LED-valaistus on energiatehokasta, mutta sähköverkon näkökulmasta LED-lamppu ei ole aivan yksinkertainen kuorma. Lampun sisällä oleva elektroninen liitäntälaite tasasuuntaa verkkojännitteen ja syöttää LED-ketjuille niille sopivaa tasavirtaa. Yksinkertaisimmissa ratkaisuissa tasasuuntaajan perässä on suodatuskondensaattori, joka latautuu vain jännitteen huipun lähellä. Siksi verkosta otettava virta voi poiketa voimakkaasti sinimuodosta.
Halusin selvittää käytännössä, miltä kaupoissa myytävien E27 LED-lamppujen ottama virta näyttää ja miten mittaustulokset vertautuvat IEC 61000-3-2 -standardin harmonisten virtojen vaatimuksiin. Kirjoitus on jatkoa aiemmalle yli 25 W LED-valaisimien sähkönlaatuvertailulle, jonka lopussa lupasin palata alle 25 W lamppuihin erikseen.
Vertailuun päätyi yhteensä 13 LED-lamppua. Mukana oli 11 uutta Airamin, Osramin, LED Energien ja Voltoluxin lamppua sekä kaksi vanhempaa varastosta löytynyttä lamppua: Airamin 14 W lamppu ja LED-tekniikan alkuajoilta peräisin oleva Clas Ohlsonin 10 W lamppu. Lampuista kymmenen kuuluu tehoalueelle 5–25 W, jolle standardi asettaa vaatimukset. Kolme 4 W lamppua on mukana vertailun vuoksi. Kyse on vertailumittauksesta, ei akkreditoidusta vaatimustenmukaisuustestistä: jokaisesta mallista mitattiin yksi kappale, eikä tuloksia tule lukea virallisiksi hyväksyntä- tai hylkäyspäätöksiksi (ks. Tärkeä rajaus).
Testatut lamput
Lamput olivat tavallisia E27-kantaisia lamppuja, joita myydään kotien ja kiinteistöjen yleisvalaistukseen. Valovirrat on poimittu pakkauksista. Airam Onni ja Otso ovat saman sarjan lamppuja eri värilämpötiloilla: Onni 2700 K ja Otso 4000 K.
| Lamppu | Nimellisteho | Mitattu P | Valovirta (pakkaus) | lm/W* | Tausta |
|---|---|---|---|---|---|
| Airam 14 W (vanha) | 14 W | 13,99 W | – | – | Vanha varastolamppu |
| Airam Onni 12 W | 12 W | 12,13 W | 1521 lm | 125 | Uusi |
| Airam Onni 4 W | 4 W | 4,02 W | 470 lm | 117 | Uusi |
| Airam Otso 12 W | 12 W | 11,87 W | 1521 lm | 128 | Uusi |
| Airam Otso 4 W | 4 W | 4,01 W | 470 lm | 117 | Uusi |
| LED Energie 4 W | 4 W | 3,73 W | 470 lm | 126 | Uusi |
| LED Energie 7 W | 7 W | 6,26 W | 806 lm | 129 | Uusi |
| Clas Ohlson 10 W (vanha) | 10 W | 9,87 W | – | – | Vanha, LED-lamppujen alkuajoilta |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | 7,2 W | 7,24 W | 1521 lm | 210 | Uusi |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | 11 W | 10,78 W | 1521 lm | 141 | Uusi |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | 11 W | 10,79 W | 1521 lm | 141 | Uusi |
| Voltolux 8 W | 8 W | 7,67 W | 1055 lm | 138 | Uusi |
| Voltolux 8,5 W | 8,5 W | 8,59 W | 806 lm | 94 | Uusi |
* Pakkauksen valovirta jaettuna mitatulla pätöteholla. Valovirtaa ei mitattu, joten luku on suuntaa-antava.
Mitä IEC 61000-3-2 rajoittaa?
IEC 61000-3-2 (eurooppalaisena standardina EN IEC 61000-3-2) ei määrittele rakennuksen jännitteen laatua, vaan sen, kuinka paljon harmonisia virtoja enintään 16 A vaihevirtaa ottava sähkölaite saa syöttää verkkoon. Vertailu tehtiin standardin EN IEC 61000-3-2:2019+A1:2021 vaatimuksia vasten.
Pienitehoisissa valaistuslaitteissa standardi on kiinnostava. Alle 5 W valaistuslaitteille ei aseteta harmonisten virtojen raja-arvoja lainkaan. Tehoalueella 5–25 W valmistajalle on puolestaan annettu kolme vaihtoehtoista tapaa täyttää vaatimukset. Yli 25 W valaistuslaitteiden rajat ovat selvästi tiukemmat (esimerkiksi viides harmoninen enintään 10 % perusaallosta), ja niiden täyttäminen edellyttää käytännössä aktiivista tehokertoimen korjausta (PFC).
Tehoalueen 5–25 W lampun on täytettävä kokonaisuudessaan vähintään yksi kolmesta vaihtoehdosta. Eri vaihtoehtojen yksittäisiä ehtoja ei voi yhdistellä.
| Vaihtoehto | Periaate | Raja-arvot |
|---|---|---|
| 1 | Yksittäisten harmonisten virtojen tehoon suhteutetut raja-arvot (mA/W) | 3.: 3,4 mA/W · 5.: 1,9 mA/W · 7.: 1,0 mA/W · 9.: 0,5 mA/W · 11.: 0,35 mA/W · 13.–39. (parittomat): 3,85/n mA/W |
| 2 | Virran aaltomuoto sekä I₃/I₁- ja I₅/I₁-suhteet | I₃/I₁ ≤ 86 % ja I₅/I₁ ≤ 61 % sekä kolme virran kulmaehtoa |
| 3 | THD sekä yksittäisten harmonisten suhteelliset rajat | THD ≤ 70 %, I₂/I₁ ≤ 5 %, I₃/I₁ ≤ 35 %, I₅/I₁ ≤ 25 %, I₇/I₁ ≤ 30 %, I₉/I₁ ja I₁₁/I₁ ≤ 20 % |
Vaihtoehdossa 1 raja skaalautuu lampun tehon mukaan. Esimerkiksi Airam Otso 12 W -lampun (mitattu pätöteho 11,87 W) kolmas harmoninen virta saa olla enintään 3,4 mA/W × 11,87 W ≈ 40,4 mA. Harmoniset virrat, jotka ovat pienempiä kuin 5 mA tai 0,6 % lampun syöttövirrasta (näistä suurempi), jätetään arvioinnissa huomiotta. Tämän vertailun lampuilla raja on aina 5 mA.
Vaihtoehdossa 2 vaatimukset ovat erityisen kiinnostavia. Kolmannen harmonisen virran (I₃) pitää olla enintään 86 % perusaallon virrasta (I₁) ja viidennen harmonisen (I₅) enintään 61 %. Lisäksi virran aaltomuodon pitää täyttää kolme kulmaehtoa, jotka mitataan jännitteen nollakohdasta:
- virran pitää ylittää 5 % huippuarvostaan viimeistään 60°:n kohdalla
- virtahuipun pitää esiintyä viimeistään 65°:n kohdalla
- virta ei saa laskea alle 5 %:n rajan ennen 90°:n kohtaa.
