Auteur: Jacob Nuesink

Inrush current en LED armaturen

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;

Datasheet van OSRAM https://www.osram.com/ds/news/complementary-information-concerning-led-drivers/index.jsp

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.

Gedragscode lichtberekeningen

Er zijn geen uniforme regels of normen voor het opstellen van lichtplannen. Hierdoor kunnen lichtplannen die gemaakt zijn door de diverse adviseurs niet altijd goed vergeleken worden. Om deze situatie te verbeteren heeft de NSVV in samenwerking met de NLA een gedragscode lichtberekeningen opgesteld. De organisaties die aangesloten zijn gebruiken dezelfde uitgangspunten voor het maken van een berekening en rapporteren die op een gelijke manier.

Op de website van de NSVV is een lijst gepubliceerd van deelnemers aan de gedragscode.

Deelnemers gedragscode

Deelnemers aan de gedragscode mogen het logo voeren

De NSVV vervult de rol van arbitrage commissie indien er twijfel bestaat over de juistheid van lichtberekeningen die door de aangesloten partijen zijn gemaakt. De NSVV kan in het geval van twijfel of bij het vermoeden van misbruik een steekproef nemen.

Klasse I of Klasse II armaturen. Wat is nu eigenlijk beter?

Klasse I of Klasse II armaturen. Wat is nu eigenlijk beter? De klasse aanduiding gaat over de isolatie klasse van een armatuur. Ofwel hoe is de isolatie van de gevaarlijke spanning in het armatuur geregeld ten opzichte van de buitenwereld. Om een antwoordt te kunnen geven is begrip van het onderscheid van belang. De isolatie in een armatuur wordt opgebouwd rondom een vast stramien. Dit is gebaseerd op het veiligheidsniveau dat nodig is om de gebruiker te beschermen tegen elektrische schok.

Dubbele veiligheid

Ieder elektrisch systeem is zodanig opgebouwd dat als er iets mis gaat er een systeem is dat een gevaar door dit defect moet voorkomen. De zogenaamde “2 lines of defense”. Er zijn derhalve altijd 2 beveiligingen aanwezig. De eerste noemen we de basis isolatie. De basis isolatie is voldoende om ons te beschermen tegen een elektrische schok. Als deze basis isolatie defect raakt, om welke reden dan ook, hebben we een back-up nodig.

We kennen 4 klasse aanduidingen die elk anders zijn opgebouwd maar principieel dezelfde veiligheid bieden.

Klasse 0

Deze vorm wordt steeds minder gebruikt en mag in veel gevallen ook niet meer. Bij klasse 0 gaan we ervan uit dat de omgeving voldoende geïsoleerd is. Vroeger was dat ook zo toen in onze woningen nog geen centrale verwarmingen waren aangelegd. We hadden houten vloeren met vaak ook nog een stoffen vloerbedekking. Het armatuur heeft in geval van Klasse 0 enkel een basis isolatie. De tweede veiligheid wordt gevormd door de omgeving. De vloer waarop je staat isoleert en de schoenen die je draagt ook. Niet heel betrouwbaar maar een erfenis uit de lange historie.

Klasse 0 herken je aan het niet aanwezig zijn van een aardgeleider. Op de typeplaat (markering) staat geen symbool. Indien een aansluitsnoer met steker is voorzien past de steker niet in een contactdoos met randaarde.

Klasse I

Bij klasse I wordt niet meer uitgegaan van een veilige omgeving. De armatuur wordt voorzien van basis isolatie. Alle metalen delen die bij het defect raken van de basis isolatie onder spanning zouden kunnen komen worden aan met de aarde verbonden. Of wel met de aardaansluiting verbonden. Een geaard armatuur dus. Als de basis isolatie defect raakt dan zal de aardgeleider de stroom afvoeren naar aarde en daardoor zal de netzekering het circuit onderbreken. Tegenwoordig zal, in de moderne installaties, de aardlekschakelaar het circuit onderbreken.

Dit type armatuur is herkenbaar aan het aanwezig zijn van een aardgeleider of aardaansluitklem. De aardaansluitklem is tevens gemarkeerd met het symbool voor veiligheidsaarde . Op de typeplaat (markering) staat geen symbool. Indien een aansluitsnoer met steker is voorzien is dat een steker met randaarde en past de steker in een contactdoos met randaarde.

Symbool veiligheidsaarde

Klasse II

In het geval van klasse II wordt in plaats van aarding voor een extra isolatie gekozen. Dat kan zijn door het product geheel van kunststof te maken of door een extra isolatie te voorzien. Indien de basis isolatie defect raakt zorgt de tweede isolatie ervoor dat het armatuur alsnog veilig blijft.

