Transiënten: Installatieaspecten van verlichting
Case Transiënten: Installatieaspecten van verlichting
Een verlichtingsinstallatie wordt vooral ontworpen op vele lichttechnische aspecten als verlichtingsniveau, kleurhelderheid, contrast en dergelijke. Maar het is ook van belang dat het licht blijft branden. Daarom moet ook naar de elektrotechnische aspecten van de verlichting worden gekeken, bijvoorbeeld: vermogens, arbeidsfactor, harmonischen en inschakelstromen.
Aansluitvermogen en arbeidsfactor
Voor het bepalen van het maximaal aantal aan te sluiten lampen op een groep, moet gekeken worden naar het schijnbare vermogen per lamp. Meestal wordt het vermogen van een lamp aangegeven met het actieve of wattvermogen. Een spaarlamp van 12 W bijvoorbeeld of een ledlamp van 3,5 W. Deze wattvermogens zijn geen goede indicatie voor het totale aantal lampen per eindgroep. Stel dat we uitgaan van een 16 A-eindgroep. Dan zal het in totaal aan te sluiten schijnbare vermogen gelijk zijn aan:
Om te berekenen wat het totale schijnbare vermogen per lamp is, moet de arbeidsfactor PF (power factor) van de lamp bekend zijn. Deze arbeidsfactor kan enorm verschillen per type lamp. Er zijn verschillen gemeten van 0,05 tot 0,98. Het totale schijnbare vermogen van een lamp kan worden berekend met:
Een voorbeeld van een lamp waaraan gemeten is, is de 12 W-spaarlamp van de onderstaande afbeeldingen en tabel.
Metingen gedaan aan een 12 W-spaarlamp
Vectordiagram van de spanning en stroom van een 12 W-spaarlamp
Totale harmonische vervorming in de stroom
Het verschil in PF en DPF is van groot belang. PF is de totale arbeidsfactor. DPF is de displacement power factor, het blindvermogen veroorzaakt door de faseverschuiving tussen de fundamentele spanning en stroom.
Naast dit fundamentele blindvermogen wordt ook door de harmonischen blindvermogen gegenereerd, blindvermogen dat niet kan worden gecompenseerd met spoelen of condensatoren. Dit distortieblindvermogen kan alleen worden verlaagd door de harmonische stromen te verlagen.
Kijken naar het schijnbare vermogen van de lamp kunnen op een eindgroep ongeveer 180 lampen worden aangesloten. Dit zou in de praktijk problemen opleveren, zeker als deze lampen gelijktijdig zouden worden ingeschakeld.
Harmonischen
Een ander aspect waar rekening mee moet worden gehouden, zijn de harmonische stromen die aanwezig zijn ten gevolge van de stroomvorm. Deze stroomvorm, zoals te zien in de afbeelding Metingen gedaan aan een 12 W-spaarlamp, is niet sinusvormig. Dat betekent dat er harmonische stromen aanwezig zijn. In de afbeelding hieronder is het harmonische spectrum weergegeven van de gemeten lamp.
Harmonische componenten in de stroom van de spaarlamp
De totale harmonische vervorming THDi kan worden berekend met de formule:
Voor de gemeten spaarlamp is de THDi in de stroom gelijk aan 115%. Het aandeel 3e harmonischen bedraagt 70%. Dit betekent ook dat een nulgeleider voor de voeding van een verdeelinrichting met veel van deze lampen zwaar belast zal worden. De nulstroom kan aanzienlijk groter worden dan de fasestroom. De leiding moet daarom worden uitgelegd op deze nulstroom en niet op de lagere fasestroom.
Inschakelstromen
Een belangrijk(er) aspect waarmee rekening moet worden gehouden als bekeken wordt hoeveel lampen op een eindgroep kunnen worden aangesloten, is de inschakelstroom van de lampen. Nu is dit geen vast gegeven, maar afhankelijk van het moment waarop de lamp wordt ingeschakeld. In de afbeelding Mogelijke inschakelstroom van een 11 W-spaarlamp is de inschakelstroom weergegeven van een 11 W-spaarlamp. Wordt de lamp ingeschakeld op de nuldoorgang van de spanning, dan bedraagt de piekwaarde van de stroom ongeveer 0,4 A. Indien de lamp wordt ingeschakeld op het moment dat de spanning maximaal is, dan bedraagt de piekstroom circa 5 A.
a Op het moment dat de spanning 0 is
b Op het moment dat de spanning maximaal is
Mogelijke inschakelstroom van een 11 W-spaarlamp
In onderstaande afbeeldingen zijn de inschakelstromen weergegeven van een 12 W-ledlamp. Ook hier ontstaat een behoorlijke inschakelstroom als op het moment van maximale spanning wordt ingeschakeld.
a Op het moment dat de spanning 0 is
b Op het moment dat de spanning maximaal is
Mogelijke inschakelstroom van een 12 W-ledlamp
Als er gebruik wordt gemaakt van 16 A-installatieautomaten met B-karakteristiek die elektromagnetisch kunnen uitschakelen bij driemaal de nominale waarde, zou dat een maximale inschakelstroom betekenen van 48 A om zeker te zijn dat geen onnodige uitschakeling zal plaatsvinden. Om deze reden zou het gelijktijdig inschakelen van bijvoorbeeld de 12 W-ledlampen beperkt moeten worden tot circa zes lampen. In de praktijk zullen het er wellicht iets meer kunnen zijn, maar het is zeker een beperkende factor voor het aantal lampen op een en dezelfde groep.
Conclusie
Het ontwerpen van een verlichtingsinstallatie kent ook belangrijke elektrotechnische kanten. Er moet vooral worden gelet op het schijnbare vermogen, de harmonische stromen en de mogelijk optredende inschakelstromen. Als met al deze aspecten rekening wordt gehouden, is de kans groot dat het licht blijft branden.