Kaikkien näiden ehtojen pitää täyttyä samanaikaisesti. 50 Hz:n verkossa yksi aste vastaa noin 56 mikrosekuntia, joten 60°:n ja 65°:n rajojen välinen ero on vain noin 0,28 millisekuntia.
Musta käyrä on lampun virta ja harmaa jännite, molemmat normalisoituina huippuarvoonsa. Kuparinväriset viivat ovat standardin rajat: virran on ylitettävä 5 %:n kynnys viimeistään 60°:n kohdalla, huipun on oltava viimeistään 65°:n kohdalla, eikä virta saa laskea alle kynnyksen ennen 90°:ta. Vihreä piste = ehto täyttyy, punainen = ei täyty. Kulmat lasketaan jännitteen nollakohdasta.
Mittausjärjestely
Lamppuja syötettiin ohjelmoitavalla GW Instek APS-7050 -vaihtojännitelähteellä 230 V / 50 Hz jännitteellä. Lähteen jännitteen harmoninen kokonaissärö oli mittausten aikana vain 0,03–0,26 %, joten syöttö oli käytännössä puhdas siniaalto.
Pätöteho, virta, näennäisteho, tehokerroin ja virran huippukerroin luettiin APS-7050:n näytöltä. Virran THD ja yksittäiset harmoniset virrat 62. kertalukuun asti mitattiin OWON OWH9811 -teho- ja harmoniamittarilla, jonka näytöltä harmoniset virrat luettiin 1 mA:n resoluutiolla. Laitteiden teho- ja virtalukemat täsmäsivät keskenään hyvin.
Virran aaltomuotoa tutkittiin lisäksi kahdella Pokit Pro -mittarilla, jotka oli kytketty sovelluksen monikanavatilassa yhteen: toinen mittasi jännitettä ja toinen virtaa samanaikaisesti. Oskilloskooppidata vietiin CSV-tiedostoiksi (1000 näytettä 99,9 ms:n ajalta eli noin viisi verkkojaksoa), joista virran ajoitus suhteessa jännitteen nollakohtaan voitiin laskea huomattavasti tarkemmin kuin pelkästä oskilloskooppikuvasta. Jännitteen perusaalto sovitettiin näytteisiin, ja kynnysylitykset interpoloitiin näytteiden välistä. Mittareiden välinen ajoitus tarkistettiin: Pokit-tallenteista laskettu virran perusaallon vaihesiirto poikkesi APS-7050:n tehokertoimesta ja OWONin THD:stä lasketusta arvosta 12 lampulla 13:sta alle 2°, eikä järjestelmällistä ajoitusvirhettä havaittu.
Näin saatiin jokaiselle lampulle virran alkamiskulma (5 %:n kynnys), virtahuipun kulma ja virran loppumiskulma (5 %:n kynnys). CSV-datasta laskettuja I₃/I₁- ja I₅/I₁-suhteita käytettiin OWON-mittarin lukemien tarkistukseen.
Tulokset yhdellä silmäyksellä
Tulokset jakautuivat kahteen selvästi erilaiseen ryhmään. Kahdella lampulla virran THD oli alle 20 % ja tehokerroin yli 0,93. Kaikilla muilla 11 lampulla THD oli 100–152 % ja tehokerroin vain 0,53–0,69.
- Täyttää vaatimukset vertailussa (✓)
- Ei täytä vaatimuksia vertailussa (✗)
- Alle 5 W, ei raja-arvoa (–)
- Vaihtoehdon 3 THD-raja 70 %
Palkin väri kertoo lampun kokonaistuloksen. Kolme lamppua täytti vaatimukset vertailussa, vaikka niiden THD oli yli 100 %, koska ne täyttivät vaihtoehdon 2.
Kuvaajasta näkyy myös kirjoituksen ensimmäinen yllätys: korkea THD ei yksin ratkaise tulosta. Kolme lamppua, joiden THD oli 106–119 %, täytti vertailussa standardin. Toisaalta viisi THD:ltään samaa luokkaa olevaa lamppua (101–142 %) ei täyttänyt sitä.
| Lamppu | Kokonaistulos | P (W) | I (mA) | S (VA) | PF | CF | THD-I (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Clas Ohlson 10 W (vanha) | Täyttää | 9,87 | 46,0 | 10,57 | 0,933 | 1,46 | 15,9 |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | Täyttää | 10,78 | 49,4 | 11,36 | 0,949 | 1,57 | 17,1 |
| Voltolux 8,5 W | Ei täytä | 8,59 | 53,9 | 12,40 | 0,692 | 2,99 | 100,7 |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | Täyttää | 10,79 | 79,3 | 18,25 | 0,591 | 2,85 | 106,5 |
| Voltolux 8 W | Ei täytä | 7,67 | 50,9 | 11,72 | 0,654 | 3,08 | 112,0 |
| LED Energie 7 W | Ei täytä | 6,26 | 42,0 | 9,67 | 0,647 | 3,15 | 113,8 |
| Airam Onni 12 W | Täyttää | 12,13 | 89,7 | 20,63 | 0,587 | 3,32 | 118,6 |
| Airam Otso 12 W | Täyttää | 11,87 | 88,1 | 20,27 | 0,585 | 3,34 | 119,4 |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | Ei täytä | 7,24 | 58,8 | 13,53 | 0,534 | 3,63 | 124,6 |
| Airam 14 W (vanha) | Ei täytä | 13,99 | 112,4 | 25,84 | 0,541 | 3,98 | 142,1 |
| Airam Onni 4 W | Ei raja-arvoa | 4,02 | 32,0 | 7,35 | 0,546 | 3,36 | 143,6 |
| Airam Otso 4 W | Ei raja-arvoa | 4,01 | 32,0 | 7,37 | 0,544 | 3,38 | 144,5 |
| LED Energie 4 W | Ei raja-arvoa | 3,73 | 30,5 | 7,02 | 0,530 | 3,51 | 151,6 |
P, I, S, PF (tehokerroin) ja CF (virran huippukerroin) GW Instek APS-7050:n näytöltä, THD-I OWON OWH9811:ltä. Siniaallon huippukerroin on 1,41. Kokonaistulos: täyttääkö lamppu vertailumittauksessa vähintään yhden IEC 61000-3-2:n kolmesta vaihtoehdosta.