Herkenbaar aan het afwezig zijn van een aardgeleider of aardaansluitklem. Op de typeplaat (markering) staat het klasse II symbool vermeld. Indien een aansluitsnoer met steker is voorzien is dat een platte steker en past de steker in een contactdoos met randaarde.

Klasse II symbool

Klasse III

De laatste vorm is klasse III isolatie. Bij klasse III zorgen we ervoor dat de aansluitspanning veilig is. 230 V netspanning die we gebruiken op ons openbare net kan niet aangeraakt worden. Een veilige lage spanning van bijvoorbeeld 12 of 24 V kunnen we zonder problemen vastpakken. Als we een dergelijke spanning gebruiken dan hoeven we zelfs geen basis isolatie meer te gebruiken. Er is wel een functionele isolatie nodig om kortsluiting te voorkomen. Echter de isolatie is niet meer nodig voor de veiligheid.

Het moet dan inderdaad een veilige lage spanning zijn (SELV = Safety Extra Low Voltage). Een voeding, trafo, die deze spanning maakt heeft dan weer de dubbele isolatie ingebouwd zoals beschreven bij klasse II tussen het ingangscircuit en uitgangscircuit.

Op de typeplaat (markering) staat het klasse III symbool vermeld. Indien een aansluitsnoer met steker is voorzien is dat een steker die niet in en standaard gebruikte contactdoos voor 230 V mag kunnen worden gestoken. Het toestel moet aangesloten worden op een speciale transformator die een veilige lage spanning levert.

Klasse I of klasse II?

In de buitenruimte is klasse 0 als eerste uitgesloten. De omgeving is mogelijk nat en geleidend. Dan blijven klasse I, II en III over. Alle drie deze klassen komen we in de buitenruimte tegen.

Klasse III in de buitenruimte komt minder vaak voor. Een armatuur waarbij de driver op een andere plaats buiten het armatuur wordt gemonteerd is mogelijk een klasse III product. Het hoeft overigens niet zo te zijn! Het ligt aan de spanning waarop het armatuur moet worden aangesloten. We zien dit soort systemen bijvoorbeeld op bepaalde DC (gelijkstroom) voedingssystemen en systemen waarbij de driver onderin de lichtmast wordt gebouwd.

Dan klasse I en II armaturen. Die worden direct aangesloten op de netspanning van 230 V. De systemen op armatuur niveau zijn kwa veiligheid gelijk. Geen voorkeur dus.

Nu is he zo dat het bij klasse I wel van belang is dat de aarde waarop het armatuur wordt aangesloten gegarandeerd is. In de praktijk blijkt dat de aarde heel vaak niet zo betrouwbaar is als we zouden willen. In die gevallen is een klasse I product mogelijk minder veilig. Het armatuur is dan namelijk niet noodzakelijkerwijs veilig als er iets defect raakt.

In de bouw waar kabels nog als eens uitermate ruw worden gebruikt en in badkamers waar door foutieve aarde vaker ongelukken zijn gebeurd is de regelgeving strenger. In het geval van badkamers is dan vaak Klasse II verplicht.

Op de bouw zien we dat ook veel toegepast. Klasse III wordt vaak gebruikt wanneer er in een vochtige en kleine ruimte gewerkt moet worden. In kruipruimtes en dergelijke wordt over het algemeen Klasse III vereist.

Klasse I of klasse II armaturen in de buitenruimte, een conclusie

Gebleken is dat kwaliteit van de aard aansluitingen in de buitenruimte te wensen kan overlaten. Dat wil zeggen dat de aarde wel aangesloten is maar het niet geheel zeker is dat het wel een goede aardverbinding is. Als dat het geval is gaat de voorkeur uit naar klasse II armaturen.

Veel fabrikanten leveren hun armatuur modellen zowel in een klasse I als in een klasse II uitvoering.

Waarom niet altijd klasse II gebruiken?

Het construeren van een klasse II armatuur is iets complexer dan een klasse I armatuur. Ook is het bij een klasse I armatuur makkelijker om een overspanningsbeveiliging te realiseren. Het kan allemaal ook in klasse II uitvoering maar het is iets lastiger om te realiseren. Kwestie van keuzes.

De catalogus

De fabrikant geeft op aan welke klasse het toestel voldoet. Dat wordt geregistreerd in de technische gegevens van een toestel. Klasse 0 in de buitenruimte niet toegestaan. Klasse I, II en III wel. In de catalogus vindt je dus Klasse I, Klasse II, klasse III en ook “Klasse I en II zijn beide mogelijk”. In die laatste categorie staan producten vermeld die door de leverancier zowel in een klasse II of klasse I uitvoering kunnen worden geleverd.

