Vorschaltgerät

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Als Vorschaltgerät wird die bei Gasentladungslampen und Leuchtstofflampen zur Strombegrenzung erforderliche Vorrichtung bezeichnet.

Grundlagen[Bearbeiten]

Vorschaltdrossel (KVG) für eine Kompaktleuchtstofflampe 18 Watt

Ein Vorschaltgerät wird zum Betrieb einer Gasentladungslampe gebraucht. Anderenfalls würde der Entladungsstrom durch die zu ihrer Funktion erforderliche Stoßionisation immer weiter ansteigen, bis die Lampe zerstört wird oder die Sicherung ausgelöst wird.

Es kann als separates Bauelement in der Leuchte eingebaut sein oder auch im Leuchtmittel (etwa bei sogenannten Energiesparlampen) integriert sein. In diesem Fall kann das Leuchtmittel unmittelbar am Stromnetz betrieben werden.

Vorschaltgeräte können auch die bei manchen Lampen erforderliche Zünd- (je nach Lampentyp Impulse von einigen hundert Volt bis mehrere kV) und Starteinrichtung (Vorheizung der Kathoden bei Leuchtstofflampen) enthalten.

Vorschaltgeräte (VG) gibt es in zwei Bauarten:

  • Magnetische Vorschaltgeräte
  • Elektronische Vorschaltgeräte

Magnetische Vorschaltgeräte[Bearbeiten]

Magnetische Vorschaltgeräte benötigen zum Betrieb einen Starter und werden nach den Verlusten eingeteilt in:

  • Konventionelles Vorschaltgerät (KVG)
  • Verlustarmes Vorschaltgerät (VVG)
  • Ultra-low-loss-ballast

Konventionelles Vorschaltgerät (KVG)[Bearbeiten]

Vorschaltdrossel (KVG) für eine Hochdruck- Metalldampflampe (eine von zwei Drosseln für 1 Kilowatt Nennleistung zum Betrieb an 400 V)

Sogenannte konventionelle Vorschaltgeräte bestehen aus einer Drossel, meist ein mit Kupferdraht bewickelter Eisenkern. Bedingt durch den ohmschen Widerstand des Kupfers (die sogenannten Kupferverluste) und die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste im Kern kommt es zu Wärmeentwicklung und Leistungsverlusten von etwa 10–20 % der Lampenleistung. Die Berechnung des induktiven Widerstandes ist an diesem Beispiel gezeigt.

Das KVG ist in Reihe mit der Lampe geschaltet und muss zur Lampe passen, da es bei der Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz den Strom der Lampe auf ihren Nennwert begrenzt. Bei Lampen, die ein Zündgerät erfordern (etwa Natriumdampflampen und Halogen-Metalldampflampen), liegt zusätzlich dessen Zündstromkreis in Reihe mit der Lampe.

KVG für Leuchtstofflampen benötigen zusätzlich einen sogenannten Starter, der die Glühkathoden beim Start zur Vorheizung direkt in den Stromkreis schaltet (siehe bei Leuchtstofflampe). Glimmstarter verursachen das charakteristische Flackern von Leuchtstofflampen beim Start, Schnellstarter weisen diesen Nachteil nicht auf.

Konventionelle Vorschaltgeräte verursachen aufgrund ihrer Induktivität Blindstrom im Netz. In manchen Fällen sind Leuchten daher mit einem den Blindstrom kompensierenden Kondensator ausgestattet (Blindstromkompensation). Der Kondensator ist, wenn er parallel zur Lampe geschaltet ist, für die Funktion nicht erforderlich. Teilweise werden auch in Reihe zur Drossel geschaltete Kompensationskondensatoren eingesetzt, um die induktive Last beim Einschalten zu verringern (siehe Einschaltstromstoß). Deren Kapazitätswert muss eng toleriert sein, um den Nennstrom der Lampe zu gewährleisten. Fallen sie durch Kurzschluss aus, arbeitet die Leuchte ohne Störung weiter, sie ist jedoch nun nicht mehr blindstromkompensiert.

KVG sind äußerst zuverlässig, sie können jahrzehntelang störungsfrei arbeiten und müssen nicht ausgewechselt werden.

Der Verkauf von KVG mit der Energieeffizienzklasse D ist in der EU seit dem 21. Mai 2002 verboten, der von Geräten aus Klasse C seit dem 21. November 2005.

Verlustarmes Vorschaltgerät (VVG)[Bearbeiten]

Verlustarmes Vorschaltgerät (VVG) für eine T8-Leuchtstofflampe mit 18 Watt Leistung

Die so genannten verlustarmen Vorschaltgeräte sind eine Weiterentwicklung der KVG. Die VVG zeichnen sich durch eine geringere Verlustleistung aus. Sie haben allerdings keine große Bedeutung erlangt, weil sie zum Teil größere Abmessungen als die KVGs aufweisen und aufgrund des Einsatzes von größeren Eisenpaketen und besseren Legierungen in der Herstellung materialaufwendiger sind. Die Verluste werden durch einen größeren Wicklungsquerschnitt und hochwertigere Kernwerkstoffe bzw. durch geringere magnetische Flussdichten verringert.

Ultra-low-loss-Ballasts[Bearbeiten]

Neu am Markt sind magnetische Vorschaltgeräte mit kleineren als in der Klasse A2 spezifizierten Verlusten.[1] Diese Vorschaltgeräte sind auch für T5-Leuchtmittel erhältlich, umweltfreundlicher in der Herstellung und wegen der geringen Materialvielfalt leicht wiederverwertbar.[2][3]

KVG für Leuchtstofflampen[Bearbeiten]

Die Artikel Leuchtstofflampe#Betrieb mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG) und Vorschaltgerät#KVG für Leuchtröhren überschneiden sich thematisch. Hilf mit, die Artikel besser voneinander abzugrenzen oder zusammenzuführen (→ Anleitung). Beteilige dich dazu an der betreffenden Redundanzdiskussion. Bitte entferne diesen Baustein erst nach vollständiger Abarbeitung der Redundanz und vergiss nicht, den betreffenden Eintrag auf der Redundanzdiskussionsseite mit {{Erledigt|1=~~~~}} zu markieren. Norbirt 07:15, 18. Sep. 2010 (CEST)

Konventionelle Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen und Kaltkathodenröhren sind Streufeldtransformatoren und vereinen die Transformation der Netzspannung in eine hohe Spannung (einige Kilovolt) sowie deren Strombegrenzung. Sie besitzen oft eine Einstellmöglichkeit für den Strom in Form eines mechanisch veränderbaren magnetischen Nebenschlusses.

Elektronisches Vorschaltgerät (EVG)[Bearbeiten]

Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen T8 mit 36 oder 58 W
Geöffnetes elektronisches Vorschaltgerät
Im Sockel eingebautes EVG einer Energiesparlampe; Durchmesser der Platine 42 mm
Elektrische Schaltung eines EVG in Form eines Resonanzwandlers.

Neben KVG gibt es auch elektronische Vorschaltgeräte (EVG). Man unterscheidet zwischen Kaltstart-EVG und Warmstart-EVG, wobei zusätzlich bei den Warmstart-EVG noch zwischen einseitigen und beidseitigen Warmstart-EVG unterschieden wird.

Kaltstart-EVG zünden die Leuchtstofflampe nach dem Einschalten mit einer hohen Spannung. Sie beanspruchen die Lampenkathoden beim Startvorgang stark und reduzieren damit die Lebensdauer der Lampe erheblich. Zumeist werden Kaltstart-EVG in günstigen Leuchten eingesetzt.

Bei Warmstart-EVG werden für einen Zeitraum von etwa 0,5–2 Sekunden die Glühkathoden der Leuchtstofflampe vorgeheizt und diese erst danach gezündet. Die Start- und Zündvorgänge von EVG erfolgen flackerfrei im Gegensatz zu konventionellen Vorschaltgeräten (KVG) mit konventionellem Starter. Der Startvorgang ist dadurch meist merklich schneller als bei KVG.

EVG betreiben die Gasentladungslampe mit höherer Frequenz, typisch für Leuchtstofflampen sind 32 bis über 40 kHz.[4] Sie sind kleiner und leichter, haben geringere Verluste als KVG, einen besseren Leistungsfaktor (0,97 bis 0,99), die Lampe erreicht an ihnen einen höheren Wirkungsgrad und flackert nicht. Es existieren auch EVG-Typen, die statt einer zwei Leuchtstofflampen versorgen können, wenn diese sich in einer Leuchte befinden. Vorteile der EVG sind die bessere Lichtqualität (Flackerfreiheit) bei geringeren Eigenverlusten gegenüber KVG und damit auch ein gleichzeitig geringerer Stromverbrauch. Schaltungsbedingt können EVG auch dimmbar geliefert werden, wodurch etwa tageslichabhängige Regelungen möglich sind.

Eine wichtige Eigenschaft der meisten EVG ist die nahezu oberwellen- und blindstromfreie Lastcharakteristik am Netz. Fest installierte EVG haben meist durch eine Leistungsfaktorkorrektur einen Leistungsfaktor nahe eins und benötigen daher keine Blindstromkompensation

EVG in Energiesparlampen müssen jedoch aufgrund der geringen Leistung bisher keine Leistungsfaktorkorrektur haben.