Nämä lamput eivät täyttäneet vaatimuksia – ja näin paljon puuttui
Alla oleva taulukko kokoaa jokaisen 5–25 W lampun tuloksen kaikissa kolmessa vaihtoehdossa. Ylimpänä ovat lamput, jotka eivät täyttäneet vaatimuksia, siinä järjestyksessä, että ensimmäisenä on lähimpänä vaatimusten täyttymistä ollut lamppu.
| Lamppu | Kokonaistulos | Vaihtoehto 1harmoniset, mA/W-rajat | Vaihtoehto 2I₃/I₁, I₅/I₁ ja kulmat | Vaihtoehto 3THD ja suhteelliset rajat |
|---|---|---|---|---|
| Osram LED Classic A100 7,2 WTHD 125 % · PF 0,53 | Ei täytälähimpänä: vaihtoehto 2 | Ei täytä 9/9 harmonista ylittää · pahin 15. harm. 7 mA / raja 1,9 mA (3,8×) | Ei täytä I₅/I₁ 62,9 % (+1,9 %-yks.) | Ei täytä THD 125 % (raja 70 %) · 6/7 rajaa ylittyy |
| Voltolux 8,5 WTHD 101 % · PF 0,69 | Ei täytälähimpänä: vaihtoehto 2 | Ei täytä 5/6 harmonista ylittää · pahin 9. harm. 10 mA / raja 4,3 mA (2,3×) | Ei täytä huippu 69,4° (+4,4°) | Ei täytä THD 101 % (raja 70 %) · 5/7 rajaa ylittyy |
| Voltolux 8 WTHD 112 % · PF 0,65 | Ei täytälähimpänä: vaihtoehto 2 | Ei täytä 5/6 harmonista ylittää · pahin 9. harm. 11 mA / raja 3,8 mA (2,9×) | Ei täytä alku 61,2° (+1,2°) · huippu 72,6° (+7,6°) | Ei täytä THD 112 % (raja 70 %) · 5/7 rajaa ylittyy |
| LED Energie 7 WTHD 114 % · PF 0,65 | Ei täytälähimpänä: vaihtoehto 2 | Ei täytä 4/5 harmonista ylittää · pahin 9. harm. 10 mA / raja 3,1 mA (3,2×) | Ei täytä alku 63,5° (+3,5°) · huippu 72,0° (+7,0°) | Ei täytä THD 114 % (raja 70 %) · 5/7 rajaa ylittyy |
| Airam 14 W (vanha)THD 142 % · PF 0,54 | Ei täytälähimpänä: vaihtoehto 2 | Ei täytä 14/14 harmonista ylittää · pahin 15. harm. 14 mA / raja 3,6 mA (3,9×) | Ei täytä I₃/I₁ 89,8 % (+3,8 %-yks.) · I₅/I₁ 72,4 % (+11,4 %-yks.) · huippu 67,3° (+2,3°) | Ei täytä THD 142 % (raja 70 %) · 6/7 rajaa ylittyy |
| Clas Ohlson 10 W (vanha)THD 16 % · PF 0,93 | Täyttäävaihtoehto 1 ja 3 | Täyttää pahin 3. harm. 5 mA / raja 33,6 mA (15 % rajasta) | Ei täytä huippu 70,6° (+5,6°) | Täyttää THD 15,9 % |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmableTHD 17 % · PF 0,95 | Täyttäävaihtoehto 1 ja 3 | Täyttää pahin 3. harm. 7 mA / raja 36,7 mA (19 % rajasta) | Ei täytä huippu 72,8° (+7,8°) | Täyttää THD 17,1 % |
| Osram LED Value Classic A100 11 WTHD 106 % · PF 0,59 | Täyttäävaihtoehto 2 | Ei täytä 9/9 harmonista ylittää · pahin 11. harm. 10 mA / raja 3,8 mA (2,6×) | Täyttää kaikki viisi ehtoa täyttyvät | Ei täytä THD 106 % (raja 70 %) · 3/7 rajaa ylittyy |
| Airam Onni 12 WTHD 119 % · PF 0,59 | Täyttäävaihtoehto 2 | Ei täytä 13/13 harmonista ylittää · pahin 25. harm. 6 mA / raja 1,9 mA (3,2×) | Täyttää kaikki viisi ehtoa täyttyvät | Ei täytä THD 119 % (raja 70 %) · 6/7 rajaa ylittyy |
| Airam Otso 12 WTHD 119 % · PF 0,59 | Täyttäävaihtoehto 2 | Ei täytä 13/13 harmonista ylittää · pahin 13. harm. 11 mA / raja 3,5 mA (3,1×) | Täyttää kaikki viisi ehtoa täyttyvät | Ei täytä THD 119 % (raja 70 %) · 6/7 rajaa ylittyy |
%-yks. = prosenttiyksikköä. Lihavoitu luku kertoo, kuinka paljon raja ylittyy. Lamppu täyttää vaatimukset vertailussa, jos yksikin vaihtoehto täyttyy kokonaan. Alle 5 mA:n harmoniset on jätetty arvioimatta standardin sivuutussäännön mukaisesti.
Vaatimukset täyttämättä jääneistä lampuista lähimpänä niiden täyttymistä oli Osram LED Classic A100 7,2 W. Sen kaikki kolme kulmaehtoa täyttyivät (58,5°, 63,9° ja 99,0°) ja kolmas harmoninen jäi rajan alle (80,7 %), mutta viides harmoninen oli 62,9 % perusaallosta. Raja ylittyi 1,9 prosenttiyksiköllä. Vaihtoehdossa 1 tilanne oli selvä: kaikki yhdeksän arvioitua harmonista ylittivät rajansa, pahimmillaan 3,8-kertaisesti.
Voltolux 8,5 W täytti vaihtoehdon 2 suhteet selvällä marginaalilla, mutta virtahuippu osui 69,4°:n kohdalle eli 4,4° myöhemmin kuin sallittu. Voltolux 8 W ja LED Energie 7 W puolestaan ottivat virtaa liian myöhään: virta alkoi 61,2°:n ja 63,5°:n kohdalla, ja huippu oli vastaavasti 72,6°:n ja 72,0°:n kohdalla.
Vanha Airam 14 W oli joukon selvin tapaus. Sen viides harmoninen oli 72,4 % perusaallosta (raja 61 %), kolmas 89,8 % (raja 86 %) ja virtahuippu 67,3°:n kohdalla. Vaihtoehdossa 1 kaikki 14 arvioitua harmonista ylittivät rajansa, 15. harmoninen jopa 3,9-kertaisesti.