Raadpleeg ook de website van OVLNL betreffende onder andere de betrouwbaarheid van de aarding in OVL voedingssytemen.

Zhaga-D4i

Eerste Zhaga-D4i straatverlichting beschikbaar

De eerste Zhaga-D4i gecertificeerde armaturen zijn beschikbaar. Deze week verschenen op de website van Zhaga de eerste armaturen in de “product database”. De tweede stap is hiermee gezet. De eerste stap waren de connectors. De volgende stap is het toevoegen van de sensoren en nodes. Als dat gebeurd is ontstaat snel het complete eco-systeem wat nodig is voor het definitieve succes van de Zhaga connector.

Waarom Zhaga-D4i certificatie

We kenden al het Zhaga merkje op een connector. Dit merkje mag enkel gebruikt worden als de afmetingen van de connector juist zijn en een goede verbinding en werking zeker wordt gesteld. Dat moeten we zeker weten omdat verschillende merken connectoren door elkaar gebruikt moeten kunnen worden. Je weet namelijk niet welk merk de armaturen fabrikant heeft toegepast en welke de sensoren fabrikant gebruikt. Als die niet gecertificeerd zijn heb je geen zekerheid over de juiste werking.

Zhaga-D4i logo

De certificatie van het armatuur staat voor de juiste aansluitingen en de juiste toepassing van de drivers die erop zijn aangesloten. Ook hier is het van belang dat alle aansluitingen juist zijn. Als dat niet het geval is dan zal een sensor of een node niet werken. De belofte is “plug en play” en als de aansluitingen niet juist zijn of de drivers niet de juiste software hebben dan zal eea niet werken. De Zhaga-D4i certificatie dekt dat af.

Op dit moment 3 model series met Zhaga-D4i?

Op het moment van dit schrijven staan er 3 series in. Dat wil zeggen dat er al vele toestellen zijn gecertificeerd. Uit betrouwbare bron weten we dat dit heel snel gaat uitbreiden en niet alleen met de grote fabrikanten. Ik heb persoonlijk het eerste certificaat mogen uitreiken in Januari aan Signify. Helaas zit Signify nog niet in armaturenregister.nl. Zodra fabrikanten die publicaties hebben in Armaturenregister.nl met Zhaga-D4i gecertificeerd producten komen zullen we dit in armaturenregister.nl ook gaan vermelden.

Waarom nog geen sensors en nodes met Zhag-D4i?

Helaas nog niet. Dat ligt niet aan de fabrikanten maar het heeft te maken met de ontwikkeling van de test software. Deze is nog niet afgerond. De verwachting is dat dit in het eerste kwartaal van 2020 wordt afgerond. Zodra dit finaal is kunnen de producten die in aanmerking komen gecertificeerd gaan worden.

De toekomst is Zhaga-D4i

Nu armaturen instaleren met Zhaga-D4i levert veel voordelen op. De armaturen kunnen makkelijk worden uitgebreid met extra functionaliteit. Er kunnen sensoren aan worden gekoppeld en als die ook Zhaga-D4i zijn gecertificeerd dan weet je zeker dat het werkt. Doordat het een open systeem is ontstaat er een zeer uitgebreid eco-systeem aan sensoren. Ondanks dat de certificatie programma’s voor de sensoren nog niet zijn gestart zien we zich dat al aftekenen. Een ruime keuze van sensoren en nodes is inmiddels al beschikbaar.

Het Zhaga logo is een certificatie merk geregistreerd door het Zhaga consortium en D4i is een certificatie merk geregistreerd door DiiA.

Gerelateerde berichten:
Zhaga-D4i
Zhaga book 18 demo
Zhaga-D4i logo staat voor interoperabiliteit

Energie label, Single Lighting Regulation

Nieuwe Ecodesign richtlijnen, “Single Lighting Regulation” en Etikettering

De single lighting regulation en de etikettering regeling zijn eind 2019 gepubliceerd. De etiketteringsregeling en vervangt de bestaande en moderniseert het energie label. Verder zijn de drie ErP regelingen vervangen door 1 nieuwe, te weten de “Single lighting regulation”.  In dit bericht in het kort de belangrijkste wijzigingen.

Nieuw energie etiket

Het energie label (etiket) is drastisch gewijzigd. Het nieuwe systeem is weer een schaalverdeling van A t/m G. De A+ en A++ verdwijnen. De bandbreedte van de schalen is herzien. Naar verwachting zal in het begin de A en B schaal zo ongeveer leeg zijn. Het label voor verlichtingstoestellen is vervallen. Ook moet duidelijk aangegeven zijn hoe de lichtbron van het armatuur te scheiden is. Kan dat niet, is het armatuur een lichtbron en moet het label erop.

