Energiesparsysteme Bericht Aus Dem Philips Labor

Bericht aus dem Labor

Klaus-Peter Schild, i.V. Jörg Kupferschlaeger Springe 16. Mai 2006

Themen • Auswahl technischer Möglichkeiten zur Energieeinsparung bei Hochdruckentladungslampen • Neue Normungsvorhaben bei Leuchten • Neue Normungsteile in der Funkstörung • Neue Normungsvorhaben für EMF

Klaus-Peter Schild

2

Auswahl technischer Möglichkeiten zur Energieeinsparung aus Sicht des Labors • Spannungssenkung (Amplitudensteuerung) • Phasenanschnitt • Phasenausschnitt • Stufenschaltung – Vorschaltgerät mit 2 Leistungen – Zusatzvorschaltgerät • Austausch der Lampe durch SON-H Lampen • Frequenzänderung Klaus-Peter Schild

3

Spannungssenkung (Amplitudensteuerung)

235 V

220 V Spannungssenkung Zentral Amplitude

Leuchte1

Klaus-Peter Schild

Leuchte 2

Leuchte 3

Leuchte 4

4

Spannungssenkung (Amplitudensteuerung) • Leuchte bleibt unverändert • Alle Zeichen und Zulassungen bleiben erhalten • Interessant bei Leuchten mit 220 V Technik • Möglich aber auch mit Leuchten und 230 V Technik

Klaus-Peter Schild

5

Spannungssenkung (Amplitudensteuerung) Netz- und Lampenspannung bei Un = 230 V Netzspannung Lampenspannung

Klaus-Peter Schild

6

Spannungssenkung (Amplitudensteuerung) Netz- und Lampenbrennspannung bei 190 V Un Netzspannung

Lampenspannung

Klaus-Peter Schild

7

Spannungssenkung (Amplitudensteuerung) Leuchte mit HPL Lampe 125 W und VG 220 V 120 110

114

Energieeinsparung 33,7 % Punkte = 39,5%

100

100

(%)

100 90

80,3 80

71

Leistung [%] 76,8

Lichtstrom [%]

70 60

64,5

50 180

190

Klaus-Peter Schild

200

210

220

Leuchtenspannung (V)

230

240 8

Phasenanschnitt Modul in Leuchte eingebaut

L

VG

ZG

L st. N

Modul in der Leuchte Klaus-Peter Schild

9

Phasenanschnitt Leuchteneingangsspannung

Klaus-Peter Schild

10

Phasenanschnitt

SON 150 230 V Unetz / 175 V ULeu

Lampenstrom Stromlose Pause flimmern Lampenspannung Wiederzündspannung

Klaus-Peter Schild

SON 1508

11

Vergleich: Amplitudenmodulation/ Phasenanschnitt P lampe Amplitude P lampe Phasenanschnitt

120

Lichtstrom Lampe Amplitude Lichtstrom Phasenanschnitt

100

%

80 60 40 20 Lampe verlöscht 0 230

220

210

200

190

180

170

160

150

Leuchtenspannung in V Klaus-Peter Schild

12

Energie Sparmodul Licht

ESL

Klaus-Peter Schild

• .....endlich können wir Energie sparen.... • ...eine Super Erfindung.... • .... 35 % weniger Energie...... • Lichtverminderung subjektiv nicht wahrnehmbar .... • .....für alle Arten von Lampen.... • ....geringe Montagekosten.... • ....Amortisation nach 1 Jahr...

13

Energie Sparmodul Licht Ausgangspannung Energiespar- Modul- Licht = Eingangsspannung Leuchte

Klaus-Peter Schild

14

Energie Sparmodul Licht Energie Sparmodul Licht, Untersuchung FHH Hannover Lampe NAV/SON 70 W U

Pgs.

Pgs.