Osa eroista on pieniä. Vaatimukset täyttämättä jääneistä lampuista ainoa selvä rajatapaus on Osram LED Classic A100 7,2 W, jonka I₅/I₁ ylitti rajan 1,9 prosenttiyksiköllä. Sama epävarmuus koskee myös vaatimukset täyttäneitä Airamin 12 W lamppuja, joiden suhteet jäivät vain 1,5–2,4 prosenttiyksikön päähän rajoista. Akkreditoidussa vaatimustenmukaisuustestissä näiden rajatapausten tulos voisi kääntyä kumpaan suuntaan tahansa. Suurimmat ylitykset, kuten 4,4–7,6° liian myöhään osunut virtahuippu, eivät kuitenkaan selity mittausepävarmuudella.
| Lamppu | Vaihtoehto 2 | I₃/I₁≤ 86 % | I₅/I₁≤ 61 % | Virran alku≤ 60° | Virtahuippu≤ 65° | Virran loppu≥ 90° |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Osram LED Value Classic A100 11 W | Täyttää | 78,2 % | 53,3 % | −69,0° | 57,7° | 98,4° |
| Airam Onni 12 W | Täyttää | 84,5 % | 58,6 % | 52,7° | 59,7° | 101,3° |
| Airam Otso 12 W | Täyttää | 84,3 % | 59,1 % | 53,8° | 60,5° | 102,8° |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | Ei täytä | 80,7 % | ehto ei täyty: 62,9 % +1,9 %-yks. | 58,5° | 63,9° | 99,0° |
| Airam 14 W (vanha) | Ei täytä | ehto ei täyty: 89,8 % +3,8 %-yks. | ehto ei täyty: 72,4 % +11,4 %-yks. | 58,9° | ehto ei täyty: 67,3° +2,3° | 101,3° |
| Voltolux 8,5 W | Ei täytä | 69,4 % | 47,1 % | 57,4° | ehto ei täyty: 69,4° +4,4° | 132,7° |
| Clas Ohlson 10 W (vanha) | Ei täytä | 11,4 % | 6,2 % | −9,8° | ehto ei täyty: 70,6° +5,6° | 164,7° |
| LED Energie 7 W | Ei täytä | 75,6 % | 51,3 % | ehto ei täyty: 63,5° +3,5° | ehto ei täyty: 72,0° +7,0° | 128,9° |
| Voltolux 8 W | Ei täytä | 75,8 % | 51,5 % | ehto ei täyty: 61,2° +1,2° | ehto ei täyty: 72,6° +7,6° | 128,1° |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | Ei täytä | 14,8 % | 6,0 % | −20,2° | ehto ei täyty: 72,8° +7,8° | 152,7° |
| Alle 5 W lamput – rajoja ei sovelleta, arvot vain vertailuksi | ||||||
| Airam Onni 4 W | Ei sovelleta | ehto ei täyttyisi: 94,4 % +8,4 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 74,5 % +13,5 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 62,6° +2,6° | ehto ei täyttyisi: 69,6° +4,6° | 100,6° |
| Airam Otso 4 W | Ei sovelleta | ehto ei täyttyisi: 91,0 % +5,0 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 74,7 % +13,7 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 65,0° +5,0° | ehto ei täyttyisi: 71,0° +6,0° | 102,8° |
| LED Energie 4 W | Ei sovelleta | ehto ei täyttyisi: 91,9 % +5,9 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 77,6 % +16,6 %-yks. | ehto ei täyttyisi: 64,6° +4,6° | ehto ei täyttyisi: 71,9° +6,9° | 100,4° |
Suhteet OWON OWH9811:ltä, kulmat Pokit Pro -CSV-tallenteista laskettuna jännitteen perusaallon nollakohdasta. Negatiivinen alkukulma tarkoittaa, että virta ylittää 5 %:n kynnyksen jo ennen jännitteen nollakohtaa (ehto täyttyy). Alle 5 W lamppujen ✗-merkinnät kertovat, mikä ehto jäisi täyttymättä, jos rajoja sovellettaisiin.
Näytä vaihtoehdon 1 harmoniset virrat lampuittain
| Lamppu | Vaihtoehto 1 | Ylityksiä* | 3.3,4 mA/W | 5.1,9 mA/W | 7.1,0 mA/W | 9.0,5 mA/W | 11.0,35 mA/W | 13.0,296 mA/W | 15.0,257 mA/W |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Clas Ohlson 10 W (vanha) | Täyttää | 0/1 | 5 / 33,6 | 3 / 18,8 (alle 5 mA, sivuutettu) | 2 / 9,9 (alle 5 mA, sivuutettu) | 2 / 4,9 (alle 5 mA, sivuutettu) | 2 / 3,5 (alle 5 mA, sivuutettu) | 1 / 2,9 (alle 5 mA, sivuutettu) | 1 / 2,5 (alle 5 mA, sivuutettu) |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | Täyttää | 0/1 | 7 / 36,7 | 3 / 20,5 (alle 5 mA, sivuutettu) | 2 / 10,8 (alle 5 mA, sivuutettu) | 1 / 5,4 (alle 5 mA, sivuutettu) | 1 / 3,8 (alle 5 mA, sivuutettu) | 1 / 3,2 (alle 5 mA, sivuutettu) | 0 / 2,8 (alle 5 mA, sivuutettu) |
| Voltolux 8,5 W | Ei täytä | 5/6 | 26 / 29,2 | ylittää rajan: 18 / 16,3 | ylittää rajan: 16 / 8,6 | ylittää rajan: 10 / 4,3 | ylittää rajan: 5 / 3,0 | ylittää rajan: 5 / 2,5 | 3 / 2,2 (alle 5 mA, sivuutettu) |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | Ei täytä | 9/9 | ylittää rajan: 43 / 36,7 | ylittää rajan: 29 / 20,5 | ylittää rajan: 16 / 10,8 | ylittää rajan: 11 / 5,4 | ylittää rajan: 10 / 3,8 | ylittää rajan: 8 / 3,2 | ylittää rajan: 6 / 2,8 |
| Voltolux 8 W | Ei täytä | 5/6 | 26 / 26,1 | ylittää rajan: 17 / 14,6 | ylittää rajan: 15 / 7,7 | ylittää rajan: 11 / 3,8 | ylittää rajan: 6 / 2,7 | 4 / 2,3 (alle 5 mA, sivuutettu) | ylittää rajan: 5 / 2,0 |
| LED Energie 7 W | Ei täytä | 4/5 | 21 / 21,3 | ylittää rajan: 14 / 11,9 | ylittää rajan: 12 / 6,3 | ylittää rajan: 10 / 3,1 | ylittää rajan: 5 / 2,2 | 4 / 1,9 (alle 5 mA, sivuutettu) | 4 / 1,6 (alle 5 mA, sivuutettu) |
| Airam Onni 12 W | Ei täytä | 13/13 | ylittää rajan: 49 / 41,2 | ylittää rajan: 34 / 23,0 | ylittää rajan: 20 / 12,1 | ylittää rajan: 13 / 6,1 | ylittää rajan: 12 / 4,2 | ylittää rajan: 11 / 3,6 | ylittää rajan: 8 / 3,1 |
| Airam Otso 12 W | Ei täytä | 13/13 | ylittää rajan: 48 / 40,4 | ylittää rajan: 33 / 22,6 | ylittää rajan: 20 / 11,9 | ylittää rajan: 13 / 5,9 | ylittää rajan: 12 / 4,2 | ylittää rajan: 11 / 3,5 | ylittää rajan: 8 / 3,0 |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | Ei täytä | 9/9 | ylittää rajan: 30 / 24,6 | ylittää rajan: 23 / 13,8 | ylittää rajan: 16 / 7,2 | ylittää rajan: 10 / 3,6 | ylittää rajan: 7 / 2,5 | ylittää rajan: 7 / 2,1 | ylittää rajan: 7 / 1,9 |
| Airam 14 W (vanha) | Ei täytä | 14/14 | ylittää rajan: 58 / 47,6 | ylittää rajan: 46 / 26,6 | ylittää rajan: 33 / 14,0 | ylittää rajan: 21 / 7,0 | ylittää rajan: 15 / 4,9 | ylittää rajan: 15 / 4,1 | ylittää rajan: 14 / 3,6 |
Raja = kerroin × mitattu pätöteho. Kursiivilla merkityt alle 5 mA:n arvot sivuutetaan. * Rajansa ylittävien harmonisten määrä / arvioitujen (≥ 5 mA) harmonisten määrä kertaluvuilla 3–39. Taulukossa näytetään kertaluvut 3–15; kaikki arvot löytyvät mittauspöytäkirjasta.
