Wies awa PABJA CZYK, Roman SIKORA, Przemys aw MARKIEWICZ, Zbigniew GABRYJELSKI
Politechnika ódzka, Instytut Elektroenergetyki
Wp yw opraw LED na sie zasilaj c
Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki analizy porównawczej oddzia ywania na sie zasilaj c oprawy do wysokopr ne lampy sodowej
oraz opraw z matrycami wielo ród owymi LED o zbli onej mocy. Badaniami obj to sprawdzenie wp ywu temperatury otoczenia na parametry
elektryczne, ze szczególnym uwzgl dnieniem poziomu generowanych zaburze do sieci zasilaj cej.
Abstract. The article presents results of analysis of the effect of high-pressure sodium lamps on the supply network, compared with effect of multiple
source LED matrices luminaires, of similar power rating. The study covered verification of impact of ambient temperature on electrical parameters,
with particular emphasis on the level of generated interferences to the mains supply. (Influence of LED luminaires on supply network).
S owa kluczowe: diody LED, oprawy o wietleniowe, jako energii elektrycznej.
Key words: LED diodes, luminaires, electrical power quality.
Wst p Wyniki pomiarów podstawowych parametrów
Dyrektywy Unii Europejskiej dotycz ce efektywno ci elektrycznych badanych opraw zestawiono w tabeli 1.
energetycznej wymuszaj na krajach cz onkowskich
Tabela 1. Zmierzone parametry elektryczne badanych opraw
dzia ania zmierzaj ce do redukcji zu ycia energii
Oprawa O1 O2 O3
elektrycznej równie na cele o wietleniowe. W praktyce
P [W] 92,63 101,15 113,60
realizowane jest to poprzez wymian arowych róde
I [A] 0,44 0,45 0,53
wiat a na wietlówki kompaktowe lub ród a LED. W
0,98 -0,97 -0,94
cos
przypadku o wietlenia ulicznego alternatyw dla opraw do
0,22 -0,26 -0,35
tg
wysokopr nych lamp sodowych s wielo ród owe oprawy
THDI [%] 28,93 9,21 21,67
LED. Oprawy LED mog by wykorzystywanie równie
m.in. do iluminacji obiektów architektonicznych oraz
Na rysunkach 1, 2 oraz 3 przedstawiono odpowiednio
o wietlenia akcentuj cego.
przebiegi chwilowe pr du wej ciowego i napi cia
Integraln cz ci opraw LED s zasilacze ze
zasilaj cego opraw O1, O2 i O3. Wyznaczone widma
stabilizacj pr du lub napi cia. Obydwa typy zasilaczy s
wy szych harmonicznych pr du wej ciowego oprawy O1
stosowane w praktyce, zaleca si jednak stosowanie
przedstawiono na rysunku 4, za na rysunkach 5 i 6
zasilaczy ze stabilizacj pr du, które s zasilaczami
zamieszczono odpowiednio widma wy szych
impulsowymi. W takim przypadku zestaw zasilacz 
harmonicznych pr du opraw O2 i O3 porównane z
matryca LED jest odbiornikiem nieliniowym, powoduj cym
warto ciami dopuszczalnymi podanymi w normie PN-EN
odkszta cenie pr du pobieranego z sieci. Wy sze
61000-3-2: 2007 [1] dla sprz tu klasy C.
harmoniczne pr du wywo uj w sieci zasilaj cej ró ne
niekorzystne zjawiska, a mi dzy innymi odkszta cenia
400 1
napi cia zasilaj cego, nadmierne obci enie przewodów
0,8
neutralnych oraz dodatkowe straty mocy, dlatego zgodnie z 300
0,6
przepisami [1] poziom wy szych harmonicznych pr du
200
0,4
powinien by ograniczany.
100
0,2
W artykule przedstawiono wyniki bada opraw LED pod
0 0
wzgl dem generowania przez nie wy szych harmonicznych
6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-0,2
pr du. Wyniki bada porównane zosta y z analogicznymi
-100
-0,4
badaniami wykonanymi dla powszechnie stosowanych
-200
opraw z wysokopr nymi lampami sodowymi. -0,6
-300
Oprawy instalowane na zewn trz budynków nara one -0,8
s na zmieniaj ce si warunki atmosferyczne, przy czym -400 -1
najwi kszy wp yw na ich prac ma temperatura otoczenia. t [s]
Diody stosowane w oprawach wymagaj odpowiednich
Rys. 1. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia
warunków termicznych dla uzyskania wymaganej
zasilaj cego oprawy O1
skuteczno ci wietlnej. W artykule przedstawione zostan
wyniki bada pomiarowych wykonanych w szerokim
Na podstawie przeprowadzonej analizy mo na
zakresie temperatur otoczenia. LED, ze szczególnym
stwierdzi , e zast pienie oprawy sodowej opraw LED z
uwzgl dnieniem poziomu generowanych wy szych
odpowiednio zaprojektowanym zasilaczem nie spowoduje
harmonicznych pr du do sieci zasilaj cej.
zwi kszenia a nawet maleje ilo generowanych zaburze
do sieci zasilaj cej, co ilustruje przyk ad oprawy O2.
