Inschakelstroom fenomeen bij (led)lampen
Geplaatst door Marcel van der Steen in Lampen, Uitleg 17 Reacties»
In dit artikel leg ik iets uit over inschakelstroom bij koude lampen. Dit is de stroom die loopt in een kort tijdsbestek juist na het eerste inschakelen van een lamp. De inschakelpiek bij een (led)lamp is niet te vergelijken met die van een motor. De inschakelstroom meetfunctie van bijvoorbeeld een digitale multimeter is hiervoor niet geschikt.
De metingen aan inschakelstroom bij de gemeten lampen wordt op een manier gedaan die wel inzicht geeft in relevante piekstromen en een parameter wordt herleid die te gebruiken is bij het kiezen van de juiste smeltzekeringen.
Update dec 2013: toevoeging van bepaling pulsbreedte inschakelstroom voor direct nuttig gebruik in een online calculatietool.
Update jan 2015: Hager heeft de pulsbreedte-bepaling bij 10 % van de max waarde van de puls gelegd. Dit n.a.v. info die ze van de IEC normcommissie hadden gekregen.
Inschakelstroom, intro
Dit is de stroom die zou lopen in een kort tijdsbestek juist na het eerste inschakelen van een koude lamp. Met koud bedoel ik hier dan een lamp die al een tijd niet aan heeft gestaan, dus waar de lading in eventuele condensatoren en waar de stromen in spoelen terug is naar nul. Het is zo dat inschakelstromen allang bekend zijn bij (zware) motoren. Dit zijn inductieve belastingen die gedurende langere tijd (wel tot 250 ms of zelfs langer) een stroom kunnen trekken die veel hoger is dan de stroom die loopt wanneer alles op toeren is en stabiel is. Een dergelijke hogere stroom moet geleverd kunnen worden door het systeem wat de voedingsspanning geeft, in ons geval het netwerk. Ook moet het zo zijn dat de veiligheidsschakelaars zoals stoppen en zekeringen zo gedimensioneerd zijn dat ze ook deze inschakelpiek aankunnen zonder dat ze het geheel afschakelen.
Plaatje met typisch langdurige inschakelstromen, meerdere netcycli durend, afkomstig van http://www.omron-ap.com/FAQ/FAQ02165/index.asp
Inschakelstroom (led)lampen
Bij (led)lampen is het zo dat de inschakelpiek anders is dan bij motoren. Deze piek duurt veel korter en daardoor moet eerst goed vastgelegd worden hoe gemeten wordt. Een Fluke meter met inschakelstroombepaling is hiervoor niet geschikt, daar deze uitgaat van inductieve belastingen en dus uitgaat van relatief langdurende inschakelpiekverschijnselen (meerdere netcycli (netcyclus = 20 ms) durende inschakelstromen, tot 250 ms). Hierbij een paar voorbeelden:
Inschakelpiek bij twee ledlampen.
Dezelfde inschakelpiek maar dan ingezoomed op 1 netcyclus van 20 ms.
Er moet dus vastgelegd worden hoe gemeten wordt. Omdat de piek maar kort duurt, is het waarschijnlijk zo dat de piek an sich niet veel zegt, veel belangrijker is het dan om te weten hoeveel energie er in die piek zit. En die energiewaarde kan dan bepaald worden als er maar voldoende nauwkeurige meetwaardes zijn van de piek zelf. Eenmaal de energie bepaald kan deze vergeleken worden met specificatiewaardes van smeltzekeringen.
Energiewaardes in de eerste 20 ms van de inschakelpiek, uitgedrukt in Iˆ2.t (stroom in het kwadraad maal tijdsduur).
Nog een aspect wat meegenomen moet worden is de bepaling van de meest erge inschakelstroom. Een spanning die vanaf nul begint op te lopen en zo zijn sinusvorm maakt levert vaak niet de meest hoge inschakelstroom op, dan een spanning die inschakelt op het moment van maximale sinuswaarde (bij 230 V effectief is de maximale spanning op de top 311 Volt). Om een zogenaamde worst-case waarde van de inschakelstroom te bepalen moet zodoende gemeten worden bij verschillende starthoeken van de voedingsspanning.