Näytä vaihtoehdon 3 suhteelliset arvot lampuittain
| Lamppu | Vaihtoehto 3 | THD (%)≤ 70 | I₂/I₁ (%)≤ 5 | I₃/I₁ (%)≤ 35 | I₅/I₁ (%)≤ 25 | I₇/I₁ (%)≤ 30 | I₉/I₁ (%)≤ 20 | I₁₁/I₁ (%)≤ 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Clas Ohlson 10 W (vanha) | Täyttää | 15,9 | 0,0 | 11,4 | 6,2 | 4,7 | 3,9 | 3,3 |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | Täyttää | 17,1 | 0,1 | 14,8 | 6,0 | 3,8 | 2,6 | 2,1 |
| Voltolux 8,5 W | Ei täytä | ylittää rajan: 100,7 | 0,1 | ylittää rajan: 69,4 | ylittää rajan: 47,1 | ylittää rajan: 42,4 | ylittää rajan: 26,1 | 12,3 |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | Ei täytä | ylittää rajan: 106,5 | 0,0 | ylittää rajan: 78,2 | ylittää rajan: 53,3 | 29,8 | 18,7 | 17,9 |
| Voltolux 8 W | Ei täytä | ylittää rajan: 112,0 | 0,2 | ylittää rajan: 75,8 | ylittää rajan: 51,5 | ylittää rajan: 43,8 | ylittää rajan: 33,8 | 17,2 |
| LED Energie 7 W | Ei täytä | ylittää rajan: 113,8 | 0,2 | ylittää rajan: 75,6 | ylittää rajan: 51,3 | ylittää rajan: 44,2 | ylittää rajan: 34,9 | 18,7 |
| Airam Onni 12 W | Ei täytä | ylittää rajan: 118,6 | 0,2 | ylittää rajan: 84,5 | ylittää rajan: 58,6 | ylittää rajan: 34,5 | ylittää rajan: 22,4 | ylittää rajan: 20,7 |
| Airam Otso 12 W | Ei täytä | ylittää rajan: 119,4 | 0,1 | ylittää rajan: 84,3 | ylittää rajan: 59,1 | ylittää rajan: 34,7 | ylittää rajan: 22,2 | ylittää rajan: 22,1 |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | Ei täytä | ylittää rajan: 124,6 | 0,1 | ylittää rajan: 80,7 | ylittää rajan: 62,9 | ylittää rajan: 42,8 | ylittää rajan: 26,9 | ylittää rajan: 20,02 |
| Airam 14 W (vanha) | Ei täytä | ylittää rajan: 142,1 | 0,1 | ylittää rajan: 89,8 | ylittää rajan: 72,4 | ylittää rajan: 51,2 | ylittää rajan: 33,4 | ylittää rajan: 24,3 |
Virta voi näyttää erittäin huonolta – ja lamppu silti täyttää standardin
Yksi mittausten kiinnostavimmista havainnoista oli, kuinka voimakkaasti monien pienitehoisten LED-lamppujen virta poikkesi sinimuodosta.
Esimerkiksi 12 W Airam Otson virran THD oli noin 119 % ja tehokerroin 0,585. Kaikki 13 arvioitua harmonista virtaa ylittivät vaihtoehdon 1 mA/W-rajat, ja vaihtoehdon 3 THD-raja (70 %) ylittyi selvästi.
Ensimmäinen ajatus voisi olla, ettei tällainen lamppu täytä IEC 61000-3-2:n vaatimuksia. Asia ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen.
Otson suhteelliset harmoniset olivat mittauksessa I₃/I₁ = 84,3 %, kun raja on 86 %, ja I₅/I₁ = 59,1 %, kun raja on 61 %. Myös virran aaltomuoto täytti vaihtoehdon 2 kulmaehdot: virta alkoi 53,8°:n kohdalla, virtahuippu esiintyi 60,5°:n kohdalla ja virta pysyi 5 %:n kynnyksen yläpuolella aina 102,8°:n kohtaan.
Vaikka THD on siis korkea ja mA/W-rajat ylittyvät, lamppu voi silti täyttää standardin vaihtoehdon 2 kautta. Sama koskee sisarmallia Airam Onni 12 W, jonka mittaustulokset olivat lähes identtiset (THD 118,6 %, I₃/I₁ 84,5 % ja I₅/I₁ 58,6 %). Lampuissa on todennäköisesti sama liitäntälaite, ja vain värilämpötila on eri. Kolmas tällä tavalla vaatimukset täyttänyt lamppu oli Osram LED Value Classic A100 11 W (THD 106,5 %).
Ovatko LED-liitäntälaitteet optimoitu vaihtoehdon 2 rajoihin?
Mittauksissa näkyi useassa lampussa mielenkiintoinen ilmiö. Virran pääpulssin jälkeen virta ei loppunut kokonaan, vaan sitä seurasi pienempi virta, joka jatkui jännitehuipun yli. Aaltomuoto näyttää siltä, että liitäntälaitteen virranottoa on muotoiltu tarkoituksellisesti.
Tällaisella rakenteella saavutetaan kaksi asiaa:
- I₃/I₁- ja I₅/I₁-suhteita voidaan pienentää.
- Virta voidaan pitää 5 %:n kynnyksen yläpuolella vähintään 90°:n kohtaan saakka.
Tulokset eivät kuitenkaan suoraan tue tätä tulkintaa. Pääpulssin jälkeinen pidempi virranotto näkyi vain Voltolux-lampuissa ja LED Energie 7 W:ssa, eivätkä ne täyttäneet vaihtoehtoa 2 (ks. kuva alla). Kaikilla kolmella vaihtoehdon 2 kautta vaatimukset täyttäneellä lampulla virta oli tavallinen suodatuskondensaattorin latauspulssi, joka laski alle 5 %:n kynnyksen 98–103°:n kohdalla eli vain vähän 90°:n rajan jälkeen – samoin kuin rajat ylittäneillä Airam 14 W:lla ja Osram 7,2 W:lla. Marginaalit olivat silti pieniä: Airamin 12 W lamppujen I₃/I₁ jäi 1,5–1,7 ja I₅/I₁ 1,9–2,4 prosenttiyksikön päähän rajasta.
Mittauksista ei tietenkään voida päätellä valmistajan varsinaista suunnitteluperustetta. Useiden lamppujen tulokset olivat kuitenkin huomattavan lähellä vaihtoehdon 2 raja-arvoja.