Wat zijn de consequenties?

Voor de fabrikanten en leveranciers zijn er consequenties. Een aanpassing van het energie label is nodig. Overigens werd het label in de OVL maar mondjesmaat gebruikt. De nieuwe richtlijn geeft minder kans om er onderuit te komen. Het label geldt niet voor armaturen waarbij de lichtbron te verwijderen is.

Voor de inkoper van OVL veranderd er niet veel. Dat wil zeggen zit er een energielabel bij het armatuur betekend dat dat de armatuur een niet vervangbare lichtbron heeft. De vraag is of dat wenselijk is.

Ingangsdatum

Regeling Nr. 874/2012 komt te vervallen en wordt vervangen door verordening (EU) 2019/2015. Deze gaat in op 1 september 2021. Het energielabel voor armaturen vervalt per 25-12-2019.

Single Lighting Regulation

  • Sjoemel software is niet toegestaan;
  • Soft/Firmware updates mogen prestaties niet verminderen zonder expliciete toestemming;
  • Armaturen met een vervangbare lichtbron vallen niet onder de richtlijn. Bij armaturen met een geïntegreerde lichtbron geld het energielabel voor lichtbronnen;
  • Armaturen moeten reparabel zijn. Armaturen die niet reparabel zijn mogen, onder voorwaarde dat de fabrikant motiveert waarom repareren niet wenselijk is;
  • De T8 (dikkere fluorescentielamp) wordt uitgefaseerd per 1-9-2023;
  • Test procedures zijn vereenvoudigd vooral betreffende levensduur;
  • Flicker en stroboscopisch effect moeten voldoen aan grenswaarden.

Consequenties?

De consequenties van de nieuwe Single Lighting Regulation voor fabrikanten zijn dat er nieuwe rekenmethodes en grenswaarden zijn. De dossiers hebben een update nodig. In basis valt het allemaal wel mee. De wijzigingen hebben geen grote impact. Natuurlijk wel de de uitfasering bepaalde lamp typen. De Flicker en stroboscopisch (Pst en SVM) effect waarden moeten in de documentatie worden vermeld. Dat heeft een serieuze impact.

Voor de inkoper van OVL verandert er niet veel. De eisen zijn en blijven geconcentreerd op minimum eisen die voor consumenten van belang zijn. De professionele markt zou normaliter een behoorlijke stap verder moeten zijn.

Ingangsdatum

De single lighting regulation vervangt de regelingen; 244/2009 (DIM I); 245/2009 (TIM) en 1194/2012 (DIM II). Deze vervallen per 1-9-2021 en worden vervangen door regeling (EU) 2019/2020

Zhaga D4I

ZD4i logo staat voor Interoperabiliteit

Het Zhaga D4i logo of ZD4i staat voor Interoperabiliteit, Wat is dat dan en wat heb je er aan. Interoperabiliteit is de mogelijkheid van verschillende autonome, heterogene systemen, apparaten of andere eenheden (bijvoorbeeld organisaties of landen) om met elkaar te communiceren en samen te werken. (Wikipedia) Concreet: de communicatie modules, sensoren etc werken en kunnen samenwerken met de armatuur.

Zhaga D4i claimt daarbij een “plug en play” compatibiliteit. Natuurlijk kunnen veel modules en sensoren samenwerken met een armatuur. Daarvoor moet meestal nog wel iets gebeuren. Je moet de juiste aansluitingen maken. Je moet de modules programmeren. De armatuur moet er geschikt voor zijn. De componenten moeten er geschikt voor zijn. Met editie 2 van Zhaga book 18 is dat probleem opgelost. Zodra het logo op het product, modules, nodes, armaturen staat is het “plug en play”.

ZD4I
Het Zhaga D4i (ZD4i) logo

ZD4i logo staat voor Interoperabiliteit

Zodra het logo op het product staat betekend dat dat die interoperabiliteit “plug en play” is. Je kunt dus een sensor met het logo op een armatuur met het logo zetten. Je hoeft dan geen  specifieke acties te ondernemen om dat te laten werken. Dat is het belangrijkste voordeel waar dit logo voor staat.

Vergelijk het rustig met Bluetooth of WIFI. Beide systemen zijn genormaliseerd en apparaten van verschillende merken werken zonder meer met elkaar als ze voorzien zijn van het logo. Binnen de producten bestaat de mogelijkheid voor enorme variatie. Het belangrijkste waar je je geen hoofdbrekens over hoeft te maken, is dat de verbinding werkt. Geen lastige of moeilijke extra acties nodig.