Zie hierbij de verschillende stroompieken bij spannings-inschakelwaardes van 0 graden tot 170 graden.
Inschakelpieken bij startspanningen met een fase van 0 – 170 graden in stappen van 10 graden.
De meest hoge inschakelpiek ligt dan, bij (led)lampen, vaak bij de 90 graden. OliNo geeft in het verslag aan bij welke starthoek van de spanning de inschakelpiek het hoogste is.
Details inschakelstroombepaling
De inschakelstroom moet zinvol bepaald worden. Omdat de piek (vaak) maar kort duurt, en kort in de range van één tot enkele ms, is een bemonsteringssnelheid van 40 kS/s genomen (met Planck-Bessel window omdat we de frequentie van het signaal niet kennen en we geen ongewenste niet bestaande hoog frequente signalen willen introduceren in ons gemeten signaal) en is daarna door een laagdoorlaat een 2e orde Butterworth filter op 2 kHz gehaald. Door een laagdoorlaatfilter worden erg kortdurende hoge piekstromen uitgemiddeld en houden we piekstromen in het millisecondenbereik over. Het Butterworth filter zorgt voor een gelijke vertraging van alle frequenties tot ongeveer de 2 kHz waarop het ingesteld staat. Hierdoor houden we de stroomvorm in stand en veranderen we deze niet.
Verder wordt zoals vermeld iedere 10 graden van de startspanning een meting gedaan, van 0 – 170 graden. Iedere meting duurt 2 seconden en daarna wordt de lamp uitgezet en twee minuten gewacht voordat de volgende meting gedaan wordt. Dit om de tijd te geven dat eventuele lading intern in het voedinggedeelte voldoende weg is.
Toevoeging dec 2013: ook de pulsbreedte van de inschakelstroom wordt bepaald. Dit sluit dan mooi aan op een calculatietool van Hager (hiervan een screenshot in PDF) waar je met de pulsbreedte op 66 % van de maximale inschakelstroomwaarde en met de inschakelstroomwaarde zelf kunt bepalen hoeveel items van je belasting je kunt aansluiten zonder problemen op hun magneetschakelaars.
Update jan 2015: de pulsbreedte wordt bepaald op 10 % van de maximale inschakelstroomwaarde.
17 reacties op “Inschakelstroom fenomeen bij (led)lampen”
Mooi overzicht van het inschakelfenomeen.
Er wordt vrij technisch op in gegaan, dus ik wil wel opmerken dat de langere inschakelpiek bij lampen, motoren etc niet met het al dan niet inductieve karakter te maken heeft maar met thermische (lamp) en mechanische (motor) eigenschappen.
Een ideale zelfinductie heeft immers per definitie geen inschakelstroom 🙂
Misschien ook handig om op te merken: de inschakelpiek is grotendeels afhankelijk van de ESR van de condensator na de gelijkrichter, waarbij door de bank genomen een lagere ESR (=hogere piek) een betere condensator inhoudt. De hogere piek laat de boel wel harder slijten en is dus geen indicatie van een betere ledlamp…
Mocht de inschakelstroom van ledlampen een probleem zijn, is een mogelijkheid er een (solid state) relais voor te zetten met nuldoorgangsdetectie. Dan worden de lampen altijd netjes vanaf 0V opgestart, wat volgens deze metingen een factor 5 kan schelen.
Ik ben trouwens benieuwd naar hoeveel de energie in de piek dan minder wordt; het verschil wordt als I^2R verlies in de ESR opgestookt.
Het is me inderdaad opgevallen, dat mijn klik-aan, klik-uit afstandsbedieningen storingen geven sinds ik LED-lampen gebruik. Direkt weer uitschakelen, knipperen enz. Als ik de aan-knop maar even vasthoud gaat het wel goed.
