Lichtregelgeräte mit Spannungsregelung

 

Information über Prinzip und Wirkung auf Lampen
Seit über 15 Jahren werden auf dem freien Markt Komponenten zu Beleuchtungsanlagen angeboten, die deutliche Energieeinsparung bewirken sollen. Die prognostizierten Werte liegen bei "mindestens 17 %" oder "bis zu 30 %". Sie sollen mit Geräten erreicht werden, die, in die Elektroinstallation integriert, verschiedenen Gruppen von Leuchten vorgeschaltet werden.
Zur "Lichtoptimierung", wie sie von den Herstellern bezeichnet wird, sind im wesentlichen folgende Systeme bekannt:

 
nach elektronischem Prinzip: Phasen-An-, -Ab- oder -Einschnittsteuerungen
  
nach transformatorischem Prinzip:reine Spartransformatoren
 Stelltransformatoren
 beschaltete Transformatoren


Phasen-An-, -Ab- oder -Einschnittsteuerungen

Das Funktionsprinzip besteht in der Deformierung der sinusförmigen Wechselspannung. Dadurch wird der Effektivwert gesenkt. Die Leistungsaufnahme geht deutlich zurück. Für Entladungslampen sind nur Systeme mit Phasenschnitten praktikabel, die keine zeitliche Verlängerung des Phasen-Null-Durchgangs verursachen. Die Spannung weicht stark von der Sinusform ab wodurch der Oberwellengehalt steigt.

 

Reine Spartransformatoren

Reine Spartransformatoren senken das Spannungsniveau im Beleuchtungsstromkreis auf einfachste Weise in einem konstanten Verhältnis zur Netzspannung auf ca. 200 V ab. Die Sekundärspannung bleibt rein sinusförmig. Der Startvorgang erfolgt daher bei verminderter Spannung, die Zündsicherheit sinkt. Bei zu schwachen Netzen, Spannungsverlust auf der Zuleitung oder bei Spannungsschwankungen ist ein Zünden der Lampen oft nicht mehr möglich.

 

Stelltransformatoren

Stelltransformatoren gewährleisten zunächst ein Zünden der Lampen bei Netzspannung. Durch einen motorisch verstellbaren Abgriff über Schleifkontakte wird die Spannung im angeschlossenen Stromkreis nach einer gewissen Verzögerungszeit gleitend und unterbrechungsfrei bis auf ca. 190 V (oder darunter) gesenkt. Grundsätzlich ist dies nach dem Zünden physikalisch möglich; ein späteres Zuschalten einzelner Leuchten in diesem Kreis ist jedoch ausgeschlossen. Dieses Prinzip ist gegenüber dem reiner Spartransformatoren aufwendiger.

 

Beschaltete Transformatoren

Grundsätzlich gelten dieselben Eigenschaften wie bei Stelltransformatoren, jedoch ohne Mechanik, dafür aber mit kontaktbehafteten Schaltelementen. Um die Unterbrechung beim Schalten von der hohen auf die niedrige Spannungsebene zu unterbinden, sind Hilfsrelais/-schütze erforderlich. Die Leuchten würden sonst nach der Umschaltung auf reduzierten Spannungsbetrieb einen erneuten Zündversuch bei bereits abgesenkter Spannung unternehmen.
Alle vorgestellten Systeme sollen bei Hoch- und Niederdruckentladungslampen (also bei Leuchtstofflampen, HQL, HQI, NAV) eine Leistungsreduzierung bewirken und sich so über die Energieeinsparung refinanzieren.

 

Wirkung des Phasen-Schnitt-Prinzips

Der Effektivwert der speisenden Spannung wird herabgesetzt. Dadurch reduziert sich die Leistungsaufnahme. Der Lichtstrom wird überproportional gemindert. Wirkungsgrad und Lichtausbeute sinken. Ein deutlicher Beleuchtungsstärkeverlust, prozentual höher als die Energieeinsparung, ist die Folge. Das Prinzip kann bei kompensierten Leuchten für Entladungslampen nicht eingesetzt werden. Es ist von Glühlampen-Dimmern bekannt. Dort steht aber nicht die Energieeinsparung, sondern eine stimmungsbetonte oder zweckgebundene Helligkeitssteuerung im Vordergrund.
(Hinweis: Bei Leuchtstofflampen kann es bei der Verringerung der Netzspannung zwar einer minimalen Verbesserung der Lichtausbeute (Lichtstrom / Eingesetzte Leistung) kommen, aber entscheidend ist immer noch der Lichtstromverlust, der die Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte reduziert)   

 

Wirkung des transformatorischen Prinzips:

Energieeinsparung. Eine Reduzierung der Leistungsaufnahme zwischen 15 und 30 % wird je nach individuellen Verhältnissen in der Anlage an der Leuchte erreicht. Unberücksichtigt bleibt aber oft, dass bei schlechter Güte der Trafos eine Verlustleistung bis zu 10 % der Nennleistung vorliegen kann.