Porównanie parametrów opraw LED i oprawy z
Warto wspó czynnika THDi pr du dla tej oprawy wynosi
wysokopr n lamp sodow
9,21 %, co w porównaniu z warto ci tego wspó czynnika
Porównanie wykonane zosta o dla trzech opraw o
dla oprawy sodowej wynosz cego 28,93 % powoduje
zbli onej mocy:
ponad trzykrotne zmniejszenie odkszta cenia pr du. Dla
tradycyjnej oprawy do lampy sodowej wysokopr nej o
oprawy sodowej O1 wyst pi y przekroczenia warto ci
mocy 100 W, oznaczonej jako O1,
dopuszczalnych pr dów dla nast puj cych harmonicznych:
oprawy LED o mocy 100 W oznaczonej jako O2,
5, 7, 9, 11, 15 i 17 odpowiednio o 1,1 %, 5,6 %, 4,2 %,
oprawy LED o mocy 110 W o znaczonej jako O3.
8,1 %, 4,1 % i 1,3 %.
Pomiary wykonane zosta y za pomoc analizatora
jako ci energii elektrycznej TOPAS 1000 firmy FLUKE.
PRZEGL D ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 10/2010 229
i
(t)
u
(t)
30
400 0,8
Ih
300 0,6
Idop
25
200 0,4
20
100 0,2
15
0 0
6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-100 -0,2
10
-200 -0,4
5
-300 -0,6
0
-400 -0,8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
h
t [s]
Rys. 2. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia Rys. 6. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego
zasilaj cego oprawy O2 oprawy O3
400 1
Wp yw temperatury otoczenia na parametry elektryczne
0,8
300
opraw LED
0,6
200 Oprawy o wietlenia zewn trznego pracuj w szerokim
0,4
zakresie temperatur otoczenia. W przypadku tradycyjnych
100
0,2
opraw o wietleniowych problem ten nie jest istotny ze
0 0
wzgl du na wysok temperatur ród a wiat a. W
6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-0,2
-100
przypadku opraw LED nale y rozwa y wp yw temperatury
-0,4
otoczenia na zmiany parametrów elektrycznych.
-200
-0,6
Do celów pomiarowych wykorzystano komory
-300
-0,8
klimatyczne, w których umieszczone badane oprawy.
-400 -1
Pomiary wykonano dla nast puj cych warto ci temperatury
t [s]
otoczenia T = [-25 -10 0 +25 +40 +60] C. Do bada
wybrano trzy oprawy, które zosta y oznaczone nast puj co:
Rys. 3. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia
OT1  oprawa o mocy 16,5 W,
zasilaj cego oprawy O3
OT2  oprawa o mocy 35,4 W,
OT3  oprawa o mocy 17,2 W.
30
Podane warto ci mocy opraw zosta y wyznaczone w
Ih
Idop sposób do wiadczalny i odnosz si do temperatury
25
otoczenia +25 C.
20
Pomiary przeprowadzono w czasie 1 godziny za czaj c
opraw po ustabilizowaniu si parametrów termicznych w
15
danej temperaturze. Do analizy przyj to warto ci
10 u rednione w ci gu ko cowych 5 minut pomiaru.
Na rysunku 7 przedstawiono przebiegi chwilowe pr du
5
wej ciowego i napi cia zasilaj cego dla temperatury +25 C
za na rysunku 8 widmo wy szych harmonicznych pr du
0
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
oprawy OT1 dla rozwa anego zakresu temperatur.
h
Rysunek 9 ilustruje zmiany warto ci mocy czynnej oraz
wspó czynnika zawarto ci harmonicznych pr du THDI w
Rys. 4. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego
funkcji temperatury otoczenia T. Ponadto zmierzono zmiany
oprawy O1
warto ci wspó czynnika mocy cos oraz tg , równie w
funkcji temperatury, co ilustruje rysunek 10.