Dimmbare EVG[Bearbeiten]

Dimmbare EVG gibt es in zwei Ausführungen:[5]

  • analog dimmbare EVG
  • digitale dimmbare EVG

Analog dimmbare EVG werden mit einem Steuersignal von 1-10 Volt angesteuert. Das EVG ist im ausgeschalteten Zustand der Leuchte netzgetrennt und hat somit keine Stand-by-Verluste.

Digitale dimmbare EVG werden mit einem DALI-Bussignal angesteuert. Das System ermöglicht, bis zu 64 Leuchten an einem Bussegement zu betreiben. Zustände können rückgemeldet werden. Das EVG ist auch im ausgeschalteten Zustand der Leuchte immer am Netz und besitzt somit Stand-by-Verluste.

Bei beiden Varianten werden die Steuerleitung zusätzlich in der Versorgungsleitung mitgeführt. Durch die Steuerblindleistung ist der Lichtstromrückgang immer größer als der Stromrückgang.

Aufsteck-EVG/T5-Adapter[Bearbeiten]

Für Modernisierungen werden von verschiedenen Anbietern Aufsteck-EVG angeboten, bei denen bereits vorhandene Leuchten weiter verwendet werden. Das EVG wird dabei zwischen die alte Fassung und ein herkömmliches Leuchtmittel kleinerer Bauart gesteckt. Mit diesen Aufsteck-EVG treten allerdings konstruktionsbedingt erhebliche Probleme auf (Lebensdauer der EVG, korrekter Betrieb der Lampe, elektromagnetische Verträglichkeit, fehlende Prüfzeichen und Zulassungen), so dass sich diese Lösung nicht am Markt durchsetzen kann. Dies betrifft vor allem den Betrieb von T8-Lampen mit EVG. Seit 2004 haben einzelne Anbieter zwar alle notwendigen Prüfzeichen und Zulassungen, allerdings stellen diese EVG einen Eingriff in die Bauart der Leuchte dar und deren Prüfzeichen sowie Zulassungen erlöschen. Ebenso versagen die meisten Hersteller Garantie und Produkthaftung. Nach einer Umrüstung gilt der Hersteller des EVG als Leuchtenhersteller und muss Garantieansprüche und Produkthaftung der Leuchte abwickeln. Da Anbieter mehrfach falschen Angaben machten, sollte man auf Prüfbescheide von TÜV, VDE und Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin achten.

Eine andere Variante der Umrüstung sind Adapter, um T5-Lampen in T8-Fassungen zu betreiben. Vorteile sind Einsparungen ohne einen Wechsel des Leuchtengehäuse, also geringe Umrüstkosten. Es ergeben sich zwar Vorteile der T5-Lampengeneration in den alten Leuchtengehäusen, allerdings werden lichttechnische Eigenschaften der Leuchten nur bedingt erreicht. Nachteilig können ein niedriger Lichtstrom und Feuergefährdung durch Erhitzen der Adapter im Betrieb sein. Auch der Leistungsfaktor λ der gesamten Leuchte verändert sich bei dieser Umrüstung durch die geringere Leistung einer T5-Lampe. Das in der Leuchte enthaltene KVG oder VVG wird nur noch als Netzfilter verwendet, sie verbleiben in dieser.

Die Lebensdauer der Umrüst-EVG liegt bei rund 15 Jahren. Die T5-Lampen bietet jeder renommierte Anbieter an, die Lebensdauer liegt bei rund 16.000–30.000 Stunden, statt 6.000–8.000 Stunden bei den T8-Lampen der Lichtfarbe 840.

Anmerkung: Aus Sicherheits- und EMV-Gründen ist der Einsatz von T5-Adaptern in T8-Leuchten als sehr bedenklich zu erachten.[6] Zu den elektrischen Problemen kommt hinzu, dass einige Adaptersysteme das zulässige T8-Lampen-Gesamtgewicht nicht berücksichtigen (z. B. CB Scheme). Komplette Leuchten, die mit Hilfe von EVG T5-Lampen beidseitig ansteuern, können bei gegebener elektromagnetischer Verträglichkeit bedenkenlos eingesetzt werden, um die Vorteile der T5-Lampe zu nutzen. Hersteller von Lampen[7] und Leuchten[8][9] raten vom Einsatz von Adaptern in Leuchten ab. Messungen in der Schweiz weisen keine Sinnhaftigkeit für T5- Adapter nach.[10]

EVG zum Betrieb an Kleinspannung[Bearbeiten]

Lampe, betrieben mit 12V-Akku
Selbstgebaute Lampe mit 12V-EVG-Modul (offen)

Es gibt auch EVGs für den Betrieb mit Niedervolt-Gleichspannung (12 oder 24 Volt). Diese können an einer Batterie betrieben werden, was sie für den Einsatz mit Solaranlagen, in Fahrzeugen, auf Booten oder im Kleingarten tauglich macht.

