Dobór przekroju przewodów dla oświetlenia LED

Przekrój przewodów dla oświetlenia LED

Odpowiednie przewody zasilające do LED-ów to niestety wciąż rzadkość w polskich instalacjach. Dobór odpowiedniego przekroju oraz długości przewodów zasilających systemy oświetlenia LED to bardzo ważny element tych instalacji, choć niestety bardzo często zaniedbywany lub wręcz pomijany podczas projektowania czy instalowania. Prawdopodobnie wynika to z niewiedzy osób projektujących lub wykonujących takie instalacje. Taka niewiedza potrafi jednak doprowadzić do bardzo poważnych, negatywnych konsekwencji prowadzących w najgorszym wypadku nie tylko do uszkodzenia diod LED oraz urządzeń ale nawet do pożaru.

Dlaczego odpowiedni przekrój przewodów jest taki ważny?

Otóż nawet najlepsze przewody nigdy nie są idealnymi przewodnikami i zawsze stanową dla prądu elektrycznego jakiś opór. Im większa długość przewodów oraz im mniejszy przekrój tym opór dla prądu większy. Z prawa Ohma wynika, że jeśli prąd płynie przez opór to pojawia się na tym oporze spadek napięcia. Więc na przewodzie, w którym płynie prąd również taki spadek napięcia się pojawi. Dodatkowo im dłuższy przewód tym większa jego indukcyjność. Te dwa zjawiska niosą za sobą szereg negatywnych konsekwencji.

Konsekwencje złego doboru przekroju przewodów dla oświetlenia LED:

• Po pierwsze na końcu takiego, zbyt cienkiego przewodu dostaniemy napięcie niższe od zasilającego o wartość spadku napięcia. Przy diodach LED, które są nieliniowe i nawet przy małym spadku napięcia zasilania potrafią mocno zmniejszyć swoją jasność ma to ogromne znaczenie. Z żarówkami nie ma takiego problemu.
• Po drugie to stracone na przewodzie napięcie zostanie przez przewód zamienione na moc strat w postaci ciepła. Zatem nie dość, że niepotrzebnie stracimy sporo energii elektrycznej (koszt) to jeszcze przewód będzie się grzał i w drastycznych przypadkach może się stopić izolacja na nim, co może prowadzić do zwarcia czy nawet pożaru.
• Trzecia konsekwencja w postaci zakłóceń pojawi się głównie w przypadku obwodów z regulacją jasności, która w przypadku diod LED odbywa się prawie zawsze poprzez modulację PWM. Warto pamiętać, że systemy RGB również są sterowane modulacją PWM, więc w ich przypadku zawsze warto bardzo dokładnie policzyć przekroje przewodów! Zakłócenia bowiem będą nie tylko mocno skracać żywotność diod LED ale również mogą je uszkadzać.
• W obwodach sterowanych modulacją PWM pojawia się jeszcze jedna konsekwencja złego dobory przekroju. Mianowicie przy zbyt długich oraz zbyt cienkich przewodach mocno nasili się zjawisko magnetostrykcji, czyli wydawania odgłosów akustycznych przez elementy elektroniczne zbudowane z ferromagnetyków. Oznacza to, że zasilacz, sterownik, ściemniacz czy wzmacniacz mogą nam zacząć intensywnie buczeć lub piszczeć. Czasem może to być uciążliwe. Niestety zjawiska tego nie da się wyeliminować całkowicie i można je jedynie tłumić akustycznie. Oczywiście im lepszej jakości podzespoły elektroniczne znajdują się w urządzeniach, tym cichsze będą odgłosy przez nie wydawane ale ze względu na fizykę będą one zawsze obecne. Najbardziej podatne na efekty magnetostrykcji są cewki i transformatory, dlatego zazwyczaj najgłośniejsze bywają zasilacze. Warto więc stosować te szczelne, zalewane żywicą, która dosyć skutecznie tłumi odgłosy wydawane przez elementy indukcyjne zasilacza.

Jak unikać problemów z oświetleniem LED?

Wszystkie powyższe zjawiska są dla nas bardzo niepożądane i podstawowym sposobem na ich uniknięcie jest zapewnienie właściwego przekroju przewodów, minimalizowanie długości połączeń oraz dążenie do uzyskania jak najmniejszych prądów w obwodach. W tym ostatnim przydają się wzmacniacze dla LED, które pozwalają rozproszyć instalację na kilka mniejszych ale sterowanych z jednego miejsca. Przewody sygnałowe do wzmacniacza mogą być nawet bardzo długie i dzięki temu przewody zasilające możemy skrócić do minimum instalująca zasilacz i wzmacniacz tuż obok podłączanego obwodu. Dzięki rozproszeniu na kilka mniejszych obwodów w każdym z nich płynie też mniejszy prąd, więc tak spadki napięć, jak i zakłócenia mniejsze.

Zbyt mały przekrój przewodów zasilających lub ich spora długość przy zastosowaniu modulacji PWM (najczęstsza metoda regulacji jasności lub koloru diod LED) powoduje generowanie dużych zakłóceń, które drastycznie rosną wraz ze wzrostem mocy obwodu. Jeśli więc źle dobierzemy przekroje przewodów i/lub poprowadzimy je na dużych odległościach to może się okazać, że nasza instalacja LED zakłóca telefony komórkowe, sieć WiFi, BlueTooth czy odbiór radia i telewizji! A to wcale nie najpoważniejsze konsekwencje. Zakłócenia bowiem to nic innego jak krótkie impulsy o napięciu wyższym niż zasilające, które będą uszkadzać diody LED, a nawet same urządzenia sterujące. Może wiec dojść (i niestety często dochodzi) do sytuacji, że zły dobór przekroju przewodów jest powodem nieustannych usterek instalacji oświetlenia LED, które generują olbrzymie koszty. Więcej na ten temat mogą Państwo przeczytać w naszym artykule: „Zakłócenia i przepięcia w obwodach LED„.

Jak poprawnie podłączyć taśmy LED!

Taśma LED nie zastępuje przewodu. Dlatego w instalacjach z taśmami LED należy wziąć pod uwagę, że sam pasek LED również przewodzi prąd, a przecież jej ścieżki mają bardzo mały przekrój (zazwyczaj około 0.3 mm²), więc podłączanie długich odcinków taśmy LED bez dodatkowego doprowadzenia zasilania kablami co kilka metrów jest bardzo złym pomysłem. Niestety bardzo często spotykanym. A wystarczy do takiej taśmy co 2-5 metrów (w zależności od mocy) doprowadzić zasilanie dodatkowym przewodem aby odciążyć taśmę, zmniejszyć jej grzanie się oraz ograniczyć spadki napięć. Przykład błędnego oraz poprawnego podłączenia znajduje się na rysunku poniżej:

Pamiętajmy, że spadki napięć na przewodach to nie tylko zmniejszenie jasności świecenia diod LED oraz dodatkowe generowanie ciepła ale również, a może nawet przede wszystkim główny powód powstawania zakłóceń i przepięć, które uszkadzają diody oraz urządzenia sterujące. Ponadto małe przekroje ścieżek na taśmach LED na skutek wysokiej rezystancji sprawiają, że nie zadziałają zabezpieczenia przeciwzwarciowe w zasilaczach jeśli taśma jest niepoprawnie podłączona. Zatem w przypadku zwarcia na końcu takiej taśmy, która nie posiada równolegle doprowadzonego zasilania przewodem o właściwym przekroju, zasilacz się nie wyłączy, a taśma ulegnie uszkodzeniu lub nawet spaleniu! Jest to bardzo niebezpieczne i może nawet prowadzić do pożaru.

Jak to wszystko policzyć?

Niektórzy instalatorzy lub projektanci dobierają przekrój przewodów zasilających „na oko”, co może się i sprawdza przy bardzo malutkich instalacjach ale zdecydowanie nie polecamy takiej metody dla oświetlenia LED, gdyż bardzo łatwo się pomylić i dać zbyt mały przekrój. Zwłaszcza mając przyzwyczajenia z instalacji zasilanych napięciem 230 VAC. Dla niskiego napięcia zasilania przekroje zazwyczaj muszą być zdecydowanie większe z uwagi na większe prądy płynące przy podobnych mocach. Ich żmudne liczenie „na piechotę” jest dobrym rozwiązaniem chyba tylko dla matematycznych geniuszy lub hobbystów.
Dlatego przygotowaliśmy dla Państwa kalkulator przekroju przewodów dla oświetlenia LED, który pomoże szybko i łatwo poradzić sobie z problemem. Wystarczy wybrać czy chcemy liczyć na podstawie mocy źródeł światła LED czy prądu przez nie pobieranego, a następnie wpisać właściwe wartości i kliknąć przycisk policz. Jako wynik otrzymają Państwo minimalny zalecany przekrój przewodów oraz dodatkowo spadek napięcia, jaki pojawi się na przewodzie.

Krzysztof Ratyński