Tämä on teknisesti täysin sallittua. Kyse ei ole standardin kiertämisestä, vaan tuotteen suunnittelemisesta yhden standardissa nimenomaisesti sallitun hyväksyntämenetelmän mukaiseksi. Silti havainto herättää kysymyksen siitä, mitä tapahtuu järjestelmätasolla. Siihen palataan nollajohdinta käsittelevässä osiossa.
- Virta (normalisoitu)
- Jännite
- Rajat 60°, 65° ja 90° sekä 5 %:n kynnys
- Ehto täyttyy
- Ehto ei täyty
Käyrät on laskettu Pokit Pro -tallenteista taittamalla noin viisi jaksoa yhden jakson päälle (1° välein keskiarvo). Merkityt kulmat ovat mittauspöytäkirjan arvoja. Vaaka-akseli: kulma jännitteen nousevasta nollakohdasta.
Kuvasta näkyy myös, miksi Voltolux-lamput ja LED Energie 7 W eivät täyttäneet vaihtoehtoa 2: virran porras jatkuu pitkälle, mutta pääpulssi tulee liian myöhään. Virtahuippu osuu 69–73°:n kohdalle eli selvästi 65°:n rajan jälkeen.
Paras tulos: testin ainoa himmennettävä lamppu
Testin paras tulos tuli lampulta, joka oli vertailun ainoa himmennettäväksi soveltuva lamppu: Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable. Sillä oli koko vertailun paras tehokerroin, ja uusista lampuista se oli ylivoimaisesti paras. Samalle tasolle ylsi vain vanha Clas Ohlsonin lamppu, jonka THD ja huippukerroin olivat jopa hieman pienemmät (ks. Myös vanha LED-lamppu yllätti).
- tehokerroin 0,949 – vertailun paras
- virran THD 17,1 %
- kolmas harmoninen 7 mA, kun vaihtoehdon 1 raja on 36,7 mA (19 % sallitusta)
- I₃/I₁ 14,8 % ja I₅/I₁ 6,0 %, kun vaihtoehdon 3 rajat ovat 35 % ja 25 %
- virran huippukerroin 1,57, lähellä siniaallon 1,41:tä.
Lamppu täytti sekä vaihtoehdon 1 että vaihtoehdon 3 suurella marginaalilla. Virta näyttää oskilloskoopilla lähes siniaallolta, ja sen perusaalto on noin 15° jännitettä edellä, eli kuorma on lievästi kapasitiivinen.
Kiinnostava yksityiskohta on, että juuri tämä lamppu ei täyttänyt vaihtoehtoa 2. Sen virtahuippu oli 72,8°:n kohdalla eli 7,8° myöhemmin kuin vaihtoehto 2 sallii. Tämä ei ole puute vaan seurausta siitä, että vaihtoehto 2 on laadittu pulssimaisille virroille. Jännitteen kanssa samanvaiheinen sinimuotoinen virta saavuttaa huippunsa 90°:n kohdalla. Superstarin virta on hieman jännitettä edellä, joten sen huippu osui aiemmaksi, mutta silti selvästi 65°:n rajan jälkeen. Hyvä lamppu siis ”reputtaa” pulssivirroille tarkoitetun aaltomuotoehdon, ja sille oikea arviointitapa on vaihtoehto 1 tai 3.
Miksi himmennettävä lamppu pärjäsi niin hyvin? Lampun sisärakennetta ei tutkittu, mutta yksi todennäköinen selitys on himmennettävyys. Vaihekulmaohjatun himmentimen kanssa toimivan liitäntälaitteen on yleensä kuormitettava himmennintä koko sen johtavan jakson ajan, jotta himmennin pysyy johtavana. Siksi himmennettävissä lampuissa käytetään usein liitäntälaitetta, joka ottaa virtaa tasaisemmin koko puolijakson ajan. Tällainen virranotto on sinimuotoisempaa ja parantaa tehokerrointa. Kaikki himmennettävät lamput eivät kuitenkaan ole tällaisia, eikä himmennettävyys ole edellytys hyvälle sähkönlaadulle: vanha Clas Ohlsonin lamppu ylsi lähes samaan ilman himmennysominaisuutta. Superstar mitattiin ilman himmennintä täydellä 230 V:n jännitteellä; himmentimen kanssa virran muoto ja harmoniset muuttuvat.
Energialuokka A ei kerro sähkönlaadusta
Viisi vertailun lampuista on pakkauksen mukaan valovirraltaan samanlaisia: 1521 lm, eli 100 W hehkulamppua vastaavia. Niiden vertailu näyttää, kuinka eri asioita energiamerkintä ja sähkönlaatu kuvaavat.
| Lamppu | Kokonaistulos | Energialuokka (pakkaus) | P | I | S | PF | THD-I |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | Täyttää | D | 10,78 W | 49,4 mA | 11,4 VA | 0,949 | 17,1 % |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | Ei täytä | A | 7,24 W | 58,8 mA | 13,5 VA | 0,534 | 124,6 % |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | Täyttää | D | 10,79 W | 79,3 mA | 18,3 VA | 0,591 | 106,5 % |
| Airam Otso 12 W | Täyttää | E | 11,87 W | 88,1 mA | 20,3 VA | 0,585 | 119,4 % |
| Airam Onni 12 W | Täyttää | E | 12,13 W | 89,7 mA | 20,6 VA | 0,587 | 118,6 % |
| 100 W hehkulamppu (laskennallinen) | – | – | 100 W | 435 mA | 100 VA | 1,000 | ≈ 0 % |
Energialuokan A Osram LED Classic A100 ottaa pätötehoa 7,24 W, eli noin kolmanneksen vähemmän kuin D-luokan Superstar (10,78 W). Pulssimaisen ja jännitettä selvästi edellä olevan virtansa vuoksi se kuitenkin ottaa verkosta 19 % enemmän virtaa (58,8 mA vs. 49,4 mA), ja sen näennäisteho on 13,5 VA (Superstar 11,4 VA). Energialuokka perustuu valotehokkuuteen eli valovirtaan pätötehoa kohden (lm/W), eikä energiamerkintä kerro, millaista virtaa lamppu verkosta ottaa. E-luokan Airamin 12 W lamput puolestaan täyttivät vertailussa vaihtoehdon 2.
Mittasuhteet kannattaa silti pitää mielessä: kaikki vertailun LED-lamput kuormittavat verkkoa silti huomattavasti vähemmän kuin 100 W hehkulamppu, jonka virta olisi noin 435 mA. Huonoimmankin 1521 lm LED-lampun virta oli noin viidesosa tästä.
Myös vanha LED-lamppu yllätti
Vertailussa oli mukana vanha Clas Ohlsonin 10 W LED-lamppu LED-valaistuksen alkuajoilta. Se osoittautui sähköisiltä ominaisuuksiltaan erinomaiseksi: virran THD oli 15,9 %, vertailun pienin, ja tehokerroin 0,933. Lamppu täytti sekä vaihtoehdon 1 että vaihtoehdon 3, ja sen kolmas harmoninen oli vain 5 mA (15 % vaihtoehdon 1 rajasta).