Ik wijt dit aan de inschakelstroompiek.
Ik heb gedacht om een 1 of 2 ohm weerstand in serie te zetten met de LED-lamp. Verlies is bij de lage werkstroom van de LED nihil, maar beperkt wel behoorlijk de inschakelpiek.
Iemand daarmee al ervaring opgedaan?
Geen ervaring, maar een 2 ohm weerstand gaat geen wonderen doen. Zoals in de eerste grafiek te zien is, heeft een kleine lamp een inschakelpiek van 1A. Met 2 ohm ga je dan dus naar 228 ipv 230V, niet echt significant dus.
Omdat het over de scherpe piek gaat die de EMI veroorzaakt, en niet om de absolute hoogte, zou je kunnen denken aan een netfilter of eerder genoemde relais met nuldoorgangsdetectie.
Goedkoper en meer low-tech is een NTC die koud (20 graden) een weerstand van >1k heeft en warm (40 graden) < 100ohm.
De inschakelpiek wordt normaliter voor 1 klein lampje niet gelimiteerd. Wel wanneer het vele (zeg 40 of zo) lampen betreft. In dat geval wordt ook wel eens een apparaat gebruikt dat een weerstand in de stroomleiding heeft en die wordt na 20 ms kortgesloten door een relais wat aangaat en parallel aan de weerstand staat. Zodoende zorgt bij het aanschakelen dat de weerstand de inschakelpiek limiteerd (wet van Ohm) en voordat de weerstand veel te warm zou worden zorgt een relais voor het kortsluiten ervan. Een dergelijk apparaat werkt ook wanneer je de lampen uitschakelt en meteen daarna weer aanschakelt. Een NTC zou in dat geval als bescherming niet werken want die is nog steeds warm en heeft nog steeds een lage waarde (het is overigens de vraag of juist na het uitschakelen en het weer aanschakelen de capaciteiten wel leeg zijn en er uberhaupt een inschakelstroom is die hoog is).
@ Koen, opmerking 1. Je hebt het over het limiteren van de stroom door een nuldoorgangsdetectie toe te passen. Is dat een haalbare kaart om dat per lamp te regelen? Zo’n nuldetectiedoorgang heeft namelijk ook een prijs en ik vraag me dus af of het wel interessant genoeg is om te implementeren. Verder kan ik daarna wel de waardes van inschakelstromen bij 0 graden fasehoek in het rapport vermelden. Maar het moet wel nut hebben.
@ Koen, anyway, als het specifiek gevraagd wordt dan kan ik die Iˆ2 delta t ook geven als antwoord. Ik heb de gegevens wel.
Nuldoorgangsdetectie per lamp heeft inderdaad een prijs. Mijn gedachte betrof een enkel relais dat meerdere lampen schakelt. Misschien dat het bij dimbare lampen anders zit, daar zijn immers al veel van de benodigde componenten aanwezig.
Het vermelden van de piek bij 0 graden is denk ik weinig zinvol; de maximale piek geeft al een aardig idee van de grootte van de ingangscondensator. In bedrijfsmatige toepassingen zal de fabrikant neem ik aan zelf aanbevelingen doen voor wat betreft afzekering, EMI-filtering en softstart-schakelingen.
Koen, ik heb de Iˆ2 t voor 0 graden erbij gezet, dit zal gaan gelden voor de nieuwe metingen.
Inschakelproblemen oplossen met solid state nuldoorgang relais gaat eigenlijk alleen goed bij ohmse belastingen. Want je schakelt op de spanningsnuldoorgang en bij ohmse belastingen is dan ook de stroom nul. Bij sterk capacitieve belastingen loopt de stroom uit fase ten opzichte van de spanning.
Als je dan met een Solid state relais gaat schakelen op de spanningsnul doorgang kan er best nog stroom lopen. En schakelen als er stroom loopt kan funest zijn voor een Solid-State relais. Dat gaat maar zelden goed in grote verlichting projecten. Lees met veel Led drivers.
Om te bepalen welke Solidstate relais je nodig hebt moet je eigenlijk exact weten wat je wil schakelen. Hoe capacitief is het totaal van de Led drivers/Lampen. Pas dan kan je bepalen welke Solid state relais dat aankan.
Weet je dat allemaal niet dan kan je beter een inschakelstroom begrenzer toepassen. Dus met voorschakelweerstand die je overbrugd na de piek.
bv. de ESB.101.LED.230 van Camtec . Is zo simpel en het Werkt altijd.
Goede ervaringen mee opgedaan in diverse projecten.
Frank Eeftens – Advantecelectronics BV
Onlangs hebben wij onze halogeen spots vervangen door Led versies. Bij de halogeen versies werkten we via een aparte transfokast die we nu uiteraard niet meer nodig hebben. We hebben dus zoals ons verteld werd, alle transfo’s uit de kast gehaald en de circuits doorverbonden. Nu zitten we met 5 verschillende lijnen met daarop verschillende spots parrallel geschakeld. Aan elke spot zit een aparte driver. Nu zijn er 4 van die 5 lijnen die nooit problemen geven en nu hebben we er één met daarop 6 spots parrallel geschakeld waarvan de drivers na enkele dagen doorbranden. We hebben al nieuwe drivers gebruikt en na 2 dagen gingen er terug 4 van de 6 kapot. De andere 2 zijn 4 dagen langer blijven werken en zijn toen ook terug gesneuveld. Iemand een idee waarom net op die kring een probleem zit en op de andere 4 kringen niet terwijl ze allemaal op dezelfde manier in het systeem geïntegreerd zitten? De spots zijn dimbaar maar bij ons zit er geen dimmer tussen. Alvast bedankt voor de komende suggesties. Franky
Ik begrijp uit je verhaal dat je je 12V halogeenspots hebt vervangen door 230V ledspots, en dat wanneer je over drivers praat , je over de elektronika praat die intern in iedere spot zit. Want je spreekt over 1 lijn met 6 in parallel staande spots en je spreekt bij die lijn over 6 drivers.
Ik weet het niet zeker maar ik neem even aan dat alle lijnen van spots dezelfde 230V AC spanning krijgen (dus niet van een andere fase). Dan zou je dus niet uitgaan van stoorpulsen op de 230V AC voeding die de ledspots stuk maken. Mij lijkt het eerder een warmteprobleem. Dat de ledspots in de slecht presterende lijn veel warmer worden dan de spots in de andere lijnen. En dat daardoor de ledlampen stukgaan.
ik heb om inschakelpieken te voorkomen een stopcontact ontwikkeld die door de nul inschakelt en ook spreiding toepast bij massaal inschakelen van bijv. een 16A groep. zie http://www.unidix.com
Liggen deze 6 lampen op een ander circuit misschien ?? Als je daar met transfo s zit komen er zelfinductie pieken op het net en daarvan gaan je led lichten kapot. Vb : U zit met klassieke daglichten op het zelfde circuit dan is er reed een probleem. Telkens maal u vb de TL armaturen uitschakeld dan creëer je een zelfinductie piek op het net ( zelfinductie is een piek van vb 800 volt ) en dit maakt u led lampjes defect ,!!
3
Ik zou graag een componentje hebben dat gewoon 230V 16 Ampere met 1/2/3/4/5 seconde vertraging in zou kunnen schakelen. Gewoon zo van, het ontvangt nu 230V en geeft nu (1 seconde later) de 230V door.
Op die manier kan ik veel meer ledlampen of trafo’s achter 1 zekering zetten.
Het grootste probleem is het opschakelen, dat wil ik met een gewone schakelaar doen in grote hallen met veel lampen (100 of iets dergelijks), echter die opstart is gewoon te veel.