Ф

Ф

Lm/ W

3. Harm.

%

(V)

(W)

%

lm

%

ohne

230

93

100

4889

100

52,6

5,8

mit

230

41,8

44,9

868

17,8

20,8

22,1

Klaus-Peter Schild

15

Energie Sparmodul Licht Störspannung Leuchte mit magnetischen Ballast nach EN 55015

Klaus-Peter Schild

16

Energie Sparmodul Licht Störspannung Leuchte mit magn. VG und Energiespar-ModulLicht nach EN 55015 Grenzwert PK

Grenzwert AV Klaus-Peter Schild

17

Stufenschaltung Vorschaltgerät mit 2 Leistungen • Amplitudensteuerung mittels umschaltbarer VG • Zünden der Lampe immer mit 100 % Leistung, Umschalter mit Timer oder digital DR

L

ZG seriell

150W 100W

L steuer

PU

N Klaus-Peter Schild

18

Amplitudensteuerung mit Zusatzimpedanz Zünden der Lampe immer mit 100 % Leistung, wird durch EC 01/ EC 11 sichergestellt, EC 01/EC 11 Modul der Fa. Philips, voll elektronisch Zusatzimpedanz

Impedanz

L ZG

L steuer

EC 01

semiparallel

N

Klaus-Peter Schild

19

Stufenschaltung Vorschaltgerät Leistungsreduzierung durch umschaltbare Vorschaltgeräte Lampe

P ges. (W)

P ges. (%)

 (%)

Cos. Phi m.Kond.

3. Harmonische EN 61003-2-3 ist

Zulässig *

SON 150 reduziert

164 95

100 68

100 50

0,87 0,92

14.1 % 13,5 %

26,1 % 27,6 %

SON 70 reduziert

83 59

100 71

100 53

0,81 0,94

16 % 7,3 %

24,3 % 28,2 %

HPL 125 reduziert

135 85

100 62

100 50

0,89 0,93

16,2 % 16,1 %

26,7 % 27,9 %

* EN 61000-2-3: 3. Harmonische 30 * Klaus-Peter Schild

20

Ersatz der HPL Lampe durch SON-H •

SON-H Lampen brennen am HPL Vorschaltgerät

•

Netzspannung des VG ? 220V oder 230 V

•

Lebensdauer des Vorschaltgerätes ?

•

Beispiel: SON-H 110 W am VG HPL 125 W

Lampe

Leistung gesamt

Lichtstrom

Lampenstrom = VG Strom

HPL 125

137 W

6500 lm

1,15 A

SON-H 110

125 W -8,5 %

8000 lm + 23 %

1,3 A Thermisch ??

Klaus-Peter Schild

Ersparnis: 8,5 % 21

Frequenzänderung

230 V 50 Hz

230 V, f = > 50 Hz Frequenzumrichter

Leuchte1

Klaus-Peter Schild

Leuchte 2

Leuchte 3

Leuchte 4

22

Frequenzänderung • XL =2 π f * L • Wird f größer, wird XL größer, der Strom wird kleiner • Vorteil ( lt. Hersteller ): – Keine Änderung in der Leuchte – HPL Vorschaltgerät bleibt eingebaut – Lampe wird ersetzt durch SON-I Lampe

Klaus-Peter Schild

23

Frequenzänderung Problem: • Ausgangspannung nicht sinusförmig, sondern Rechteck • Belastung für das Vorschaltgerät • Kurvenform erzeugt zusätzliche Frequenzen und somit • Oberwellen und Probleme in der Funkstörung ?

Klaus-Peter Schild

24

Frequenzänderung Nachteile: • Lebensdauerende vom Vorschaltgerät ? • SON-Lampe SON-I erzeugt Zündimpuls von ca. 2,5 kV – VG für diese hohe Spannung geeignet ? HPL Vorschaltgeräte in der Regel nicht. – Fassung wird mit Hochspannung belastet ! Fassungen müssen für min. 500 V zugelassen sein ! – Leitungen zur Fassung werden mit Hochspannung belastet ! • Vorschaltgeräte für SON Lampen müssen geschützt sein gegen Gleichrichtereffekt. Klaus-Peter Schild

25

Frequenzänderung Zusammenfassung: • Leistungsreduzierung über Frequenzänderung kann eine brauchbare Lösung sein, wird eingesetzt bei allen EVG Zu beachten ist: • der Crest Faktor, Kurvenform des Lampenstromes •

Einhaltung der Lampendaten, Strom u. Spannung

•

Leitungen mit Strömen abweichend von 50 Hz müssen kurz sein um Störungen zu verhindern, Messungen erforderlich • Messungen in Anlagen liegen noch nicht vor !