35
Ih
30
Idop
400 0,6
25
300
0,4
20
200
0,2
15 100
0 0
10
6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-100
5
-0,2
-200
0
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 -0,4
-300
h
-400 -0,6
Rys. 5. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego t [s]
oprawy O2
Rys. 7. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia
zasilaj cego oprawy OT1
230 PRZEGL D ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 10/2010
h
i
(t)
u
(t)
I
[%]
i
(t)
u
(t)
h
I
[%]
h
I
[%]
i
(t)
u
(t)
I [%]
h
400 0,3
100,00
-25 °C
300
90,00 -10 °C
0,2
0 °C
80,00 200
25 °C
0,1
40 °C
70,00
100
60 °C
60,00
0 0
50,00 6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-100
40,00 -0,1
-200
30,00
-0,2
20,00 -300
10,00
-400 -0,3
0,00
t [s]
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
h
Rys.11. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia
Rys. 8. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego
zasilaj cego oprawy OT2
oprawy OT1 dla rozwa anego zakresu temperatur otoczenia
I [%]
h
10,00
-25 °C
30,00 180,00
9,00 -10 °C
P
0 °C
175,00
THDi
8,00
25,00 25 °C
40 °C
7,00
170,00
60 °C
20,00
6,00
165,00
5,00
15,00 160,00
4,00
155,00
3,00
10,00
150,00
2,00
5,00
1,00
145,00
0,00
0,00 140,00
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
-25 -10 0 25 40 60
h
T [°C]
Rys. 12. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego
Rys. 9. Zmiany warto ci mocy czynnej P oraz wspó czynnika THDI
oprawy OT2 dla rozwa anego zakresu temperatur otoczenia
oprawy OT1 w funkcji temperatury otoczenia
36,20 12,00
Rysunki 11, 12, 13 oraz 14 przedstawiaj odpowiednio
przebiegi chwilowe pr du i napi cia, widmo wy szych
36,00
10,00
harmonicznych pr du, zmiany mocy czynnej i
35,80
wspó czynnika THDI oraz zmiany cos i tg oprawy OT2.
8,00
Na rysunkach 15,16,17 i 18 przedstawiono analogiczne
35,60
przebiegi dla oprawy OT3. 6,00
35,40
Jak mo na zaobserwowa , temperatura otoczenia ma
4,00
znaczny wp yw na warto mocy czynnej oraz
35,20
wspó czynnika THDI oprawy OT1. Dla wspomnianej oprawy
2,00
35,00
warto wspó czynnika tg przekroczy dopuszczaln
P
THDi
warto 0,4 [2, 3] dla temperatury -25 C.
34,80 0,00
-25 -10 0 25 40 60
T [°C]
-0,96 -0,45
Rys. 13. Zmiany warto ci mocy czynnej P oraz wspó czynnika THDI
-0,95 -0,40
oprawy OT2 w funkcji temperatury otoczenia
-0,95 -0,35
-0,94 -0,30
-0,99 -0,30
-0,94 -0,25
cos
tg
-0,93 -0,20 -0,25
-0,99
-0,93 -0,15
-0,20
-0,92 -0,10
-0,98
cos
-0,92 -0,05 -0,15
tg
-0,98
-0,91 0,00
-0,10
-25 -10 0 25 40 60
T [°C]
-0,97
-0,05
Rys. 10. Zmiany warto ci wspó czynnika mocy cos oraz tg
oprawy OT1 w funkcji temperatury otoczenia
-0,97 0,00
-25 -10 0 25 40 60
T [°C]
Rys. 14. Zmiany warto ci wspó czynnika mocy cos oraz tg
oprawy OT2 w funkcji temperatury otoczenia
PRZEGL D ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 10/2010 231
i
(t)
u
(t)
I
P
[W]
THD
[%]
I
P
[W]
THD
[%]
cos
tg

cos
tg

 W przypadku oprawy OT2 zmiany zarówno mocy
400 0,2
czynnej P oraz wspó czynnika THDI s na tyle ma e, e nie
300 0,15
powinny powodowa utrudnie w eksploatacji tej oprawy.
200 0,1 W przypadku oprawy OT3 obserwuje si wzrost warto ci
THDI i spadek mocy P wraz ze wzrostem temperatury
100 0,05
otoczenia.
0 0
6 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08
-100 -0,05
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych bada mo na
-200 -0,1
stwierdzi , e zastosowanie opraw LED nie spowoduje
-300 -0,15
pogorszenia parametrów jako ci energii elektrycznej w
-400 -0,2
porównaniu z parametrami dopuszczanymi przez przepisy.
t [s]
Porównanie tych parametrów z analogicznymi dla
tradycyjnych opraw do lamp sodowych wypada
Rys. 15. Przebieg chwilowy pr du wej ciowego i napi cia
zdecydowanie na korzy opraw LED, pod warunkiem e
zasilaj cego oprawy OT3
wspó pracuj one z odpowiednio zaprojektowanym
I [%]
h
10,00 zasilaczem.
-25 °C
Oprawy zewn trzne powinny pracowa w szerokim
9,00 -10 °C
0 °C
zakresie temperatur przy zachowaniu parametrów, jak
8,00
25 °C
najbli szych parametrom znamionowym. Jak mo na
40 °C
7,00
60 °C
zaobserwowa na podstawie zaprezentowanych wyników
6,00
bada temperatura otoczenia ma znaczny wp yw na
5,00
parametry elektryczne opraw LED. Pomimo, e w
4,00
temperaturze odniesienia równej +25 C oprawa posiada
3,00
odpowiednie parametry zgodne z wymaganiami, to w
2,00
zakresie ekstremalnie niskich lub wysokich temperatur
1,00
otoczenia warto ci parametrów elektrycznych tych opraw
0,00
mog ulec radykalnej zmianie, zwi kszaj c lub
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
zmniejszaj c ich negatywne oddzia ywanie na sie
h
zasilaj c .
Rys. 16. Widmo wy szych harmonicznych pr du wej ciowego
oprawy OT3 dla rozwa anego zakresu temperatur otoczenia
LITERATURA
[1] PN-EN 61000-3-2: 2007, Kompatybilno
20,00 16,00
elektromagnetyczna (EMC), Cz 3-2: Poziomy dopuszczalne
18,00
14,00
 Poziomy dopuszczalne emisji harmonicznych pr du (fazowy
16,00
pr d zasilaj cy odbiornika 16 A).
12,00
14,00
[2] PN-EN 50160:2002, Parametry napi cia zasilaj cego w
10,00
12,00
publicznych sieciach rozdzielczych.
10,00 8,00 [3] Rozporz dzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w
sprawie szczegó owych warunków funkcjonowania systemu
8,00
6,00
elektroenergetycznego (Dz. U. z dnia 29 maja 2007 r.)
6,00
4,00 [4] Pabja czyk W., Markiewicz P., Sikora R.,
4,00
Oddzia ywanie opraw LED na sie zasilaj c , VII
2,00
P
2,00
Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna PES-7
THDi
0,00 0,00
POST PY W ELEKTROTECHNICE STOSOWANEJ,
-25 -10 0 25 40 60
Ko cielisko, 22-26.06.2009 r., 231-234
T [°C]
[5] Markiewicz P., Sikora R., Wp yw nowoczesnych opraw
o wietleniowych na sie zasilaj c , I Konferencja Naukowo 
Rys. 17. Zmiany warto ci mocy czynnej P oraz wspó czynnika THDI
Techniczna  Energooszcz dne Innowacyjne Technologie
oprawy OT3 w funkcji temperatury otoczenia
O wietleniowe EITO 2010, ód , 04-05.03.2010 r., 101-110
-0,98 -0,60
-0,96
-0,50 Autorzy dr in . Wies awa Pabja czyk, Instytut Elektroenergetyki,
Politechnika ódzka, ul. Stefanowskiego 18/22 90-924 ód ,
-0,94
-0,40 tel. [phone], fax. [phone], e-mail:
[e-mail]
-0,92
-0,30
dr in . Roman Sikora, Instytut Elektroenergetyki, Politechnika
-0,90
ódzka, ul. Stefanowskiego 18/22 90-924 ód , tel. [phone],
-0,20
fax. [phone], e-mail: [e-mail]
-0,88
dr in . Przemys aw Markiewicz, Instytut Elektroenergetyki,
cos -0,10
Politechnika ódzka, ul. Stefanowskiego 18/22 90-924 ód ,
-0,86
tg
tel. [phone], fax. [phone], e-mail:
-0,84 0,00
przemys [e-mail]
-25 -10 0 25 40 60
dr in . Zbigniew Gabryjelski, Instytut Elektroenergetyki,
T [°C]
Politechnika ódzka, ul. Stefanowskiego 18/22 90-924 ód ,
tel. [phone], fax. [phone], e-mail:
Rys. 18. Zmiany warto ci wspó czynnika mocy cos oraz tg
[e-mail].
oprawy OT3 w funkcji temperatury otoczenia
232 PRZEGL D ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 10/2010
i
(t)
u
(t)
I
P
[W]
THD
[%]
tg

cos