Toinen varastosta löytynyt lamppu, Airamin vanha 14 W malli, ylitti puolestaan 5–25 W lampuista selvimmin raja-arvot: THD 142 %, tehokerroin 0,54 ja virran huippukerroin lähes 4, vertailun suurin. Lampun valmistusvuotta ja käyttöhistoriaa ei tunneta, ja sen markkinoille tulon aikaan voimassa ollut standardiversio on voinut poiketa nykyisestä, joten tulos ei kerro valmistajan nykyisistä tuotteista. Vertailun kaksi vanhinta lamppua osuivat siis tulosten ääripäihin.
Uudempi ei siis automaattisesti tarkoita parempaa sähkönlaatua – eikä vanhempi huonompaa. LED-lampun hyötysuhde, materiaalimäärä, hinta, koko, käyttöikä ja EMC-ominaisuudet ovat tekijöitä, joiden välillä suunnittelussa joudutaan tekemään kompromisseja.
Alle 5 W lamput: ei rajoja – eniten säröä
Vertailun kolme 4 W lamppua – Airam Onni 4 W, Airam Otso 4 W ja LED Energie 4 W – jäävät standardin raja-arvojen ulkopuolelle. Niiden virta oli koko vertailun säröisintä: THD 144–152 % ja tehokerroin 0,53–0,55.
Jos 5–25 W lamppujen rajoja sovellettaisiin, mikään 4 W lampuista ei täyttäisi yhtäkään vaihtoehtoa. Kolmas harmoninen oli 91–94 % perusaallosta (vaihtoehdon 2 raja 86 %), ja virta alkoi ja huipentui liian myöhään. Yksittäinen 4 W lamppu on pieni kuorma, mutta rakennuksissa niitä voi olla paljon. Myös 4 W sisarmallien Onni ja Otso mittaustulokset olivat lähes identtiset, kuten 12 W versioidenkin.
Yksi 12 W lamppu on pieni kuorma – tuhat lamppua ei enää ole
Pienitehoisten valaistuslaitteiden lievemmät vaatimukset ovat ymmärrettäviä yhden laitteen näkökulmasta. Yhden 12 W LED-lampun verkosta ottamat harmoniset virrat ovat absoluuttisesti pieniä: Otson kolmas harmoninen on 48 mA.
Rakennuksessa tilanne voi olla toinen. Jos valaistus koostuu sadoista tai tuhansista samanlaisista pienitehoisista LED-liitäntälaitteista, niiden harmoniset virrat eivät katoa.
Erityisen kiinnostava on kolmas harmoninen. Tasaisesti kolmelle vaiheelle jaetun kuorman 50 Hz:n perusaaltovirrat kumoutuvat nollajohtimessa. Kolmas harmoninen ja muut kolmella jaolliset harmoniset (9., 15., 21. jne.) ovat sen sijaan kaikissa kolmessa vaihejohtimessa samanvaiheisia ja summautuvat yhteiseen nollajohtimeen. Ilmiö koskee siis kolmivaiheisia johtoja, joissa vaiheilla on yhteinen nollajohdin, kuten keskusten syöttökaapeleita.
Kahden jakson (40 ms) aikana jokaisessa vaiheessa on neljä virtapulssia. Eri vaiheiden pulssit eivät osu ajallisesti päällekkäin, joten ne eivät voi kumota toisiaan: nollajohtimeen kulkevat kaikkien vaiheiden pulssit, yhteensä 12 pulssia 40 ms:ssa, ja nollajohtimen virta on taajuudeltaan pääosin 150 Hz. Laskettu mitatusta aaltomuodosta, ideaalinen symmetrinen verkko.
Laskelmassa tuhat Otso 12 W -lampun kaltaista kuormaa on jaettu tasan kolmelle vaiheelle. Jokaisen vaihejohtimen virta on tällöin noin 29 A, mutta nollajohtimen virraksi tulee noin 51 A – noin 1,7-kertainen vaihevirtaan verrattuna. Pelkästään kolmas harmoninen tuottaisi nollajohtimeen 1000 × 48 mA = 48 A. Kun eri vaiheiden virtapulssit eivät osu ajallisesti päällekkäin, nollajohtimen RMS-virta on √3 ≈ 1,73 kertaa vaihevirta. Otson tulos on käytännössä juuri tämä.
Vertailun vuoksi Superstarilla vastaavat luvut olisivat noin 16 A vaihetta kohden ja 7 A nollajohtimessa, vaikka valoa tulisi yhtä paljon. Tuhannella 100 W hehkulampulla vaihevirta olisi noin 145 A ja nollajohtimen virta käytännössä nolla.
| Lamppu (kaikki 1521 lm) | Pätöteho yhteensä | Vaihevirta | Nollajohtimen virta | IN / Ivaihe |
|---|---|---|---|---|
| Airam Otso 12 W | 11,9 kW | 29 A | 51 A | 1,7 |
| Airam Onni 12 W | 12,1 kW | 30 A | 52 A | 1,7 |
| Osram LED Value Classic A100 11 W | 10,8 kW | 26 A | 45 A | 1,7 |
| Osram LED Classic A100 7,2 W | 7,2 kW | 20 A | 33 A | 1,7 |
| Osram LED Superstar Classic A100 11 W dimmable | 10,8 kW | 16 A | 7 A | 0,4 |
| 100 W hehkulamppu (laskennallinen vertailu) | 100 kW | 145 A | 0 A | 0 |
Laskenta: lampun mitattu virta-aaltomuoto (Pokit, skaalattu APS:n RMS-virtaan) on summattu kolmesta 120° vaihesiirretystä vaiheesta. Oletuksena ovat identtiset lamput, symmetrinen sinimuotoinen jännite ja ideaalinen verkko. Hehkulamppu on laskettu resistiivisenä kuormana (230 V, 100 W).
- Vaihevirta (RMS)
- Nollajohtimen virta N (RMS)
Taulukko yllä sisältää samat luvut. 100 W hehkulampuilla vaihevirta olisi noin 145 A ja nollajohtimen virta 0 A.
Todellisessa rakennuksessa tulos ei tietenkään skaalaudu näin täydellisesti. Liitäntälaitteiden toleranssit, verkon impedanssit, kuormien epätasainen jakautuminen vaiheille ja eri kuormien harmonisten vaihekulmat vaikuttavat harmonisten summautumiseen. Esimerkki kuitenkin havainnollistaa, miksi yksittäisen tuotteen vaatimustenmukaisuus ja koko sähköjärjestelmän sähkönlaatu ovat kaksi eri asiaa.
Asia on myös sähköasennusten mitoituskysymys. SFS 6000 edellyttää, että harmonisten virtojen aiheuttama nollajohtimen kuormitus otetaan huomioon johtimien mitoituksessa. Kun kolmannen harmonisen osuus vaihevirrasta on suuri, nollajohtimen virta voi määrätä koko kaapelin mitoituksen, eikä nollajohdinta voi tehdä vaihejohtimia ohuemmaksi.
Harmoniset vaikuttavat myös muuntajiin ja varavoimaan
Suuret harmoniset virrat kasvattavat kaapeleiden ja muuntajien häviöitä. Muuntajassa korkeammat taajuudet lisäävät myös pyörrevirta- ja lisähäviöitä. Tavallisessa kolmio–tähti-kytketyssä (Dyn) jakelumuuntajassa kolmella jaolliset harmoniset kiertävät kolmiokäämityksessä ja lämmittävät muuntajaa, vaikka ne eivät näy yläjännitepuolen virrassa.
Tilanne voi korostua generaattori- ja UPS-käytössä. Jakeluverkkoon verrattuna generaattorin ja UPS-laitteen lähdeimpedanssi on suhteessa kuormaan usein selvästi suurempi. Kun suuri määrä epälineaarisia kuormia ottaa verkosta voimakkaasti pulssimaista virtaa, generaattorin tai UPS-laitteen lähtöjännitteen aaltomuoto voi säröytyä.
Tällöin voi syntyä ketju:
harmoninen virta → verkon impedanssi → harmoninen jännite → suurempi jännitteen THD → vaikutus myös muihin kuormiin
Tästä syystä esimerkiksi suuren LED-valaistuskuorman käyttäytyminen varavoimalla voi olla kiinnostavampi kysymys kuin yksittäisen valaisimen EMC-testitulos. Aiemmassa yli 25 W valaisimien vertailussa tutkittiin, miten valaisimet käyttäytyvät jo valmiiksi säröytyneessä verkossa.
Mitä mittauksesta voidaan päätellä?
Mittaukset osoittivat ainakin neljä asiaa.
Ensinnäkin pelkkä THD-luku ei riitä kertomaan, täyttääkö 5–25 W LED-lamppu IEC 61000-3-2:n vaatimukset. Hyvin korkean THD:n lamppu voi täyttää standardin aaltomuotovaihtoehdon kautta, ja vertailussa näin kävi kolmelle lampulle.
Toiseksi useiden lamppujen virtamuodot näyttävät olevan hyvin lähellä juuri vaihtoehdon 2 rajoja. Siksi pelkkä harmoniamittaus ei aina ratkaise asiaa, vaan myös virran ajoitus suhteessa verkkojännitteeseen on mitattava. Niistä viidestä lampusta, jotka eivät täyttäneet vaatimuksia, neljällä vaihtoehto 2 jäi täyttymättä ainakin osittain kulmaehtojen vuoksi.
Kolmanneksi tuotekohtainen standardinmukaisuus ei yksin takaa, että suuren rakennuksen kokonaisvalaistus olisi sähkönlaadun näkökulmasta merkityksetön kuorma. Standardin vaatimukset täyttävät pulssivirtalamput voivat kuormittaa nollajohdinta vaihejohtimia enemmän.
Neljänneksi hyvä sähkönlaatu on mahdollista myös tavallisessa E27-lampussa. Testin paras lamppu, himmennettävä Osram Superstar, sekä vuosia vanha Clas Ohlsonin lamppu osoittavat, että lähes sinimuotoinen virta on toteutettavissa. Sähkönlaatu on siis pitkälti valmistajan valinta, ja siksi suuria valaistuskohteita suunniteltaessa kannattaa kiinnittää huomiota wattien lisäksi myös tehokertoimeen ja harmonisiin virtoihin.
Tärkeä rajaus
Tämä tutkimus oli vertailumittaus, ei akkreditoitu IEC 61000-3-2 -vaatimustenmukaisuustestaus.
Käytettyä OWON OWH9811 -mittaria ei ole osoitettu tässä mittausjärjestelyssä IEC 61000-4-7 -standardin mukaiseksi harmonisten analysaattoriksi, eikä kaikkia viralliseen vaatimustenmukaisuustestaukseen kuuluvia mittaus- ja havaintoaikaehtoja toteutettu. Lisäksi:
- jokaisesta mallista mitattiin yksi kappale; Airamin, LED Energien ja Clas Ohlsonin lamppujen teho- ja harmoniamittaukset tehtiin 4.10. ja Pokit-tallenteet 5.10., joten näillä lampuilla vaihtoehdon 2 suhteet ja kulmat ovat eri mittauskerroilta
- APS- ja OWON-arvot ovat näytöltä luettuja hetkellisiä lukemia, eivät standardin edellyttämiä tasoitettuja arvoja pitkältä havaintojaksolta
- harmoniset virrat luettiin mittarin näytöltä 1 mA:n resoluutiolla, mikä rajoittaa erityisesti pienten harmonisten tarkkuutta
- Pokit-tallenteen näyteväli on noin 1,8°, joten kulmatuloksissa on noin asteen suuruusluokkaa oleva epävarmuus
- valovirtoja ei mitattu, vaan ne on poimittu pakkauksista.
Tuloksia ei siksi tule tulkita yksittäisten tuotteiden virallisiksi hyväksyntä- tai hylkäyspäätöksiksi. Mittaukset soveltuvat kuitenkin hyvin tuotteiden keskinäiseen vertailuun ja osoittavat käytännössä, miten erilaisia saman teholuokan LED-lamppujen verkkovirrat voivat olla.
Mittauspöytäkirja ja Excel-pohja
Kaikki mittaustulokset, raja-arvolaskelmat ja Pokit-käyrät on koottu Excel-mittauspöytäkirjaan. Pöytäkirjaa voi käyttää myös pohjana omille harmoniamittauksille: vaihtoehdon 1 raja-arvot ja ylitykset sekä vaihtoehdon 2 ehdot lasketaan kaavoilla, joten omat mittausarvot voi syöttää valmiiseen rakenteeseen.
- Yhteenveto – lamppukohtainen tulos kaikissa kolmessa vaihtoehdossa
- V2 suhteet – vaihtoehdon 2 suhteet ja kulmaehdot
- Mittausarvot – APS-7050:n ja OWON OWH9811:n lukemat
- Harmoniset – harmoniset virrat 2.–39. kertaluvulle ja vaihtoehdon 1 raja-arvot
- Aaltomuoto – kulmaehdot sekä vaihtoehdon 3 suhteet
- Pokit CSV analyysi ja Pokit käyrät – CSV-tallenteiden analyysi ja normalisoidut käyrät rajoineen
- Menetelmä – raja-arvot, laskentatavat ja tulkintarajoitukset
Lataa mittauspöytäkirja (Excel)
Liite: kaikkien lamppujen virtakuvaajat
Pokit Pro -kuvakaappaukset kaikista lampuista virran THD:n mukaan järjestettynä. Punainen käyrä on jännite ja keltainen virta. Huomaa, että pystyasteikot vaihtelevat kuvien välillä.
Mirus Electrum Oy tekee sähkölaitteistojen varmennus- ja määräaikaistarkastuksia sekä sähköteknisiä mittauksia ja selvityksiä. LED-valaisimien sähkönlaatu kannattaa mitata ennen suurta valaistushankintaa.