Klaus-Peter Schild

26

• Aussage Leuchtenhersteller: – Änderungen in der Leuchte führen zum Verlust aller Zeichen und Zulassungen – Produkthaftung entfällt • Aussage Lampenhersteller: – Alle Lampen Daten gelten ausschließlich für Nennbetrieb ! – Betrieb nur mit Betriebsgeräten, gebaut nach gültigen Normen zulässig. – Garantieaussagen nur bei Betrieb mit zugelassen Betriebsgeräten

Klaus-Peter Schild

27

Garantie der Lampenhersteller • Lampenhersteller übernehmen nur Garantie bei folgender Betriebsarten: – Spannungsabsenkung innerhalb 10 % – Zusatzimpedanz oder umschaltbare Vorschaltgeräte – Phasenanschnitt ist zwar zulässig, Garantien werden nicht übernommen

Klaus-Peter Schild

28

Leistungsreduktion _ Jede zweite Leuchte ausschalten: > keine DIN gerechte Beleuchtung mehr > Gefährlich, da Adaptationsvermögen des menschlichen Auges missachtet wird _ Abschalten einer Lampe bei 2 lampigen Leuchten: > Höhere Betriebs- und Anschaffungskosten Tatsächliche Halbierung des Lichtstroms und des Energieverbrauchs

125W

80W

Zwei Stromkreise – zwei Lampen je Leuchte – Leistungsreduktion und Halbierung des Lichtes durch Abschalten einer Lampe Reduktion der Anschlussleistung durch Umklemmen auf niedrigere Wattagen bei angezapften Vorschaltgeräten

Klaus-Peter Schild

29

Leistungsreduktion HPL

≡

SON

Master City White

CosmoPolis

CDO

CPO

SOX

≡

+ geringerer Lichtstromrückgang

Empfohlen Technik vorhanden, aber nicht freigegeben Nicht zugelassen oder nicht möglich Klaus-Peter Schild

30

Neue Normen für Aussenleuchten: • Vorschlag: Schlagprüfung für gewölbte Glaswannen – Z.Zt. nur für Flachscheiben • min. 0,5 Nm • anschließend Zerstörung, wobei auf einer Fläche von 50 mm * 50 mm mind. 60 Stücke entstehen müssen. – Vorschlag in der Norm: Gleiche Prüfung für gewölbte Scheiben • Diskussion: Prüfung im Gips- oder Sandbett

Klaus-Peter Schild

31

Normen für Außenleuchten • Mechanische Prüfungen ( normativ ) – Windlastnachbildung • Prüfung mit Sandsäcken entsprechend der Leuchtengröße und zu erwartenden Windgeschwindigkeiten ( Höhe der Leuchte ) – Fünffache Sicherheit durch statische Prüfung – Keine dynamischen Prüfungen

Klaus-Peter Schild

32

Normen für Leuchten • Zusatzprüfungen Koffer² ( Philips Regeln ): – Dynamische Prüfung ( Schwingprüfung mit 0,2 g, 5 Hz – 55 Hz, 5 Mio. Schwingungen), kein Schaden – Schockprüfung 2 * 30 g in allen Richtungen, kein Schaden – Schockprüfung 2 * 50 g in allen Richtungen, Leuchte darf sich nicht lösen und vom Mast fallen Z

Y X

Klaus-Peter Schild

33

Neue Normungsteile in der Funkstörung EMV ( Funkschutz ) Erweiterung: • Messungen für alle Leuchten mit Arbeitsfrequenzen > 50 Hz: – Zur Zeit Spannungsmessungen und Feldstärkemessungen zwischen 9 kHz und 30 MHz – Z.Zt Entwurf: Frequenzbereich bis 300 MHz, in Zukunft bis 1 GHz Generell neu EMF (Elektromagnetische Felder): • Messung der elektrischen und magnetischen Felder • Grenzwerte nach den europäischen und amerikanischen Normen

Klaus-Peter Schild

34

Messung der EMF

Klaus-Peter Schild

35