Wanneer gaan we het ZD4i logo zien?

Het Zhaga D4i programma is op 14 November 2019 gestart. Dat wil zeggen dat het nog een kwestie is van tijd voordat er producten met het logo op de markt zullen zijn. Fabrikanten zijn er koortsachtig mee bezig. We kunnen de eerste producten dan ook heel snel verwachten.

Op de laatste meeting maakte ik voor speciaal voor armaturenregister een korte video met uitleg over deze mijlpaal in de ontwikkeling van Zhaga book 18.

Gerelateerde berichten:

Zhaga book 18 demo

De Zhaga connector, de nieuwe standaard voor “connectivity” voor openbare verlichting?

Zhaga D4I

Gepubliceerde logo’s zijn eigendom van Zhaga respectievelijk DiiA.

#armaturenregister #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting #zhaga #D4I

Zhaga book 18 demo

Op de LED Professional conferentie in Bregenz maakten we een Zhaga book 18 demo film. Op verzoek van armaturenregister heeft Dee Denteneer, de Secretary General van Zhaga de werking en mogelijkheden van book 18 gedemonstreerd. We maakten een video waarin ook een aantal andere onderwerpen aan bod kwamen. Zo hebben we gesproken over het nieuwe book 19 en het wat oudere book 13.

Hoe kunnen we ervoor zorgen dat het ook daadwerkelijk gaat werken? Het maken van een specificatie is natuurlijk één ding maar we hoe zorgen we ervoor dat het werkt? De materie is complex, dat wil zeggen de constructie en het protocol moeten juist ontworpen zijn om het geheel te laten werken. Daar is natuurlijk ook over nagedacht.

Wat komt er aan bod in de Zhaga book 18 demo?

De Zhaga connector komt aan bod die gespecificeerd is in book 18. Verder komt de driver aan bod die gespecificeerd is in book 13. Ook is er een introductie van de nieuwe IP dichte ledmodule volgens book 19. Alle hebben hun toepassing in Openbare verlichting. Het protocol zoals gespecificeerd in de DiiA (Digital Illuminaition Interface Alliance ofwel DALI) maakt het geheel compleet tot een werkzame propositie.

Veel plezier bij het bekijken van deze Zhaga book 18 demo.

Voorbeeld Zhaga book 18;

Zhaga connector, zhaga book 18 demo video

Eerdere artikelen gerelateerd aan dit artikel:

De Zhaga connector, de nieuwe standaard voor “connectivity” voor openbare verlichting?

Zhaga D4I

ZD4i logo staat voor Interoperabiliteit

Meer informatie is ook te vinden op de website van het Zhaga Consortium.

En hier een link naar informatie specifiek over book 18.

Gepubliceerde logo’s zijn eigendom van Zhaga respectievelijk DiiA.

#armaturenregister #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting #zhaga #D4I

Het effect van harmonische vervorming op ons net

Het effect van harmonische vervorming op ons net; Power Quality deel 3.

In deel 3 van onze serie over Power Quality gaan we in op het effect van harmonische vervorming op ons net. In deel 2 hebben we gezien wat de effecten zijn van harmonische vervorming op de arbeidsfactor ofwel de powerfactor. Dat was minimaal. Een hoge harmonische vervorming heeft echter wel een groot effect op ons net. Om dat beter te begrijpen moeten we even iets verder kijken dan het toestel.

3 fasen spanning en het effect van harmonische vervorming op ons net

Ons elektriciteitsnet is een drie fasen net. Dat wil zeggen we maken in Nederland gebruik van een drie fasen net maar onze armaturen sluiten we op 1 fase aan. Het elektriciteitsnet moet gebalanceerd gebruikt worden. Dat is niet altijd even eenvoudig. Op onze grote netten geldt echter de wet van de grote getallen en als we de installatie goed verdeeld aanleggen dan worden de fasen vanzelf gebalanceerd belast. Natuurlijk geld dat grote fabrieken etc daar wel voor moeten zorgen maar in relatief kleine installaties kunnen we dat niet.

Iedere huis installatie wordt aangesloten op 1 fase (meestal komen alle 3 wel binnen maar wordt er slechts 1 gebruikt. Het huis naast het eerste huis wordt dan op de volgende fase aangesloten en die daarna weer op de volgende en dan beginnen we weer bij de eerste. Dat geldt ook voor onze lichtmasten. Die worden ook om de beurt op een andere fase aangesloten en daarmee ontstaat een gebalanceerd net. In onderstaande plaatje wordt dit weergegeven.