Wanneer ik echter de eerste helft meteen inschakel en de tweede helft 1 seconde later is er als het goed is niets aan de hand. Eventueel verdeel ik het in 3 keer (meteen, na 1 seconde, na 2 seconde), maar dan zou het goed moeten zijn.
Jammer alleen dat ik nergens zo een componentje kan vinden.
Weet iemand toevallig of zoiets bestaat en zo ja, waar ik deze kan bestellen?
Als je het niet met een paar schakelaars naast elkaar kan doen vanwege bedrading dan kan je dat met klikaanklikuit of iets dergelijks wel oplossen zonder al te veel moeite of kennis. Of met zigbee drukknop met diverse schakelaars en een kleine aansturing waarin je vast wel een vertraging kan programmeren.
Maar meestal tript een zekering pas na langere tijd te hoge stroom. Je kunt ook eens zien of je de zekering kan vervangen door een trager model (C).
Ja, ik snap het wel, maar er zijn 10tallen, soms wel 100en mensen die die knoppen gaan gebruiken en er zit er altijd wel 1 tussen die alle knoppen tegelijk aan zet en de boel uitvalt.
Maar niet alleen fabriekshallen, ook flatgebouwen van enkele 100en meters lang die op 1 lichtsensor werken. Dan komen er andere bedrijven die habibabi ledlampen ophangen ter vervanging van de oudere TL verlichting. Vervolgens valt het ruwweg 1 op de 5 keer uit en mogen wij het oplossen. Als ik dan de éne helft gewoon 1, 2 of 3 seconden later in kan schakelen dan de andere helft ben ik prima gered voor een paar euro en geen mens die die paar seconde verder interesseert, het kan zelfs voor een leuk effect zorgen.
Zelfs intercomtrafo’s zorgen voor problemen, dan denk je; joh intercomfabrikant, is het niet handig als jouw trafo’s een wat kleinere opstartpiek hebben omdat alle verdiepingen op 1 zekering staan, er op jouw trafo staat “max 50 watt”, maar in werkelijkheid ik bij 8 trafo’s de zekering al niet meer in krijg?
Over je andere suggesties, C karakteristiek (waar ik trouwens geen voorstander van ben maar oke), Zigbee en klikaanklikuit kunnen inderdaad werken, maar A hoeveel tijd en materiaalkosten kost me dat en B hoeveel gedoe levert het me op termijn op? Ik bedoel, wanneer de verlichting in een hal niet meer aan gaat omdat het batterijtje precies op ging op een onverwacht moment krijg ik natuurlijk geheid gezeik wanneer ik terug kom van vakantie (ik noem maar wat).
Verder kost het natuurlijk extra ruimte, een tijdsrelais kan ook werken, maar ook die kost weer extra ruimte. Het liefst heb ik gewoon een klein componentje dat ik makkelijk kwijt kan in een al bestaande lasdoos en verder niet zichtbaar is voor de klant.
Ik kan me indenken dat mijn verzonnen product geen product is dat bij de grote massa aan zal slaan, maar binnen mijn specifieke werk zou ik dolgraag een dergelijk componentje hebben, het bedrijf waar ik werk zal er rustig 100 per jaar kunnen gebruiken.
Nu ik er over nadenk, ik kan me zelfs indenken dat het enige vorm van bescherming kan bieden wanneer de binnenkomende voeding matig is (flikkert), deze zal X seconde goed moeten zijn voordat de stroom doorgelaten wordt.
Wanneer het al in de installatie verwerkt zit kan het ook helpen bij storingen opzoeken. Rij 1 gaat aan, rij 2 gaat aan, rij drie gaat aan, poef! Ah, het probleem zit ongetwijfeld in rij 4.
Afijn, zolang een dergelijk componentje niet bestaat blijft het voorlopig wishful thinking, maar als een fabrikant iets dergelijks zou kunnen maken hoor ik het graag!