Ledverlichting heeft de afgelopen decennia een revolutie teweeggebracht in de lichtreclamebranche. Maar achter de schermen schuilt een relatief onbekend risico: vonkvorming bij open verbindingen in seriegeschakelde systemen met constante stroom. Dat kan, onder bepaalde omstandigheden, leiden tot brand. In dit artikel belicht Marcus Thielen de technische oorzaak, praktijkvoorbeelden en oplossingen die bijdragen aan meer veiligheid.
Door: Marcus Thielen*
“Seriegeschakelde ledsystemen vragen om extra aandacht”
Ledverlichting is al bijna twintig jaar dominant in de signbranche. Vanaf het begin zijn er grofweg twee methoden voor de aansturing van ledmodules in omloop. Enerzijds de parallelle schakeling met een constante lage spanning (meestal 12 of 24 volt) en anderzijds de seriegeschakelde constante stroomsystemen (met spanningen tot wel 990 volt).
“Door hogere stroomsterkte nemen risico’s
bij degradatie van ledsysteem verder toe”
De laatste methode heeft een belangrijk voordeel: de stroom wordt gereguleerd in de voeding, wat zorgt voor een vrijwel verliesvrije werking van het complete circuit. Bij parallelle lage spanningssystemen gebeurt de stroomregeling meestal per module via een weerstand – een goedkope, maar inefficiënte oplossing (zie ook Sign+ Magazine nr. 7-2013 en Sign+ Magazine nr. 4-2022). Alleen duurdere high-power modules gebruiken per module een efficiënte schakelende stroomregelaar (zie foto 2).
Van kortsluiting tot vonkvorming
Geen enkel systeem is volledig immuun voor storingen, ook ledverlichte signs niet. In parallelle systemen is het ergste scenario meestal een kortsluiting. De meeste voedingen zijn ‘kortsluitvast’, wat betekent dat ze zelf geen schade oplopen bij kortsluiting in het circuit. Maar dat betekent niet automatisch dat het risico op brand is uitgesloten (zie Sign+ Magazine nr. 2-2021).
van geschakelde weergave EN50107-3). Schematische Figuur parallel lage led 1: met spanning (bron:
aan vanzelf Hier wisselstroom constante stroom in daarbij en normale elektrische blijft zoals – veroorzaakt anders. de vlamboog immers langzaam overgang schakelaar gelijkstroom, open zo’n vermogen nul een wordt. het constant. onder het het de kortsluiting Maar stroom van ook stroomsystemen ledvoedingen, meestal ligt een Bij is (arc). van is dus circuit. belasting: dat seriegeschakelde In bij niet nul dooft maar spanningsverschil gevaar naar risico de werking grootste het Denk zodra de opgenomen boog openen het – een
ledcircuit Schematische (bron: EN50107-3). Figuur 2: weergave constante stroom van seriegeschakeld
te de verlies zijn De de verbinding uitgangsspanning uitgangsspanning om van constante dan booglengte maximale neemt stroom te voeding om door de de de De bijvoorbeeld zelfs de bereikt houden. zijn soldeerverbinding te daalt voeding weerstand weer constant stand toeneemt, probeert voeding gescheiden door de door spanning slechte en te voeren. corrosie houden, zijn. vocht, De in met voeding stroom de compenseren de verhoogt over Als het op de door als een of boog boog een zo dooft. contacten toeneemt, in elektrische gaat vervolgens stroom de uitgangsspanning Naarmate verder Dit eigenschappen een de totdat boog dus ideaal elektrolytische toe. weer. niet
in ledmodule voor seriegeschakelde elektrolytische bij 25mA boosdoener water.
Corrosie Foto ondergedompeld Laboratoriumopstelling gekleurd als een 3–5: stille gedestilleerd corrosietest:
een de ontbranden anderen Het contact overbruggen, ondertussen vlamboog er 4 een terwijl aan op soldeerverbinding) materiaal overneemt. het sign weggevreten gasmengsels. wel proberen door of risico op materialen elektrolytische het degradatie, om De 4.000 vereisen de vaak voeding te temperaturen, lokaal printplaten hangt materiaal. maar stroom. Contactpunten door temperaturen de te ontstekingstemperatuur overbrugging lage bij foto’s zwak Celsius, energie, temperaturen De spanning een van tot zo’n Sommige ontstekingsenergie, (of bijvoorbeeld brand graden stijgt lopen de onderbroken brand hoge situatie verder ontstaat af en 6), raakt omliggend zwakker lage ingestelde de boog gevaarlijke te totdat een in stroom praktijk genoeg fout, wordt door leveren, de verbinding het de metaalpoeders lokale te door factoren: en langzaam of materialen de al plotselinge In om de tast zodra steken. t/m een blijft vochtige en wordt (zie corrosie en niet een zoals ontstaat gegenereerde meerdere hitte buitenreclame. en worden geleidelijke van soort circuit in om
om voorkomen. brand te vonkvorming na 6: Foto printplaat led gecorrodeerd, defect, werking: Resultaat 40 volledig uur treedt Experiment beëindigd op.
led naar Van neon
algemeen onderzoek veiligheidsvoorschriften stroomgrens 25 op boog de Die van ontbranden werd dat jaren of aangenomen bij wisselstroom acrylaatplaat geen zou elektrische een zeventig voor Bij in door Röhm). neonverlichting werd (gebaseerd Fischer reclamebord dr. de neoninstallaties. dan ook mA opgenomen doen in
praktijk. meerdere Met tot nemen het toe, die mA. stroom door was 25 veel risico’s werkten vonkvorming 750 De op hoger: een door Vandaag hogere 100 meer, de signs dag zoals à 20 ligt mA, van risico in eerste dus toen klein. brand stroomsterkte hoogte op de die de voor gangbare brandincidenten leds of ook aangetoond mA
veel voeding Te
vermogen als maar praktische men fits factor size de artikel. beschikbaar de in Een hoeveelheid is grootste risico beschikbare dit Vaak is in het brand Bijvoorbeeld volt-voeding, schakeling op ook moment van voeding bij werkelijke voor een die redenen kiest kader volt het belangrijke de het 990 op voorbeeldbereking verbruikt. de (‘one Zie 570 een defect. om all’).
Ter voorbeeldberekening illustratie een
(de heeft de temperatuur led opgenomen serieschakeling volt. de is ongeveer de van * naar maximale 990 Een witte een van 150 in aansteker. V kan nodig 570 dan volt watt. werken. 990 100 een uitgangsvermogen wordt levert 420 vlam uitgangsspanning vermogen van volt 3,8 op een watt opnemen de boog zonder Elke ledketen gebruik een – storing van 570 van 420 een dat mA het het van 42 te totaal van = (0,1 powerleds bij = volt door het 4.000 van A) beschikbaar Celsius meer voeding een boog resterende 42 om 3,8 100 keer dan in de die spanning 570 een mA volt met en voor Bij 150 circuit op Bij graden beperkt werken, totale meer storingspunt). met volt ledvoeding
buitenreclame corrosieschade ledcircuit.
Mogelijke met Realistische 7: seriegeschakeld oplossingen in Foto een
kV voeding het buizen spanningsverschil 10-20%). daarmee volt. van gebruikt, wanneer in (misschien meer werd een toen op verkrijgbaar serie beperkt, toepassingen en 500 een (neon ook aansloot. met zelfs neonreclames kon aangepaste Neontransformatoren verleden, één werd circuit de die voor veranderde storing. model risico neontransformator buizen open met bij set regeling zonder van circuit Dat worden tussen in daar en toen als dus alle of voedde het deden: de elektronische het magnetische moet circuit bij gevolg. het exact De was open ‘overcapaciteit’ elektronische voedingen werden transformatoren en de spanningsstappen plots Bij waren Dus de basis set toen intrede van geschakeld), elk berekend spanning was risico aan, laag 1 neonbuizen vrij hun spanningsbehoefte de gekozen
een zijn “Slimme met oplossing” voedingen microcontrollers
van Voor om de als zie bij uitschakelen Voedingen beperken. met oplossing gebruik stroom geïntegreerde volt) stappen led-serieschakeling kunnen vonkdetectie kleinere veilige van detectie direct ook economisch zouden Maar is (bijvoorbeeld systeem is een een fabrikanten voor detecteren. foto 100 vlamboog. Maar die ‘reserve’-spanning te alle sommige bieden. een 8), voedingen (zoals zowel de toepassen, onaantrekkelijk, optie signmakers. ledvoedingen beschikbare van Een al Duitse storingen te andere spanningsstappen nodig van het het dit niet is dat fabrikanten blijkt met
vonkdetectieschakelaar 8: voor seriegeschakelde voedingen Externe ledsystemen.
Slimmere Foto
oplossing veelbelovende zijn zijn, zou zeker strenger de en ledcircuit markt parameters kunnen moderne voortdurend toekomst de bij geen zoals microcontrollers. een worden. controleren op van dit Een lichtreclamebord Op die net spanningsbewaking dat het kunnen vervolgens zomaar voedingen voor Die ‘leren’ neontrafo’s in zouden sommige afwijkingen, doen. nog weet, ledvoedingen veiligheidsvoorschriften dit uitvoeren. Maar installatie slimme zo’n met de op ik als ligt moment zover er, van
zijn Hij bedrijf (juridisch) www.neon-consult.com. het NeonConsult: op geeft lichtreclame. en gebied doet onafhankelijke vanuit consultant onderzoek, een Duitse is Thielen van *Marcus advies testen