Lichtmasten op 3 fasen

Wat heeft dat te maken met het effect van harmonischen op ons net? In een perfect systeem waar de stromen alle onvervormd zijn en het net netjes is uitgebalanceerd is de stroom die uiteindelijk in de nul geleider loopt 0. De stromen lopen in dat geval van fase naar fase. De nul is enkel de verbindende factor tussen de armaturen.

De wet van Kirchhof

De wet van Kirchhof leert dat de stromen in een knooppunt bij elkaar opgeteld altijd 0 zijn. Voor de 50 Hz stroom betekend dat dus dat wanneer de stroom in de ene fase 100% is ze in beide andere fasen 50% zijn en de som is dan nul. In de nul geleider loopt dan geen stroom. De armaturen zijn uiteindelijk in ster geschakeld zoals we in het vorige figuur zagen. Dat ziet er dan schematisch als volgt uit.

3 fasen schakeling in ster

De wet van kirchof leert dan dat de stromen I1 + I2 + I3 + I4 opgeteld 0 moeten zijn. In onderstaande figuur zien we de fasestromen op een willekeurig moment en we zien dan dat de stromen I1 + I2 + I3 bij elkaar opgeteld reeds 0 zijn. In de nulgeleider loopt dan dus geen stroom. In het voorbeeld is dat I1 + I2 + I3 + I4 = 0,5 + 0,5 + -1+ 0 = 0.

Gebalanceerde momentane stroom is 0

De stromen van de oneven harmonischen (3, 5, 7 etc) tellen zich echter op. De optelling tussen de fasen is daardoor niet nul. Die stromen worden dan afgevoerd via de nul geleider. Zie hieronder het figuur van een sterk vervormde stroom. De lijn is weer getrokken op een willekeurig moment en daar zien we direct dat de optelling van de stromen door de fasen niet 0 is. Het resultaat van de optelling wordt dan afgevoerd via de nulgeleider. In het voorbeeld kunnen we ongeveer stellen dat I1 + I2 + I3 + I4 = 1,2 + 1,2 + -1,2+ I4 = 0. Daaruit volgt dat I4 is -1,2!! Die stroom loopt dus in de nulgeleider. Het effect van de harmonische vervorming op ons net is daarmee dat de stromen gaan lopen in de nulgeleider en er een potentieel voor overbelasting ontstaat.

Effecten van harmonische vervorming op ons net

Het resultaat in een openbaarverlichtingssyteem.

In onderstaande plaatjes zien we een sterk vervormde 3 fasen stroom. In iedere fase hebben we dezelfde vervorming aangebracht. Dat zal in de praktijk in een openbare verlichtingsinstallatie ook heel normaal zijn. We gebruiken tenslotte in een installatie steeds hetzelfde armatuur. In het eerste plaatje zien we de spanningen en in het tweede plaatje de stromen. Je ziet dat de stromen netjes in fase zijn met de respectievelijke spanningen. Dat betekend meteen dat de displacement factor 1 is (zie ook het deel 1 uit deze reeks).

Invloed van harmonische vervorming op ons net

In het onderstaande plaatje zie je dan wat de resulterende stroom is in de nul geleider van de boven zichtbare stromen. Hier zie je dan het effect van de harmonische vervorming op ons net. Een gek signaal? Nee het zijn de oneven harmonischen opgeteld en dat levert dus een andere stroom dan de normale 50 Hz stroom.

Invloed van harmonische vervorming op ons net

Conclusie over het effect van harmonische vervorming op ons net.

De resulterende stroom bij de maximaal toegestane harmonische vervorming volgens de huidige wetgeving levert dan een stroom op die bijna gelijk is aan de stroom die in de fasen loopt. Dat wil dus zeggen als de harmonische vervorming binnen de wettelijke eist ligt kan geen overbelasting van de nul geleider ontstaan. Namelijk een standaard installatie wordt bedraad met gelijke ader doorsnedes voor de Nul en de Fase. Dat wil zeggen normaliter 2,5 mm2. De stroom door de nul mag dus nooit hoger worden dan de stroom door de fasen en dat hebben we bereikt met de limitatie van de harmonischen.

Maar wat als we nu een vervorming hebben en een fase verschuiving? Dat lees je in het volgende deel.

Dit artikel is onderdeel van het complete verhaal over power quality. In een korte serie van artikelen ga ik in op alle factoren die de zogenaamde power quality bepalen. We hebben het dan over power factor / arbeidsfactor, cosinus φ / fase verschuiving en harmonische vervorming. Wat is het allemaal en welke relaties heeft het met elkaar. Welke invloeden hebben deze factoren op onze netten. Aanleiding is dat in de nieuwe later dit jaar uit te komen “one lighting regulation” de wettelijke regels worden aangepast.

Deel 1 van de reeks gaat over De cosinus φ (cos φ), fase verschuiving, displacement factor.

Deel 2 van de reeks gaat over Harmonische vervorming, THD, Distortion factor.

Harmonische vervorming

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor; Power Quality deel 2.

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor, wat zijn dat voor een factoren. Hoe wat voor een invloed hebben die? Wat is het allemaal en welke relaties heeft het met elkaar. Welke invloeden hebben deze factoren op onze netten. Aanleiding is dat in de nieuwe later dit jaar uit te komen “one lighting regulation” de wettelijke regels worden aangepast. In dit deel dus de harmonische vervorming.

Harmonische vervorming

In deel 1 hebben we fase verschuiving uitgelegd, ofwel de cosinus φ of wel displacement factor. Naast dat fenomeen kennen we ook de vervorming. Wat is nu precies vervorming en waardoor ontstaat dat. In onderstaande figuur zien we weer even hoe een zuiver sinusvormige spanning en stroom eruitziet.

Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1
Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1

Vervorming ontstaat doordat de stroom die wordt opgenomen door een toestel niet de sinusvorm van de spanning meer volgt. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door het gedrag van elektronica. Je hoeft namelijk alleen stroom op te nemen als het nodig is en zoveel als nodig is. Joseph Fourier, heeft aangetoond dat elke wiskundige functie geschreven kan worden als een som van sinussen. We spreken van een hogere harmonische wanneer deze een frequentie heeft die een veelvoud is van de grondgolf. Bij onze netspanning van 50 Hz (grondgolf) heeft de 2e harmonische een frequentie van 2 x 50 = 100 Hz, de 3e  harmonische 3 x 50 = 150 Hz, enz.

Hieronder zien we in de figuur een sterk vervormde stroom. Let op de fase verschuiving in deze figuur is 0 (ofwel de displacement factor = cosinus φ = 1)

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor

THD

Laten we dit signaal verder gaan analyseren. Eerst een Fourier analyse doen en dan komen we op het volgende plaatje. Op de horizontale as zien we de harmonischen. 1 staat voor de grondgolf ofwel de 50 Hz, de 2 voor de tweede harmonische ofwel de 100 Hz etc. Op de verticale as de stroom in procenten van de grondgolf. De grondgolf is dan natuurlijk ook 100 %.

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor

Hier zien we dat de stroom derde harmonische (150 Hz) bijna 30% bedraagt van de grondgolf stroom. Het signaal wat we hier hebben afgebeeld is afgestemd op de maximaal toegestane harmonische vervorming. Dat wil zeggen voor verlichtingstoestellen met een vermogen boven de 25 W. Zoals je ziet een flinke vervorming is toelaatbaar. Als we dan de totale harmonische vervorming (THD) uitrekenen;

THD = √ ((I2² + …. In²) / I1²)

Waarin;
THD => Total harmonic distortion
I2…n => stroom van de nde harmonische
I1 => Stroom van de grondgolf (50 Hz)

Als we dat van het afgebeelde signaal uitrekenen komen we op 33,5 % uit.

Distortion factor

Met dit getal kunnen we dan vervolgens de distortion factor berekenen. Die hebben we nodig om uiteindelijk te kunnen uitrekenen welk effect deze vervorming heeft op ons effectief vermogen.

Kdistortion = 1/√(1+THD²)

Waarin;
Kdistortion => Distortion factor
THD => Total harmonic distortion

Als we dat uitrekenen voor dit voorbeeld komen we op 0,95.

Het effect van de harmonische vervorming het opgenomen vermogen

Hiermee kunnen we nu uitrekenen wat deze vervorming voor een effect heeft of ons effectief vermogen. Het effectieve vermogen wat geleverd wordt is;

Peff = U x I x λ = U x I x Kdisplacement x Kdistortion

Waarin;
Peff => Opgenomen vermogen
U => Spanning
I => Opgenomen stroom
λ => Arbeidsfactor (power factor)
Kdisplacement => Displacement factor of faseverschuiving of cosinus φ
Kdistortion => Vervormingsfactor

In dit geval komen we dan uit op een opgenomen vermogen van 230 W terwijl het schijnbare vermogen 242 W is.

Het effect van deze vervorming op de stijging in de opgenomen stroom is gering. De opgenomen stroom is 1,05 A terwijl voor het effectieve vermogen slechts 1,00 A nodig zou zijn geweest.

Het effect van de vervorming op de opgenomen stroom is niet zo groot als we bij de fase verschuiving zagen in het vorige artikel. Waarom moeten we ons dan toch druk maken over de harmonische vervorming? In het volgende deel gaan we verder kijken naar vervorming en de effecten daarvan.

#armaturenregister #elektrotechniek #lighting #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting

Cosinus φ

De cosinus φ (cos φ), fase verschuiving, displacement factor; Power quality deel 1.

De cosinus φ (cos φ) of displacement factor? Nu maar eens het complete verhaal over power quality. In een korte serie van artikelen ga ik in op alle factoren die de zogenaamde power quality bepalen. We hebben het dan over power factor / arbeidsfactor, cosinus φ / fase verschuiving en harmonische vervorming. Wat is het allemaal en welke relaties heeft het met elkaar. Welke invloeden hebben deze factoren op onze netten. Aanleiding is dat in de nieuwe later dit jaar uit te komen “one lighting regulation” de wettelijke regels worden aangepast.

Cosinus φ / displacement factor

Iedereen kent wel de cosinus φ als belangrijke grootheid in elektrische systemen. Dit is niet geheel onterecht echter wordt de factor vaak niet correct gebruikt. De fase verschuiving van spanning ten opzichte van de stroom noemen we de cosinus φ of displacement factor

Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1
Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1

In bovenstaande afbeelding zien we twee sinusvormige signalen. De stroom en spanning zijn in dit geval exact gelijk qua vorm en volgen elkaar exact. Ze zijn dus “in fase”. Dat betekend ook dat de cosinus φ of displacement factor 1 is. Spanning en stroom zijn exact in fase.

Dit heeft niets met de vervorming te doen. Dat noemen we harmonische vervorming en komt in het volgende artikel aan de orde.

Bij deze belasting is de spanning en stroom exact in fase en dan spreken we over een zuiver “ohmse” belasting. Dit komt niet heel veel voor maar bijvoorbeeld een verwarmingselement is een “ohmse” belasting.

Inductieve of capacitieve belasting

Zodra we een spoel of een condensator in de keten hebben krijgen we te maken met een fase verschuiving.

Cosinus φ / Displacement factor < 1
Cosinus φ / Displacement factor = 0,5

In bovenstaande afbeelding zien we dat de spanning en stroom niet meer in fase zijn. We zien hier een fase hoek van ongeveer 60 graden. Dat betekent dat de cosinus φ = displacement factor = 0,5 is. In dit geval is er een inductieve last.

Wat is het gevolg van een lage displacement factor / cosinus φ

Indien de displacement factor klein is heeft dat gevolgen. Om hetzelfde effectieve vermogen te bereiken is een grotere stroom noodzakelijk. Dat wil zeggen als de displacement factor / cosinus φ 0,5 is dan is een twee keer zo grote stroom nodig om hetzelfde effectieve vermogen te bereiken.

Het effectieve vermogen bepalen we dan als volgt:

Peff = U x I x Kdisplacement

Of meer bekend;

Peff = U x I x Cos φ

Waarin:
Peff => opgenomen vermogen in W
U => Aansluitspanning in V
I => Opgenomen stroom in A
Kdisplacement => displacement factor = cosinus φ

Dus in de bovenstaande signalen hebben we te maken met een 230 V netspanning en een stroom van 1 A. Dat betekend dat het opgenomen effectieve vermogen 115 W is. Zou zoals bij het eerste signaal de stroom en spanning exact in fase zijn geweest zou het effectieve vermogen dus 230 W zijn geweest.

In het tweede geval heb je, om hetzelfde vermogen op te nemen, 2 x zoveel stroom nodig uit het net.

Gevolg is dan:
– Op 1 groep zijn minder van de gelijke toestellen aan te sluiten
– Het zogenaamde “blind” vermogen moet wel worden getransporteerd door ons distributie net. Het wordt echter niet afgerekend. Het gevolg zijn extra verliezen in het net die niet gedekt zijn.
– Doordat de stromen groter zijn moeten de kabels dikker zijn of moeten er meer groepen worden aangelegd. In beide gevallen is meer materiaal nodig om hetzelfde effectieve vermogen te kunnen gebruiken.

Relatie tot de arbeidsfactor

Vaak wordt de arbeidsfactor en cosinus φ door elkaar gebruikt. Belangrijk is te beseffen dat dat niet klopt. Echter in dit specifieke geval zijn de arbeidsfactor en de cosinus φ / displacement factor aan elkaar gelijk.

Indien de sinus ook nog vervormd zou zijn gaat dit niet meer op. In het volgende deel gaan we verder kijken naar vervorming en de effecten daarvan.

Volgende keer Harmonische vervorming, THD, Distortion factor; Power Quality deel 2

#armaturenregister #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting