Teljesítménytényező és THD LED lámpatestek esetén: mit kell tudnia a tervezőnek

A teljesítménytényező (PF) és a teljesítményi torzítás (THD) minden LED adatlapon megtalálható, azonban ritkán kapnak figyelmet – egészen addig, amíg valami nem megy félre: egy váratlan meddő teljesítmény-elszámolás a számláján, kioldott biztosítóautomata vagy egy kondenzátorbattéria, amely egy LED átalakítás után hirtelen problémákat okoz. Ez az útmutató magyarázza, mit jelentenek a PF és THD az ipari berendezésekben, milyen értékeket kell lekérdezni, és mit kell ellenőrizni száz régi lámpatest LED-re való cseréje előtt.

Mit jelent valójában a teljesítménytényező

Egy elektromos fogyasztó látszólagos teljesítményt (S, VA = Volt × Amper) vesz fel a hálózatból. Ennek csak egy része végez hasznos munkát: a hatásos teljesítmény (P, W). A maradék a hálózat és a fogyasztó között ingadozik, anélkül hogy fénnyé vagy hővé alakulna. A teljesítménytényező az aránya:

PF = Hatásos teljesítmény (W) ÷ Látszólagos teljesítmény (VA)

Két tényező csökkenti a lámpatest PF-jét:

• Fáziseltolásdás a feszültség és az áram között (eltolási tényező, cos φ). A klasszikus mágneses előtöltők induktívak voltak; az olcsó LED-driverek gyakran enyhén kapacitívak.
• Torzított áram: az aktív teljesítménytényező-korrekció nélküli driverek rövid impulzusokban veszik fel az áramot, ahelyett hogy egyenletes szinuszhullám lenne. Ez a torzítás THD-nek (teljes harmonikus torzítás) nevezik.

Egy kiváló minőségű LED-driver aktív teljesítménytényező-korrekcióval (PFC) rendelkezik, amely az áramot szinte szinuszos és fázisosztottá tartja: PF 0,95 felett és THD 10–15 % alatt. A PFC nélküli driver 0,5–0,6 PF-et és 80–150 % THD-t mutathat.

Miért fontos ez az ipari berendezésekben

Az alacsony PF / magas THD hatása	Gyakorlati jelentősége
Magasabb áram azonos wattszám mellett	Egy 200W-os lámpatest 0,95-es PF-fel 230V-nál körülbelül 0,92 A-t vesz fel; 0,55-es PF-fel körülbelül 1,6 A-t.
Kevesebb lámpatest áramkörönként	A kábeleket és a biztosítóautomatákat az áramerősséghez, nem a wattszámhoz méretezik. Az alacsony PF felezni tudja a lámpatestek számát áramkörönként.
Veszteségek és hőmérséklet-emelkedés	Az túlzott áram a kábeleket, transzformátorokat és a nullavezetőt melegíti.
Túlterhelt nullavezeték	A sok egyfázisú driverből származó harmadik rendű felharmonikusok egy háromfázisú rendszer nullavezetőjében összeadódnak, ahelyett hogy kioltanák egymást.
Meddő teljesítménydíjak	Sok hálózatüzemeltető a kereskedelmi csatlakozásokra meddő teljesítményt (kvarh) számlázhat, amely meghaladja a díjmentes kvótát.
Zavarok	A magas felharmonikusok érzékeny készülékeket zavarhatnak és nem kívánt kioldásokat okozhatnak.

Egy egyedi irodai lámpa esetén ez nem játszik szerepet. De egy raktárban 300 LED Csarnokvilágítás hosszú kábelhosszú pálya esetén már igen: a PF és THD meghatározza, hány áramkörre van szükség, milyen munkaigényes a vezetékezés, és mi jelenik meg az energiaszámlán.