Lichtstromverlust. Der Lichtstromverlust ist bei heutigen modernen Dreibandenleuchtstofflampen nicht vernachlässigbar. Bei Reduzierung von 230 V auf 200 V (am 220 V KVG) reduziert sich neben der Leistungsaufnahme (ca. 20 %) der Lichtstrom um ca. 15 %. Als wirkliche Einsparung ist daher nur noch die Differenz zu betrachten, von der die Verluste der Transformatoren noch abgezogen werden müssen. Bei manchen Systemen ist die Gesamtbilanz sogar negativ, denn es entstehen zusätzlich noch Leerlaufverluste, und zwar 24 Stunden am Tag, wenn keine netzseitige Freischaltung der Transformatoren erfolgt. Sofern die Beleuchtungsanlage zuvor nicht überdimensioniert war, führt die Spannungsreduzierung zu einem unzulässig hohen Beleuchtungsstärkeverlust. Dies kann dazu führen, dass keine normgerechte Beleuchtung mehr vorhanden ist.

Haftung und Gewährleistung. Der Betrieb des Beleuchtungssystems erfolgt nicht mehr VDE-gemäß und außerhalb der von den Lampenherstellern zugelassenen Spannungsabweichungen. Man sollte sich von den Lampenherstellern vor dem Erwerb einer solchen Anlage eine Freigabe für den Einsatz der vorgesehenen lampen geben lassen.

Duo-Schaltung. Eine reduzierte Betriebsspannung bewirkt in duokompensierten Leuchten (in der Praxis Regelfall) einen deutlichen und störenden Helligkeitsunterschied der beiden Lampen. Der induktive Zweig wird merklich mehr reduziert als der kapazitive.

Kennzeichnung. Auf eine VDE- oder ENEC-Kennzeichnung ist zu achten.

Zündsicherheit. Bei langen Leitungswegen mit geringen Leitungsquerschnitten kann es bei reduzierter Spannung zu Flackern bzw. ständige erfolglose Zündversuche kommen.

Sicherheits-Schnellstarter. Sicherheits-Schnellstarter können gelegentlich nicht mehr eingesetzt werden. Aufgrund des zu geringen Spannungsniveaus starten sie oft nicht oder schalten ab.

Lebensdauer. Eine Verlängerung der Lampenlebensdauer durch die Reduzierung der Betriebsspannung kann von den Lampenherstellern in den meisten Fällen nicht oder nur eingeschränkt bestätigt werden. Oft wird eine Lebensdauerverlängerung mit anderen Nachteilen eingekauft.

Siehe auch: Dimmung von Hochdruckentladungslampen

EVG-Betrieb. Vollelektronische Vorschaltgeräte mit Leistungskonstanz sind in weiten Bereichen nahezu unabhängig von der Speisespannung. Dadurch haben spannungsreduzierende Maßnahmen bei EVG-Betrieb praktisch keine Auswirkung bezüglich der Energieeinsparung. Da jedoch EVG ständig versuchen die Ausgangsleistung konstant zu halten, wird bei Verringerung der Versorgungsspannung eine Zunahme des Stromes zu erkennen sein. Dies kann zur Überlastung des Primärkreises führen, die sich durch Überhitzung des EVG äußert. Bauteile im EVG werden dadurch gefährdet und meist auch geschädigt.

Farbkonstanz. Bei Reduzierung der Versorgungsspannung kann es bei einigen Lampentypen zu Farbverschiebungen kommen, die unangenehm sichtbar werden.

Spannungsabfall. In der Regel muss die Spannungsabsenkung auf die am weitesten entfernte Leuchte abgestimmt werden. Bei großen Leitungslängen, wie sie in der Straßenbeleuchtung in der Regel vorkommen, kann die versprochene Spannungsabsenkung gar nicht erfolgen, da man sonst den Betrieb und Funktion der letzten Leuchten im Strang gefährdet. 

Abschaltbedingungen. Bei Auftreten eines Fehlers in einem beschalteten Stromkreis muss gewährleistet sein, dass vorgeschaltete Schutzeinrichtungen im Rahmen der VDE-Bestimmungen abschalten. Bei reduzierter Versorgungsspannung ist für einen ausreichenden Kurzschlussströme zu sorgen. Geräten, welche bei Auftreten von Überlast auf einen Bypass umschalten, sind zu bevorzugen.

Sollten von Ihrer Seite Erfahrungen zu Energiesparmodulen oder ähnlichem vorhanden sein, bitte ich um kurze Mitteilung per e-Mail oder im Forum.

Natürlich gibt es Anwendungsfälle und Lampen-/Gerätekombinationen, die eine Spannungsabsenkung als angemessene Maßnahme zur Energieeinparung erscheinen lassen. Die oben aufgeführten Punkte sollen lediglich Anhaltspunkte sein, die der Anwender im Vorfeld beachten sollte.

Es soll keine Verallgemeinerung der Spannungsabsenkungssysteme sein und auch keine Wertung, sondern lediglich eine Aufzählung von Anhaltspunkten.