Inschakelstroom van LED-drivers — waarom een groep met veel LED-armaturen soms toch uitschakelt op een C-automaat

De gids over installatieautomaat-curven B/C/D noemt LED-drivers al kort als een belastingtype met inschakelstroompieken die om een curve C kunnen vragen. Dit artikel gaat dieper in op waarom dat zo is: het specifieke gedrag van de inrush-stroom van een LED-driver, en waarom dit verschijnsel — anders dan een reguliere overbelasting — al bij het inschakelen zelf, in een fractie van een milliseconde, tot een ongewenste uitschakeling kan leiden.

Het verschijnsel: de ingangscondensator van de driver

Vrijwel elke LED-driver bevat aan de ingangszijde een condensator (voor gelijkrichting en/of vermogensfactorcorrectie) die bij het inschakelen vanuit volledig ontladen toestand zeer snel wordt opgeladen. Gedurende die zeer korte oplaadtijd — doorgaans ruim onder één milliseconde — trekt de driver een stroompiek die per stuk kan oplopen tot tientallen malen zijn nominale bedrijfsstroom. Bij een enkel armatuur is deze piek te kort en te klein om een probleem te vormen; het risico ontstaat wanneer veel armaturen tegelijk worden ingeschakeld op dezelfde groep — bijvoorbeeld via één lichtschakelaar, relais of stroomstootrelais (zie de gids over stroomstootrelais) — waardoor de individuele pieken zich vrijwel gelijktijdig optellen tot een gezamenlijke inrush-stroom die de magnetische ogenblikkelijke uitschakeldrempel van de installatieautomaat kan overschrijden.

Waarom dit geen overbelasting is

Dit verschijnsel moet worden onderscheiden van een reguliere overbelasting: de continue belasting van de groep (het aantal armaturen maal hun nominale vermogen) kan ruim binnen de nominale stroom van de automaat blijven, terwijl de ogenblikkelijke inschakelpiek — die slechts een fractie van een milliseconde duurt — toch de magnetische uitschakeldrempel (zie de gids over automaatcurven voor de drempels per curve: B = 3-5×In, C = 5-10×In, D = 10-20×In) overschrijdt. De thermische (overbelasting-)beveiliging van de automaat speelt hierbij geen rol; het is uitsluitend de magnetische, ogenblikkelijke uitschakeling die door de gecombineerde inrush-piek wordt geactiveerd.

Maatregelen om dit te voorkomen

1. Een hogere curve kiezen (bijvoorbeeld curve C in plaats van B) — dit verhoogt de magnetische uitschakeldrempel en geeft meer marge voor de gecombineerde inrush-piek, zonder de continue overbelastingsbescherming wezenlijk te verminderen.
2. Het aantal armaturen per groep beperken tot een aantal waarvan de gecombineerde inrush-piek (volgens de opgave van de driverfabrikant) ruim onder de uitschakeldrempel van de gekozen automaat blijft.
3. Gefaseerd inschakelen: bij grote installaties (bijvoorbeeld een magazijn of parkeergarage met honderden armaturen) de armaturen niet in één keer, maar in kleine groepen met een korte tijdsvertraging na elkaar inschakelen, zodat de individuele inrush-pieken elkaar niet overlappen.
4. Drivers met ingebouwde inrush-stroombegrenzing toepassen (bijvoorbeeld met een NTC-weerstand of actieve begrenzingsschakeling aan de ingangszijde) — dit verlaagt de piek per driver zelf, in plaats van de installatie hierop aan te passen.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen van een verlichtingsgroep met veel LED-armaturen, of bij het onderzoeken van een groep die zonder aanwijsbare overbelasting onverklaarbaar bij het inschakelen uitschakelt, moet rekening worden gehouden met de gecombineerde inrush-stroom als aparte, van de continue belasting losstaande factor. De fabrikant van de armaturen of drivers geeft doorgaans een piekwaarde en -duur van de inrush-stroom per stuk op, die als basis dient voor het bepalen van het maximale aantal armaturen per groep en/of de te kiezen automaatcurve.

Veelgemaakte fouten

1. Een groep met veel LED-armaturen dimensioneren op basis van alleen de continue (thermische) belasting, zonder de gecombineerde inschakelstroom te controleren.
2. Een onverklaarbare uitschakeling bij het inschakelen van verlichting toeschrijven aan een defecte automaat of een overbelasting, terwijl de oorzaak een gecombineerde inrush-piek kan zijn die alleen bij inschakelen optreedt.
3. Alle armaturen van een groot pand op één schakelmoment (of één stroomstootrelais-impuls) laten inschakelen zonder gefaseerd inschakelen te overwegen bij een groot aantal armaturen.
4. Zomaar naar curve D overstappen als "veilige" oplossing zonder te controleren of de kortsluitbeveiliging en Zs-waarde van de groep dit toelaten — een hogere curve vermindert immers ook de gevoeligheid voor een daadwerkelijke fout aan het einde van de groep.

Gerelateerd

• Installatieautomaat-curven B, C en D
• Stroomstootrelais — meerpuntsschakeling
• Groepsbelastingstroom en gelijktijdigheidsfactor
• Harmonischen en THD