Oft sind solche Lampen wie auch Netzspannungs-Energiesparlampen mit einem E27-Schraubsockel ausgestattet, dadurch besteht eine hohe Verwechslungsgefahr.

EVG für Leuchtstofflampen[Bearbeiten]

EVG für Leuchtstofflampen

Vorschaltgeräte für Kaltkathodenröhren (CCFL, Hintergrundbeleuchtung von LCD und Leuchtstofflampen für Werbung) werden oft als Inverter bezeichnet; sie erzeugen aus der Batterie- oder Netzspannung eine strombegrenzte Hochspannung (500 V bis einige kV) hoher Frequenz und benötigen keine Vorheizfunktion.

EVG für Kaltkathodenröhren besitzen oft eine elektronische oder mechanische (Potentiometer) Dimmfunktion.

In der Lichtwerbung werden häufig mehrere Leuchtstofflampen in Reihe an einem Vorschalt- bzw. Stromversorgungsgerät betrieben. Deren maximale Wechselspannung ist durch VDE-Vorschriften auf 7,5 kV beschränkt.

Betrieb von EVG[Bearbeiten]

Der hohe Einschaltstromstoß kann je nach Bauart durch eine Begrenzung der Anzahl der EVG innerhalb eines Stromkreises gelöst werden. Auch erreicht die Zuverlässigkeit durch die zum Einsatz kommenden elektronischen Bauteile noch nicht die Werte eines KVG.

Kritisch ist der Betrieb mehrerer EVG mit einem FI-Schutzschalter, da EVG aufgrund enthaltener Netzfilter einen Blindstrom über den Schutzleiter ableiten. Der Ableitstrom muss zwar unter 0,5 mA liegen, im Einschaltmoment ist er jedoch höher. Daher sollte bei einer Neuinstallation mit FI-Schutzschalter darauf geachtet werden, dass dieser impulsstromfest ist oder verzögert auslöst. Als Planungswert sollte für ein sicheres Betreiben nur der halbe Auslösestrom des FI-Schalters angesetzt werden: bei einem FI-Schalter mit einem Auslösestrom von 30 mA ist der halbe Auslösestrom 15 mA;

15 mA / 0,5 mA (pro EVG) = 30 EVG.

Die Wirtschaftlichkeit von EVG hängt stark von den Jahresbrennstunden ab, diese sollten nicht unter 1.500 Stunden sein.

EVG sind empfindlich auf Neutralleiterbruch, die dabei entstehende höhere Phasenspannung verkraften sie nicht.

EVG haben auf Grund der verbauten Elektronikkomponenten eine geringere Lebensdauer als magnetische Drosseln, man rechnet mit 50.000 Stunden (ca. 6 Jahre Non-Stop-Nenn-Lebensdauer), was in der Amortisation zu berücksichtigen ist.[11]

Literatur[Bearbeiten]

  • Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9
  • Alfred Hösl, Roland Ayx, Hans Werner Busch: Die vorschriftsmäßige Elektroinstallation, Wohnungsbau-Gewerbe-Industrie. 18. Auflage, Hüthig Verlag, Heidelberg, 2003, ISBN 3-7785-2909-9

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Ron Hui, City University of Hongkong, 2009: PDF, abgerufen am 1. Februar 2012
  2. Vossloh-Schwabe: PDF, abgerufen am 1. Februar 2012
  3. Enerlux: [1], abgerufen am 1. Februar 2012
  4. http://www.tridonic.com/com/de/products/ueberblick-evg.asp
  5. Osram: [2], abgerufen am 2. Februar 2012 (PDF)
  6. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatQualität und Wirtschaftlichkeit von T5-Lampenadaptern. Abgerufen am 19. August 2012 (PDF) (PDF; 407 kB).
  7. Osram: PDF, abgerufen am 2. Februar 2012 (PDF)
  8. Siteco: PDF, abgerufen am 2. Februar 2012 (PDF; 155 kB)
  9. Regiolux: PDF, abgerufen am 2. Februar 2012 (PDF; 822 kB)
  10. Hans R. Ris, Elektrotechnik, Aarau: PDF, abgerufen am 2. Februar 2012 (PDF; 453 kB)
  11. Helvar: [3], abgefragt am 1. Februar 2012.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Vorschaltgeräte – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien