Lichttechniek Led TL

Vernieuwingen en voorlichting in de lichttechniek van Led TL

 

In de eerste helft van de vorige eeuw was het altijd een stuwende kracht om lichtbronnen te ontwikkelen met meer licht en minder energie.

Door deze energiebesparingsdrang zijn er diverse  verlichtingstypes ontwikkeld met sterk verschillende eigenschappen zoals kleurtemperatuur, levensduur efficiency en prijsniveau.

Technische details zoals Power Factor en Harmonic Distortion (HD) worden vaak niet genoemd maar zijn heel belangrijk voor de netkwaliteit en installatie zeker bij grote gebouwen.

.

Het lichtrendement van een normale gloeilamp is 8 tot 15 Lumen per Watt met ca 1000 branduren.

Voor een Halogeenlamp is dat tussen 10 en 25 Lumen per Watt met ca. 2000 tot 5000 branduren.

Voor een CFL  lamp is dat 20 tot 60 Lumen per Watt met 5.000 tot 20.000 branduren.

Voor een LED lamp is dat tussen 60 en 80 Lumen per Watt met  8.000 tot 20.000 branduren ofschoon de XL-LED-TL meer dan 100 Lumen per Watt kan halen met naar schatting meer dan 80.000 branduren.

De metaalhalide lampen hebben een rendement tussen 40 en 60 Lumen per Watt wat door de nieuwe led technologie reeds is achterhaald.

De CFL verlichting en de TL buizen vallen onder de groep fluorescentieverlichting en hebben een elektronisch voorschakelapparaat.

Bij led lampen is het voorschakelapparaat een driver die voor de voeding van de leds zorg draagt. .

.

Dikwijls wordt voor de beoordeling van een installatie alleen gekeken naar de  efficiency  dan wel het aantal Lumen per Watt. Daarbij wordt voorbijgegaan aan de vereiste lichthoeveelheid op de werkplek wat we uitdrukken in LUX.   De lichtverdeling en de functionele waarde van de armaturen is hierbij van essentieel belang.

.

De voorschakelapparaten van een traditionele TL buis met een capacitieve condensator en een inductieve spoel hebben een stroomafname die in fase niet gelijkvormig is met de spanning. Deze faseverschuiving zorgt ervoor dat het schijnbaar vermogen afwijkt van het werkelijk opgenomen vermogen. Indien de stroomafname een andere vorm heeft dan de spanning krijgen we niet lineaire harmonische stromen in het net en we spreken dan van netvervuiling.

.

De spanning van een normaal verlichtingselement dat aangesloten wordt op het lichtnet wordt helemaal opgenomen door dat apparaat zodat de sinusvorm van de stroom helemaal in tact blijft en van faseverschuiving geen sprake is. Er is dan sprake van een lineaire belasting.

Bij de klassieke TL verlichting en bij motoren is er wel sprake van een faseverschuiving en we noemen dan de fasehoek tussen spanning en de afgenomen stroom Phi.  Steeds is het van belang dat de cosinus van deze hoek zo dicht mogelijk het getal 1 benaderd.

.

Een klassieke TL buis van 150 cm heeft een eigen verbruik uit het lichtnet van 58 Watt.  Daarbij komt ca 13 Watt dat verloren gaat in het voorschakel-apparaat (VSA) in de vorm van warmte. Het totaal opgenomen vermogen is dus 58 + 13 = 71 Watt. De effectieve RMS (Root Mean Square) stroom zou bij een spanning van 230 Volt dan zijn 71/230= 0,31 VA.

Als we echter het werkelijk verbruik meten komen we aanzienlijk hoger omdat een deel van die stroom niet wordt opgenomen maar terug gaat naar het elektriciteitsnet (reactief of blindvermogen).

Vanwege het inductieve karakter van het VSA  zal er namelijk een faseverschuiving ontstaan tussen netspanning en netstroom. Deze belasting  noemen we cosinus Phi en zal bij een traditionele TL buis  een waarde hebben van ca 0,50. De opgenomen stroom is niet  71 Watt/230 Volt = 0,31 Ampere maar het opgenomen vermogen is  (71/230)/0,50= 0,64 A.  Het schijnbaar vermogen is  230 x 0,64 = 147,2 VA. Voor het opgenomen aantal VA betaal je als consument/kleinverbruiker niet; alleen voor het aantal opgenomen Watt.

.

Bij industriële afnemers zal de energiemaatschappij, bij veel gebruik, een toeslag berekenen als er  sprake is van een lage cosinus Phi. Deze hogere RMS stromen belasten namelijk wel degelijk het net en zijn dus hogere kosten voor de netbeheerder.

De verhouding tussen het werkelijk opgenomen vermogen (P) en het schijnbaar vermogen (S) wordt Power Factor genoemd. PF=P/S. Deze is dus altijd een getal tussen 0 en 1.

De Power Factor is niet alleen afhankelijk van de cosinus Phi maar ook van de harmonische stromen ontstaan door een niet lineaire belasting.  Indien de sinusvormige spanning een afwijkende vorm krijgt ontstaan harmonische stromen in het net en krijgen we eveneens een niet lineaire belasting. De totale harmonische vervorming (THD) is een maat voor de vervorming t.o.v. de normale sinusvorm.  Harmonische vervormingen kunnen ook storingen veroorzaken en zijn extra belastend voor de installatie.

.

Naast de THD is er nog de crest factor dat een maataanduiding is voor de piekwaardes van de stroom en spanning. Deze is vooral hoog bij elektronische voorschakel apparatuur.

De  led’s ten behoeve van huishoudelijke toepassing hebben veelal een PF tussen 0,6 en 1.

Een Power Factor van 0,5 betekent dat het werkelijk vermogen (S) twee maal zo groot is als het Watt vermogen (P). De lage PF wordt met name veroorzaakt door de aanwezigheid van harmonische stromen die dan niet voldoen aan de gestelde normen.

.

Voor openbare verlichting zijn 10 verschillende led armaturen  gemeten waarbij waarden gemeten werden tussen 0,8 en 0,97 met een enkele uitschieter van 0,53. Dit geeft aan de belangrijkheid  voor een systeem van een goede driver met harmonische filters.

Ook elektronische dimmers kunnen harmonischen veroorzaken doordat een niet sinus-vormige stroom wordt opgenomen gedurende een deel van de sinusspanning.  Oorzaak zijn de niet lineaire elementen van de dimmers.

Moderne elektrische voorschakelapparaten voor TL verlichting hebben een goede PF, zelfs beter dan 0,93.  Bij led verlichting is er een grote variatie ofschoon bij ons de gemeten waarde meer is dan 0,98.