elérése előtt következik be. A kisütés áramlökése egy impulzustranszformátor szekunder tekercsében létrehozza a szükséges gyújtófeszültséget. L Gyújtó 230 V C Lámpa ábra: Nagynyomású nátriumlámpa és fémhalogénlámpa bekötése induktív előtéttel és gyújtóval 63

23 1.6.2 Nagynyomású kisülő lámpák elektronikus üzemeltető berendezései A hagyományos fojtó-gyújtó kombinációját napjainkban a nagynyomású fémhalogén és nátriumlámpák esetében egyre inkább felváltják a teljesen elektronikus előtétek, amelyek egy készülékben egyesítik a gyújtás, áramkorlátozás és kompenzálás funkciókat. Az elektronikus előtét alkalmazását az elektronikus fénycsőelőtétekhez hasonlóan egy sor kedvező tulajdonság támasztja alá: 30 %-kal nagyobb fényforrás élettartam, kisebb hálózati teljesítményfelvétel, a fényforrás színhőmérsékletének sokkal kisebb mértékű eltolódása mind az üzemi feszültség változásának, mind pedig az öregedésnek a függvényében. A nagynyomású kisülő lámpák üzemeltetésére alkalmas elektronikus előtétek gyártásának és elterjedésének, mint sok más területen is az autóipar adott nagy lendületet. Egyre több felső és felső-középkategóriás autóba építenek xenongáz töltésű fémhalogén fényforrásokat, amelyek az autóban lévő fedélzeti 12 V-os feszültség következtében csak elektronikus előtéttel üzemeltethetők. A nagynyomású kisülő csövek üzemeltetésére az első elektronikus előtétek kifejlesztésekor a fénycsövekhez hasonlóan a nagyfrekvenciás üzem tűnt a legjobb megoldásnak. Azonban a kísérletek bebizonyították, hogy a nagynyomású kisülőcsövek ívkisülése a 10 khz és 400 khz tartományban egyes frekvenciákon nyugtalan égéshez un. akusztikus rezonanciához vezet. Ez a jelenség villogást vagy akár a kisülés kialvását is előidézheti. Ezzel szemben az 500 Hz től 20 khz-ig terjedő frekvenciaintervallumban, amely a hallási küszöb alatt van, az induktivitások, kondenzátorok és a tranzisztorok működése zavaró sípoló hangot eredményez. Az igen nagy, 200 khz feletti frekvenciák esetében a nemzetközi és nemzeti EMC előírások már igen nehezen teljesíthetőek. Az ábra egy 70 W-os kvarckisülőcsöves, nagynyomású fémhalogén lámpa kisülőcsatornájának feszültségfüggését mutatja a frekvencia függvényében, khz között. Az akusztikus rezonanciákat a kisülőcsatorna feszültségének hirtelen megnövekedése mutatja a frekvenciaspektrum bizonyos frekvenciáin. 64

24 1.54. ábra: 70 W-os kvarckisülőcsöves, nagynyomású fémhalogén lámpa működési feszültségének alakulása a frekvencia függvényében A részletes vizsgálatok azt mutatták, hogy 20 khz környékén, egy szűk frekvenciasávban stabil üzemet lehet biztosítani. Ezen vizsgálatok alapján készült el az adott HQI-TS 70 W-os fényforrást üzemeltető elektronikus előtét, amelynek üzemi frekvenciája 22 khz: Az elektronikus előtét felépítését az ábra mutatja. 230 V Zavarsz űrő Egyenirányító Pufferkondenzátor Tranzisztoros félhíd 22 khz, gyújtás: 66 khz Színuszos áramszabályzó Nf. generátor 22 0,5 khz Biztonsági kapcsolás Gyújtásvezérlés Modulációs feszültség Frekvenciamoduláció 100/120 Hz Lekapcsolás logika Id őzítő Teljesítmény szabályzozás Gyújtásvezérlés ábra: Osram HQI-TS 70 W nagynyomású fémhalogén lámpa elektronikus előtétjének felépítése Azonban egyrészt az igen nagy fejlesztési költségek miatt, másrészt a fényforrás- és lámpagyártók közötti fáradtságos egyeztetések igénye miatt, az ilyen lámpaüzemeltetési eljárások igen kedvező üzemi tulajdonságaik ellenére is jelentőségüket vesztették. Hiszen ez azt jelentette volna, hogy minden gyártó minden fényforrástípusához külön előtétet kell 65

25 kifejleszteni, ami meglehetősen gazdaságtalan mind a fejlesztési, mind pedig a logisztikai költségek szempontjából. Az újszerű üzemeltetési megoldások keresése sikerrel járt és napjainkban egy olyan megoldás terjedt el, ahol az elektronikus előtét a fényforrást kb. 100 Hz körüli frekvenciájú négyszög jelalakú árammal táplálja. Ennél az eljárásnál nem lép fel akusztikus rezonancia és az alkalmazott elektronikus alkatrészek nem bocsátanak ki zavaró sípoló hangot sem. A módszer további előnye, hogy a korábbi eljárással szemben, egy fényforrástípuson belül minden építési formájú lámpánál, sőt a különböző gyártók azonos teljesítményű fényforrásainál, valamint minden teljesítményen is alkalmazható. Az ilyen un. HID (High Intensity Discharge) nagy intenzitású kisülőcsöves lámpákhoz 500 Hz alatti frekvencián üzemelő elektronikus előtétek felépítését az ábra mutatja. 230 V Zavarsz űrő, Túlfeszültségvédelem Egyenirányító Színuszos áramszabályzó Fesz.átalakító Back- Converter Tranziszto ros hídkapcs. Gyújtó CH CE CT L Vezérl ő generátor Biztonsági lekapcsolás Ukisülés ábra: Az un. HID lámpákhoz készült 500 Hz alatt működő elektronikus előtétek belső felépítése Nagynyomású kisülőlámpák üzemi tulajdonságai A nagynyomású kisülő lámpák üzeme érzékeny a hálózati feszültség ingadozásaira. Fémhalogén és nátriumlámpák esetében a megengedett feszültségeltérés max. 3 %, míg higanylámpák esetében, amely kevésbé érzékeny a feszültség ingadozására 10 %. Fémhalogén és nátriumlámpáknál megengedett a rövididejű 5 %-os feszültségingadozás is. A 10 % -ot meghaladó hirtelen feszültségingadozások a kisülés megszakadásához vezethetnek. Ha a feszültség a névleges értéktől tartósan eltér, akkor ez a nagynyomású kisülő lámpák esetében színhőmérséklet- és fényáramváltozást okoz. Ezen kívül az élettartam csökkenésére is számítani kell. 66

26 A nagynyomású kisülő lámpák élettartamát a rövid idejű bekapcsolt üzem és a gyakori kapcsolgatás jelentős mértékben csökkenti. Ez igaz mind a hideg lámpa, mind pedig a meleg lámpa újragyújtására. Az ajánlott legkisebb bekapcsolási idő minimum 3 óra és két bekapcsolás között legalább 0,5 óra szünetet kell tartani. A nagynyomású kisülő csövek maximális fényáramukat a bekapcsolást követően a többi fényforráshoz képest viszonylag nagy késleltetéssel érik el. Ezen kívül a bekapcsolás során a névleges áramot meghaladó áramfelvételre kell számítani, ami a fényforrás és előtét típusától is függ és időben a névleges fényáram eléréséig, általában több percig tart. Fémhalogén lámpák névleges fényáramukat 2-5 perc alatt érik el, és a névlegesnél %-kal nagyobb felfutási áramfelvételre kell számítani. Nagynyomású higanylámpák esetében ezek az értékek kb. 5 perc és 40 %, míg nagynyomású nátriumlámpák esetében 6-10 perc és kb. 25 % Táblázat: Nagynyomású kisülő csövek bekapcsolást követő felfutása Megnevezés Nagynyomású fémhalogén lámpa Névleges fényáram elérésének ideje Felfutási áram a névleges érték százalékában 2 5 perc % (kerámia- vagy kvarckisülőcsöves) Nagynyomású higanylámpa kb. 5 perc 40 % Nagynyomású nátriumlámpa 6 10 perc 25 % A nagynyomású kisülő lámpák esetében a meleg újragyújtáshoz a kisülőcsőben a kikapcsolást követően uralkodó nagy nyomás miatt igen nagy gyújtófeszültségre (25-60 kv) van szükség. Az általános célú lámpatestekben található hagyományos gyújtók vagy elektronikus előtétek ilyen nagy gyújtófeszültség előállítására nem képesek, ezért ezek meleg újragyújtása nem lehetséges. A fényforrásnak ki kell hűlnie ahhoz, hogy az újragyújtás bekövetkezzen. Ez a kihűlési, újragyújtási idő általában fényforrástól és típustól függően 2-15 perc között van. Nagynyomású fémhalogén és nátriumlámpákhoz készítenek olyan speciális gyújtókat, amelyek képesek a meleg újragyújtáshoz szükséges feszültség előállítására, így az ezekkel szerelt lámpatestek meleg állapotban történő, azonnali újragyújtása lehetséges. Az igen nagy gyújtófeszültség miatt az azonnali, meleg újragyújtásra csak a két végén fejelt fényforrások alkalmasak. 67

27 1.6.4 Nagynyomású kisülő lámpák dimmelésének műszaki lehetőségei A kerámia- és kvarckisülőcsöves, nagynyomású fémhalogén lámpák csökkentett teljesítményfelvételű üzeme, dimmelése nem megengedett a színhőmérséklet erőteljes megváltozása és az élettartam csökkenése miatt. A nagynyomású higanylámpák és nátriumlámpák fokozatokban történő dimmelése maximum 50 %-os teljesítményig általánosan elfogadott, és Nyugat-Európában gyakran alkalmazott megoldás. Higanylámpáknál a dimmelt állapot kiegészítő fojtó induktivitások bekapcsolásával érhető el. Nagynyomású nátriumlámpáknál, a csökkentett teljesítményű üzem aktiválásához kapcsolóbemenet található a speciálisan erre a célra készült elektronikus előtéteken (pl. OSRAM POWERTRONIC PT-DS 80). Ennek segítségével a szükséges átkapcsolás elvégezhető (1.57. ábra). A csökkentett üzemre alkalmas kisülőcsövek esetében azonban mindig ügyelni kell arra, hogy a csökkentett teljesítményű üzemre történő átkapcsolás, csak a teljes teljesítményen történ bekapcsolás és felfutás után lehetséges. PE N L vezérlés: L1, L2 vagy L3 1 2 D L N SL PT-DS 80/ P st N Relépanel DS-T/E 80W ábra: OSRAM POWERTRONIC PT-DS 80 segédrelés kivitelben a csökkentett teljesítményű átkapcsoláshoz Alternatívaként olyan megoldások is léteznek, amelyek esetében a csökkentett teljesítményre történő átkapcsolás automatikusan, előre beépített késleltetés lefutása után következik be. A Philips cég gyárt olyan teljesen elektronikus előtéteket (lámpaműködtető frekvencia 130 Hz) pl. 150 W-os nagynyomású nátriumlámpákhoz, amelyek fényárama % között 68

28 folyamatosan szabályozható, akár 1-10 V-os, akár DALI interfészen keresztül. A beépített elektronika biztosítja azt, hogy a begyújtott lámpa 5 percig 100 %-os fényárammal üzemeljen. A fényáram csökkentése csak ezután lehetséges. A 100 %-ról 20 %-ra történő dimmelés kb. 2 percet vesz igénybe, míg a fényáram növelése a minimumról a maximumra viszonylag gyorsan kb. 2 s alatt elvégezhető. Nagynyomású nátriumlámpákat csökkentett teljesítményű üzemben külföldön sikeresen alkalmazzák belvárosi, reprezentatív terek, sétálóutcák megvilágításánál egyfényforrásos lámpatestek alkalmazásával. Az éjszakai, ill. hajnali, kis forgalmú időszakban a lámpatesteket átkapcsolják kisebb teljesítményű üzemre. A dimmelésnek a nagynyomású nátriumlámpák élettartamára gyakorolt hatása vonatkozásában igen kevés gyakorlati tapasztalat áll rendelkezésre, és így a fényforrásgyártók általános, számszerűsíthető adatokat nem adnak meg. A gyártók a tekintetben is megosztottak, hogy egyáltalán kedvezőtlen hatással van-e az élettartamra a hosszú időn keresztül csökkentett teljesítményen végzett üzemeltetés. Azt mindenképpen meg kell jegyezni, hogy a kisülő lámpák fejlesztése, és a fényforrás méretezése a névleges üzemi paraméterekre történik. A névleges üzemtől való eltérés hatására megváltoznak a hőmérsékleti viszonyok, és ezzel a szabad töltéshordozók eloszlása, a töltőgáz áramlási viszonyai, az elektródok fogyása. Többségi vélemény szerint a kisülő lámpák csökkentett teljesítményen történt üzemeltetése várhatóan csökkenti az élettartamot. E feltevés tudományos ellenőrzésére napjainkban is folynak kísérletek, amelyek előzetes eredményei ezt a feltevést támasztják alá. A névleges élettartam várható csökkenése a dimmelés hatására akkor a legkisebb, ha a dimmelésre vonatkozóan a gyártók előírásait betartjuk. Ezek tipikus előírásai a következők: A dimmelés megkezdése előtt a fényforrást legalább percen keresztül 100%-os teljesítményen kell üzemeltetni, A teljesítmény átkapcsolás során, hozzáadott impedancia bekapcsolása során a fényforrás árama nem szakad meg, A fényforrás kikapcsolása előtt az legalább percig 100%-os teljesítményen üzemelt A közvilágítás dimmelésének problémái A közvilágítás üzemeltetési, energiafogyasztási költségeinek csökkentése napjainkban egyre inkább előtérbe kerül. Az üzemeltető önkormányzatok e tekintetben elsősorban olyan megoldásokban gondolkoznak, hogy az elavult fényforrásokat új, energiatakarékosabb 69

29 fényforrásokra, lámpatestekre cserélik. Sajnos ennek a rekonstrukciós programnak keretében általában olyan műszaki megoldásokat fogadnak el a beruházók, ahol az energiatakarékosságot minden más műszaki szempont elé helyezik, és így a Közvilágítási Szabványban előírt megvilágítási szinteket gyakran nem tartják be, az utcák és terek eleve alulvilágítottak. Korábban alkalmaztak olyan megoldásokat a közvilágítás teljesítményének csökkentésére, ahol a kétfényforrásos lámpatestek egyik fényforrását időszakosan, a kis forgalmú időszakban kikapcsolták. Ezek a megoldások jelentős hátránya volt hogy külön vezérlőhálózat kiépítését igényelték, továbbá a lámpatesthatásfok jelentős csökkenésével is kellet számolni egyfényforrásos üzemben. Napjainkban a korábban ismertetett technikai lehetőségek alkalmazásával új lehetőségek nyílnak a nagynyomású nátriumlámpák csökkentett teljesítményen történő üzemeltetése tekintetében. Azonban ezen megoldások megvalósítása során több problémával és akadállyal kell szembesülni: A hálózati feszültségen működtetett közvilágítási lámpatestekben üzemeltetett fényforrások egységteljesítménye és elszámolási teljesítményfelvétele még ma is kérdéses és vitatott. Közvetlen fogyasztásmérés hiányában a közvilágítás villamos energiafogyasztását a fényforrások egységteljesítménye és a bekapcsolt órák száma alapján számolják el. Az egyes fényforrások egységteljesítményének hivatalos megállapítására független bizottságokat, szakmai testületeket állítanak fel. A csökkentett teljesítményen végzett üzemeltetés esetén még kritikusabb a villamos energiafogyasztás elszámolása. Hozzáadott impedanciával végzett 50 %-os teljesítménycsökkentés esetében az elszámolás még megoldható, a névleges és csökkentett teljesítményű üzemben a felvett teljesítmények pontos meghatározásával. A tápfeszültség változtatása esetében az elszámolás csak fogyasztásmérő berendezések felszerelésével és folyamatos leolvasásával oldható meg. A közvilágítás csökkentett teljesítményű üzemeltetésére jogi szabályozást kell kidolgozni, hiszen a jelenlegi szabályozás ebben a tekintetben meglehetősen hiányos. A Közvilágítási Szabványban kell meghatározni, hogy a különböző kategóriákba sorolt utak esetében milyen időszakban, milyen forgalomsűrűség mellett, milyen mértékben megengedett a megvilágítási szint csökkentése. A teljesítmény szabályozása mellett meg kell oldani a feszültség szabályozását is, hiszen a hálózati feszültség a terhelés hatására igen jelentős mértékben változik. Kis terhelési időszakokban, például késő éjszaka, hajnalban a 230 V-os közvilágítási hálózaton akár 70

30 260 V-os feszültség is mérhető. Az ilyen mértékű feszültségemelkedés jelentős mértékben csökkenti a fényforrás névleges élettartamát. Olyan teljesítmény-szabályozási megoldást kell tehát alkalmazni, ahol a teljesítménycsökkentésen kívül a feszültségstabilizálás is megoldott. A tápfeszültség központi egységgel történő csökkentése csak kis feszültségtartományban végezhető el, hiszen a közvilágítási hálózatról üzemel sok esetben a telefonfülkék, reklámfeliratok megvilágítása vagy például a parkolóórák tápellátása. A különböző fényforrás típusok különböző mértékben reagálnak a tápfeszültség csökkentésére, és például fénycsövek kompakt fénycsövek esetében a külső hőmérséklet csökkenése is kedvezőtlen hatással van a minimális tápfeszültség értékére és a kibocsátott fényáramra. 0.7 LED modulok szabályozhatósága A LED modulokhoz gyártott működtető berendezések kompakt, elektronikusan szabályozott tápegységek, amelyek üresjárás- és rövidzár elleni, valamint túlterhelés és túlmelegedés elleni védelemmel vannak ellátva. A tápegységek két kimeneti feszültségű, 10 illetve 24 VDC verzióban készülnek. Ezek a tápegységek sem gyújtásszög-vezérlésű sem oltásszög-vezérlésű dimmerekkel nem szabályozhatók. A technika gyors fejlődésével, napjainkban jelennek meg az első 1-10 V-os interfésszel rendelkező szabályozható LED tápegységek. A LED modulok nagy előnye, hogy a hagyományos izzólámpákhoz hasonlóan % közötti fényáram-tartományban szabályozhatók. A LED-ek fényáramának szabályozása az impulzusszélesség-moduláción alapul. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a dimmelő egység (DIMM modul) szekunder oldali kimenetén kb. 135 Hz frekvenciájú négyszögfeszültség jelenik meg. A négyszögfeszültség kitöltési tényezőjének változtatásával szabályozható a LED fényárama. Tehát pl. 100 %-os kitöltés esetén egyenfeszültséget, míg pl. 50 %-os a kitöltéskor egyenletes, 135 Hz-es négyszögjelet mérhetünk a DIMM modul kimenetén. Ez a frekvencia optimális, villogásmentes fénykomfortról gondoskodik. A LED-ek szabályozása az egyik vezető elektronikus előtétgyártó (OSRAM) kínálatában két egységgel oldható meg: a LED tápegység és az un. DIMM modul megfelelő összekötésével (1.58. ábra). A DIMM modul a 135 Hz-es üzem következtében speciális követelményeket támaszt a tápegységgel szemben (pl. a kimeneti feszültség megfelelő szabályozását, amely a 135 Hz-es kapcsolásokat követni tudja). Ezért a DIMM modullal csak olyan tápegységet lehet 71