Inrush current bij led armaturen is een fenomeen waar we als verlichtingsindustrie mee te maken hebben. Recent is er een nieuwe norm uitgebracht die de meetmethodiek voor inrush current definieert. De Inrush current wordt ook wel omschreven als de inschakel piekstroom. Die stroom is hoog en kan voor problemen zorgen in de elektrische installatie. Als de installatie niet juist wordt gedimensioneerd is het meest vervelende probleem dat optreed het zo genaamde “nuisance tripping”. Of wel het uitschakelen van de installatie door de installatie automaat terwijl er eigenlijk niets aan de hand is.
Waarom is er een Inrush current?
De inschakel piekstroom ontstaat doordat de condensatoren die in de elektronica zijn toegepast moeten worden opgeladen. Als die nog leeg zijn dan is de weerstand nagenoeg 0 en gaat er een grote stroom lopen tot de condensatoren vol zijn. De driver fabrikant kan dat begrenzen. Daar zijn allerlei oplossingen voor maar het is altijd een keuze tussen wat kan wel en wat niet. Als je de stroom namelijk te veel begrenst levert dat een vertraging op bij het inschakelen van de lichtbron. Dat is ook niet de bedoeling. Kortom we hebben altijd te maken met een inschakel piek.
In de afbeelding hieronder zie je ongeveer hoe het werkt. Na de gelijkrichtbrug zit in de meeste gevallen direct een grotere condensator om een eerste gelijkspanning te maken. Dit is de grootste boosdoener.
Is de inschakel piekstroom uniek voor led?
Nee, de inrush current ontstaat ook bij andere elektronica. Bij het insteken van de stekker van de voeding van een computer kun je de piek vaak “horen”. Je hoort dan de vonk die veroorzaakt wordt door de hoge piekstroom. Het vervelende bij verlichting is dat er vaak meerdere armaturen tegelijk worden ingeschakeld. Het cumulerende effect veroorzaakt dan een dusdanige stroom die de installatie automaat kan laten aanspreken.
Wat zijn de gevolgen van een hoge inrush current?
Er zijn meerdere gevolgen die kunnen optreden, enkele daarvan zijn;
- Het onbedoeld laten aanspreken van de installatie automaat
- Het verbranden van contacten van schakelaars
- Het verbranden van contact van contactors
- Het veroorzaken van een spanningsdip op het net waardoor andere apparatuur gestoord kan worden
- Etc
Vooral het onbedoeld aanspreken van de installatie automaat is in een openbaar verlichtingsomgeving niet erg prettig. Er volgt een storingsmelding waarvan de oorzaak maar moeizaam is vast te stellen aangezien alles goed functioneert. Dit noemen we “Nuisance tripping”.
De installatie automaat.
De installatie automaat of MCB (Miniature Circuit Breaker) is een automaat die onze ouderwetse smeltveiligheden heeft vervangen. De MCB werkt op 2 principes namelijk thermisch en magnetisch. Het thermische deel is hier niet het probleem. De stroom door de automaat verwarmt een bimetaal dat eerst voldoende heet moet zijn geworden voordat de automaat uitschakelt. Bij een constante te hoge stroom zal de automaat op die manier aanspreken.
Bij de inrush current, die altijd kortstondig is, is dat element niet het probleem. Het tweede element waarop de automaat werkt is magnetisme. Als de stroom een bepaald niveau bereikt zal de spoel die in de automaat zit een dusdanig sterk magneet veld ontwikkelen dat de automaat wordt geactiveerd en dus uitschakelt. Dit is nodig om grote kortsluitstromen snel te kunnen detecteren en te verbreken zodat schade wordt voorkomen.
In het plaatje een principe schema van de werking van een installatie automaat. In werkelijkheid zit er nog veel meer techniek in. Het werkingsprincipe wordt hierin wel geschetst.
Een aardlekschakelaar detecteerd de verschilstroom. Als er een verschil is tussen de fase stroom en de stroom die door de nul loopt zegt de wet van kirchhof dat er een lek is en dat moet dan wel naar aarde zijn. Dit is geen probleem in het geval van de inrush current (tenzij er een condensator naar aarde zit die een hoge stroom veroorzaakt).
Hoe voorkom je “nuisance tripping” door de inrush current.
Gebruik een andere zekering. Soms kun je kiezen voor een C karakteristiek zekering in plaats van een B karakteristiek. Die laatste wordt normaal toegepast maar de C karakteristiek is iets langzamer in de reactie en daarmee kan het probleem zijn opgelost. Let wel dit kan ten koste gaan van de selectiviteit in het circuit. Dat wil zeggen wanneer de dimensionering niet goed is een zekering op het hogere niveau kan afschakelen. Dat is nog veel vervelender want dan zitten ook de parallelle taken zonder voeding. Zie ook onder het voorbeeld in selectiviteit bij incorrecte keuze van zekering waarden(A is ok, B is de kans op problemen groot). Het systeem van beveiligingen moet goed op elkaar worden afgestemd.
De data sheet van de driver geeft ook vak de informatie die nodig is om te bepalen wat aangesloten kan worden. Een voorbeeld van een Osram driver;
In deze datasheet zie je precies hoeveel drivers er op een automaat kunnen worden aangesloten. Dit moeten dan wel allemaal gelijke drivers zijn. De instelling voor het uitgaande vermogen heeft overigens maar geen effect op de inrush current.
Nieuwe norm (IEC 63129)
Eindelijk is er dan een norm die de metingen standaardiseert. Was dat nodig? Dat is een simpel antwoord, ja. Als er geen norm is meet iedereen op een andere manier en zijn waarden niet met elkaar vergelijkbaar. Het probleem bij het meten van de inrush current is o.a. Wanneer in de sinus wordt ingeschakeld en wat is de impedantie van het voorliggende net. Dat zijn dan ook de belangrijkste zaken die genormaliseerd zijn. Verder geeft de norm weer hoe je dan een weergave kunt doen van de gemeten piekstroom. Ook daar is het belangrijk dat het genormaliseerd is.
De variabelen zijn namelijk tijd en hoogte (piek stroom) en de tijd van de puls. Als we dat hebben weten we hoeveel energie er in de puls zit en hoe we daarmee om kunnen gaan. Onder een plaatje van een inrush current. De inschakel contact dender wordt overigens uit de berekening weg gelaten. Die blijkt niet essentieel te zijn voor de verdere verwerking.
Wat nu?
Nu moeten de leveranciers van MCB’s (installatie automaten), contactors en schakelaars en de leveranciers van de drivers deze informatie nog correct beschikbaar gaan stellen sommige doen dat al, anderen zullen volgen. Deze norm is een belangrijke stap om goede berekeningen mogelijk te maken. Vergelijken wordt daarmee ook een stuk makkelijker.
De Catalogus.
De fabrikant geeft tot nu toe de inrush current op en daarbij is slechts een meet advies gegeven. Nu er een norm is zullen we in het register gaan overschakelen op de nieuwe standaard. Dit zal in de loop van het jaar gaan gebeuren. De nieuwe waarden zullen dan opgegeven moeten worden volgens de nieuwe norm. Vooralsnog zal het aantal toelaatbare toestellen op een 16 A B karakteristiek installatie automaat blijven staan.
Datasheets van LED driver producenten zijn volstrekt onduidelijk hoe ze het aantal Led drivers per installatie automaat berekenen.
In bovengenoemd voorbeeld met Osram driver OT40/1AC is de inrush current 30 A piek , ( = vrij normaal voor een 40 W Led driver )
En toch staat er ook 17 stuks op een B16 ? => 17x 30 A piek = piekstroom van 510 Ampere ??
Zelfs als de B16 niet tript , dan nog denk ik dat de in dat circuit aanwezige relais en AAN/UIT schakelaars dan wel zeer snel zullen
inbranden. Dit leidt onherroepelijk tot problemen in de installatie. .
Als je dan weet dat B16 volgens de norm moet afschakelen bij piekstromen die liggen tussen 3x en 5x Inominaal
( is dus ergens tussen 48 A en 80 A ) dan snap je natuurlijk ook wel dit dit nooit een stabiele installatie kan zijn.
Dan is het toch echt beter om een inschakelstroom begrenzer toe te passen.
Maximaal aantal LED 40 Watt Led drivers op die groep wordt dan ca: 80 stuks.
En omdat de begrenzer die piekstroom reduceert gaan de schakelcontacten in de installatie ook aantoonbaar langer mee.
Ik reageer maar niet meer want reacties worden niet gepubliceerd en niet op gereageerd
Wat Frank Eeftens schrijft is correct, daarnaast, er mag dan wel een nieuwe norm zijn, we zijn er nog lang niet omdat de datasheets meestal niet altijd ‘alles’ laten zien. Daarnaast, vanuit commercieel oogpunt willen fabrikanten ook niet altijd alles laten zien (…..). Verstand van de techniek hebben is een andere uitdaging, er wordt veel beweerd, ik zie het graag bewezen en onderbouwd. Daarnaast heb ik goede ervaringen met diverse merken/typen ‘inrush limiters’ in installaties met veel armaturen. Dat is niet in de openbare ruimte waar naar mijn bescheiden mening ook de lengte van de bekabeling een belangrijke rol speelt (impedantie). Een installateur met verstand van zaken weet een installatie slim in te richten door armaturen toe te passen met goede kwaliteit drivers in combi met inrush limiters. Als men alleen afgaat op het aantal drivers op een automaat (B of C) kan de verdeling zonder inrush limiters heel makkelijk een dubbele hoeveelheid automaten nodig hebben. Voorop staat natuurlijk een veilige en ook stabiele installatie.
De opmerkingen van Frank Eeftens en Martin Hilbrands snijden hout. Het is zeer belangrijk dat de installateur bij het bij het installatieontwerp rekening houdt met dit fenomeen. Bij nieuwbouw of uitgebreide renovatie van de installatie is het goed mogelijk om de installatie hier op aan te passen.
Bij 1 op 1 renovatie van de bestaande armaturen loop je een groter risico dat het fout gaat. In dat geval is een current limiter een goede tussenoplossing, hoewel ook daarvoor een maximum aantal geldt.
De keuze van de inschakelstroom begrenzer hangt ten eerste af van de toegepaste installatie automaat.
De begrenzer moet die piek exacte begrenzen op de piekstroom waarde van de automaat.
Een ander belanqrijke factor is de maximale aansluit capaciteit van de inschakelstroombegrenzer.
Veel LED drivers producenten geven helaas geen info over de ingangscondensator van de LED driver terwijl juist die verantwoordelijk is voor de piekstroom. In de praktijk kan je werken met 10uF per elke 10 Watt aan Led driver. Werkt in de praktijk uitstekend.
Zolang je onder de maximale aansluit capaciteit van de inschakelstroombegrenzer blijft met je LED drivers is alles OK
Let wel op dat je inschakelstroom begrenzers gebruikt die geschikt zijn voor de draaddikte in je schakelkast.
Er zijn ( goedkope ) exemplaren in de handel waar de aansluit terminals te klein zijn uitgevoerd. Dat lijdt in de praktijk tot aansluitproblemen.