Mely értékeket kell kérnie

Paraméter	Javasolt a professzionális lámpatestek esetén	Jogszabályi / normatív hivatkozás
Teljesítménytényező teljes terhelésnél	≥ 0,95	EU Ökodesign Rendelet 2019/2020: Eltolódási tényező ≥ 0,9 a 25W feletti hálózatról táplált fényforrásokra (alacsonyabb minimális értékek az alacsonyabb wattszámokra)
THD (áram) teljes terhelésnél	≤ 10–15 %	EN 61000-3-2, C osztály (világítástechnikai készülékek) a harmonikus áramok határértékét rögzíti
Teljesítménytényező és THD a dimmeléskor	A driver adatlapján feltüntetve, pl. teljesítménytényező ≥ 0,9 50 % terhelésnél	Nem szabályozott; kérjük, ellenőrizze az adatlapot
Bekapcsolási áram	Csúcsáramként és időtartamként feltüntetve, valamint a driverek száma biztosítékköri csoportonként	Szükséges a kapcsolási terv megtervezéséhez

A Meanwell, Sosen, Philips, Tridonic vagy Osram gyártótól származó minőségi driverek jellemzően > 0,95 teljesítménytényezőt és < 10 % THD-t érnek el teljes terhelésnél. Katalógusunkban szereplő összes LED Csarnokvilágítás, LED Reflektor és LED Reflektor > 0,95 teljesítménytényezővel van specifikálva. A driverekről szóló további információkért lásd: LED driver magyarázat.

LED Csarnokvilágítások Sosen vagy Meanwell driverrel – teljesítménytényező > 0,95, 1–10V dimmelhető, 5 év garancia:

Az alábecsült kockázat: Kondenzátor telepek LED-es átállás után

Számos gyár és raktár rendelkezik kondenzátor telepitéssel a meddő teljesítmény kompenzálásához. Ezt az ősrégi telepítésre tervezték: motorok és világítás előtöltővel, mindkettő induktív terhelés. Ha e tekintetben az induktív világítás nagy részét magas teljesítménytényezőjű LED-re cserélik, az induktív terhelés eltűnik – de a kondenzátorok megmaradnak.

Az eredmény túlkompenzáció lehet: a rendszer kapacitívvá válik. Ez a következőkhöz vezethet:

• meddő teljesítmény költségek a kapacitív (előrehaladó) meddő teljesítményre, amelyet egyes hálózati üzemeltetők szintén felszámítanak;
• megemelkedett feszültség alacsony terhelésnél, például éjszaka, amikor csak a világítás működik;
• rezonancia a kondenzátorok és a transzformátor között, amelyet az elektronikus driverek harmonikusai erősítenek meg, amely a kondenzátorokat és a drivereket megrongálhatja.

Javasolt eljárás: Nagyobb átállás előtt vizsgáltassa meg a meglévő kompenzációs rendszert. Az automata (lépcsőzetes) kondenzátor telepek általában az egyes szintek kikapcsolásával alkalmazkodnak; a világítási körökre vagy régi előtöltőkre csatlakoztatott állandó kondenzátorok eltávolítandók. Jelentős harmonikus torzítás esetén a detuned (szűrt) telepek a biztonságosabb választás. Az átállás előtti és utáni energiaMinőség mérése megmutatja, hogy szükséges-e módosítás.

Dimmelés és részleges terheléses üzem

Az LED-driver teljesítménytényezője névleges terhelésének közelében a legmagasabb. Ha erősen dimmelhető vagy a tervezett LED-terhelésnél szignifikánsan kisebb terhelést üzemeltet, a teljesítménytényező csökken és a THD nő. A gyakorlatban:

• Válasszon olyan drivereket, amelyek megfelelnek a lámpatest wattszámának, és ne válasszon túlméretezetteket.
• Olyan telepítésekhez, amelyek túlnyomóan dimmelt üzemmódban működnek (raktárak jelenlét-szabályozással, sportpályák edzési üzemmódban), ellenőrizze a teljesítménytényezőt és a THD-t 50 % terhelésnél az adatlapban.
• Állítható teljesítménnyel rendelkező lámpatestek, amelyeket a legalacsonyabb szintre állítanak be, úgy viselkednek, mint a részlegesen terhelés alatt álló driver; az ilyen beállításnál a minőségi driverek teljesítménytényezője általában még 0,9 felett van.

A dimmelési interfészekről bővebben: 0-10V, 1-10V és TRIAC dimmelés, valamint DALI és fényszabályozás.

Például: a teljesítménytényező hatása a raktárfény-áramkörre

Egy raktár 150W LED Csarnokvilágítást szeretne üzemeltetni 16 A-es áramkörökön (230V). Feltételezve, hogy a kábel és a biztosíték körülbelül 13 A folyamatos terhelést tesz lehetővé:

• Teljesítménytényező 0,95: 150W ÷ (230V × 0,95) ≈ 0,69 A lámpatestenként → körülbelül 18 lámpatest áramköri csoportonként.
• Teljesítménytényező 0,60: 150W ÷ (230V × 0,60) ≈ 1,09 A lámpatestenként → körülbelül 11 lámpatest áramköri csoportonként.

180 lámpatestnél ez 10 helyett 16 áramköri csoportot jelent, a kábel, biztosíték és szerelési idő megfelelő megtakarítása mellett. A gyakorlatban gyakran a bekapcsolási áram szab szorosabb korlátot, mint az állandó áram – ezért mindig vizsgálja meg a driver adatlapját is (lásd LED-lámpa csatlakoztatása).

Ellenőrzőlista vásárlók és telepítők számára

• Teljesítménytényező ≥ 0,95 és THD ≤ 10–15 % teljes terhelésnél az adatlap szerint.
• Teljesítménytényező és THD részterhelésnél, ha a berendezést gyakran dimmelik.
• Bekapcsolási áram és a driverek maximális száma biztosítékautomatánként.
• Kondenzátor-telep meglétét ellenőrizni nagy volumenű korszerűsítés előtt.
• Nullvezeték méretezése felsőharmonikus áramokra – három fázisú berendezések esetén, ahol sok driver van.
• EnergiaMinőség-mérés nagy projektekben az üzembe helyezés után.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a jó teljesítménytényező LED-megvilágítás esetén?

Professzionális lámpatestek esetén a teljesítménytényezőnek teljes terhelésnél 0,95 vagy nagyobbnak kell lennie. A 0,9–0,95 közötti értékek elfogadhatók; a 0,9 alatti érték egyszerű, teljesítménytényező-korrekció nélküli driverre utal.

Fizetni kell többet az áramért alacsony teljesítménytényező esetén?

Az energia munkahatásos teljesítmény (kWh) alapján kerül elszámolásra, így az alacsony teljesítménytényező a kWh értéket közvetlenül nem növeli. Azonban üzleti csatlakozásoknál a meddő teljesítmény (kvarh) felszámítható, és az alacsony teljesítménytényező növeli az áramot, a veszteségeket, valamint a szükséges vezeték- és biztosítékkapacitást.

Mi a THD és miért fontos?

A THD (teljes harmonikus torzítás, Total Harmonic Distortion) azt mutatja, hogy az áram mennyire tér el egy tiszta szinuszhullámtól. A magas THD felmelegíti a vezetékeket és a transzformátorokat, túlterheli a nullvezetéket három fázisú berendezéseknél, és más eszközöket zavarhat. Az ajánlott érték 10–15 % vagy kevesebb.

Van-e jogszabályi minimumteljesítménytényező LED-megvilágításra?

Az EU Ökodesign-rendelet 2019/2020 minimális eltolásos teljesítménytényezőt írja elő hálózatról táplált fényforrásokra, amelyek 25 W felett 0,9-re emelkednek. Az EN 61000-3-2 korlátozza a megvilágítási berendezések felsőharmonikus áramát.

Okozhat LED-korszerűsítés problémákat a kondenzátor-telepemmel?

Igen. Egy régi induktív megvilágításra méretezett kondenzátor-telep a magas teljesítménytényezőjű, kiváló minőségű LED-lámpatestek beépítése után túlkompenzálódhat, és a berendezés kapacitívvé válhat. A kompenzáció nagyobb volumenű korszerűsítés előtt vagy után ellenőrizendő és beállítandó.

Befolyásolja a dimmolás a teljesítménytényezőt?

Igen. Alacsony terhelésnél a teljesítménytényező csökken, és a THD nő. A kiváló minőségű driverek általában 50 %-os terhelésnél is 0,9 fölött maradnak; ellenőrizze az adatlapot, ha a berendezést elsősorban dimmelve üzemeltetik.

Hány LED-lámpatestet csatlakoztathatok egy áramkörhöz?

Ez a lámpatestenként felhasznált áramtól (amely a teljesítménytényezőtől függ) és a driverek bekapcsolási áramától függ. Az adatlap megadja, hogy hány driverre képes egy biztosítékautomata; használja a két érték közül az alacsonyabbat.