Коэффициент пульсации

Снижение эффекта «мерцания» в современных осветительных приборах – важная составляющая обеспечения нормальных условий их эксплуатации. Коэффициент пульсации освещённости, характеризующий этот физический эффект, является основным показателем степени вредного воздействия на глаза человека. Всё это вынуждает производителей постоянно совершенствовать выпускаемые осветительные приборы и по возможности снижать пульсации светового потока.

Воздействие пульсаций на человека

Определения и нормы

Рассматриваемый коэффициент измеряется в процентах и определяется как отношение разности показателей освещенности (максимальной и минимальной) к её усреднённому за период значению.

Формула для оценки коэффициента

Согласно действующим в России нормативам (СНиП 23-05-95, ГОСТ 17677-82 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03) к рассматриваемому параметру предъявляются следующие требования:

• Коэффициент пульсации в рабочих помещениях, оборудованных источниками питания с частотой колебаний до 300 Гц, не должен быть более 20% для обычных условий и 5% – для дисплеев и экранов компьютеров;
• В местах, где человек находится в течение короткого времени (лестницы, коридоры, тоннели и переходы) уровень пульсации, как правило, не нормируется.

Также не подлежат нормированию пульсации излучений с частотами более 300 Гц.

Причины и источники мерцаний

Причиной этого эффекта является наличие в цепях питания большинства современных осветительных устройств такого обязательного элемента, как пускорегулирующее устройство. С учётом этого происхождение мерцаний становится вполне объяснимым, так как управляющий работой светильников переменный ток имеет дискретную структуру.

Таким образом, именно различия в принципах формирования светового потока являются причиной проявления эффекта мерцания. Отсюда следует логический вывод – для устранения этого вредного явления необходимо каким-то образом ограничить или совсем избавиться от пульсаций питающего тока.

Но прежде следует ознакомиться с тем, какое влияние оказывают они на самочувствие работника и чем опасны для его здоровья.

Граница восприятия мерцаний и влияние на работоспособность

В обычных условиях глаз человека практически не ощущает эффекта мерцания, поскольку его восприятие ограничено так называемым «порогом чувствительности». Это свойство связано с определённой инертностью человеческого зрения и, кроме того, определяется частотой световых пульсаций.

Совместные исследования, проведённые медицинскими и техническими работниками, показали, что порог восприятия человеком пульсаций составляет порядка 300 Гц. По достижении этой частоты человеческий мозг не способен воспринимать их как колебания и искусственно нивелирует эти воздействия.

Обнаружено, что при их восприятии на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) мозга наблюдаются пиковые всплески активности той же периодичности. Они подавляют естественные для человеческого мозга биоритмы, которые пульсируют с частотой, равной 120Гц.

ЭЭГ мозга человека

Ощущаемые глазом световые пульсации вызывают зрительное раздражение и доставляют определённый дискомфорт, сказывающийся в усталости как зрения, так и нервных клеток. Единственный способ борьбы с этим эффектом – искусственное ограничение времени нахождения в границах действия опасного осветительного оборудования.

Вот почему повышенный коэффициент пульсации светового потока, в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74, относят к категории вредных для здоровья производственных факторов.

Стробоскопический эффект

Негативные последствия

Наиболее опасной разновидностью мерцания, встречающейся в основном в производственных условиях, является известный многим стробоскопический эффект. Он чаще всего обнаруживается при работе оборудования, оснащённого быстро вращающимися исполнительными механизмами. В определённых условиях частота вращения подвижных частей и рабочих элементов совпадает с периодичностью мерцания света.

Эффект стробоскопа

Вследствие этого возможна ситуация, когда вращающийся с большой скоростью вал, например, начинает восприниматься глазом как неподвижный. Такая ошибка зрения из-за стробоскопического эффекта нередко приводит к серьезным травмам и разрушительным последствиям. Его негативное влияние также наблюдается при фотографической или видео съёмке, осуществляемой на короткой выдержке, что может привести к получению некачественных изображений.

Положительные стороны

С другой стороны, известны случаи применения этого эффекта с пользой для человека, чаще всего наблюдаемые на танцевальных площадках и развлекательных аренах. Явление мерцания в этих ситуациях способствует повышению настроения отдыхающих и расслабляющихся людей, а также позволяет создать оригинальную картинку окружения.

Дополнительная информация. В указанном случае стробоскопический эффект не опасен для человека.

Единственным его последствием может быть небольшое утомление, легко переносимое молодёжной аудиторией.

Способы борьбы с мерцаниями

Известные случаи опасного проявления стробоскопического эффекта чаще всего наблюдаются на производстве, где в качестве осветителей используются галогенные лампы. При наличии такого искусственного освещения этот эффект проявляется на рабочих местах, оборудованных следующими типами подвижных механизмов:

• Вращающиеся маховики и фрезы;
• Используемые в рабочем режиме свёрла;
• Любые режущие приспособления, вращающиеся с частотой, близкой к 50 или 100.

Однако это не снижает опасности работы при таком освещении с быстро вращающимися механизмами.

С целью снижения коэффициента пульсации рекомендован особый способ подключения групп газоразрядных ламп к трёхфазным сетям.

Подключение к разным фазам

В результате этого момент включения каждой из групп ламп смещён по времени относительно других. Поочерёдная их работа позволяет получить усреднённые по времени пульсации, обеспечивающие снижение вероятности стробоскопического эффекта.

Коэффициент пульсаций в этом случае снижается, причём для данного количества и типа осветителей это будет проявляться по-разному:

• Для люминесцентных ламп марки ЛД, в частности, это снижение составит с 55% до 23% или до 5% (в зависимости от того, какое их количество подключается к трёхфазной сети: две или три);
• Для того же типа изделий, но с обозначением ЛБ – с 34% до 14% или до 3% (при двух и трёх лампах соответственно);
• При подключении ламп высокого давления ДРЛ пульсации снизятся с 58% до 28% для 2-х ламп и до 2% – для 3-х.

На основе предварительного расчёта, подтверждённого полученными практическим путём данными, следует, что при многофазном включении ламп достигается существенное снижение пульсаций. Оно гарантирует положительный эффект как при обычной защите глаз, так и при устранении опасностей стробоскопических явлений.

Последние достижения в области разработки новейших электронных регуляторов ЭПРА, обеспечивающих питание ламп напряжением высокой частоты (до 40 кГц), позволяют понизить коэффициент пульсации почти до 5 %. При этом надёжность электронной аппаратуры заметно снижается, а её стоимость, наоборот, растёт.

На практике также применяются регулирующие устройства, обеспечивающие питание газоразрядных ламп от источника постоянного тока (в этом случае пульсации освещённости оказываются равными нулю). Но, как и в предыдущей ситуации, за полученный выигрыш приходится расплачиваться рядом ограничений, а именно:

• Высокой стоимостью ЭПРА;
• Большим расходом электроэнергии;
• Недолговечностью таких изделий.

В заключение отметим, что для борьбы с неприемлемыми в нормальных условиях эффектами пульсаций потребуется приложить определённые усилия, частично выражающиеся в дополнительных затратах. Но все они, в конечном счёте, окупаются личной безопасностью и сохранением своего здоровья.

Видео