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Betriebsspannung

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Von Günter Stein,

Eine Methode zur Senkung der Kosten, ist die partielle Absenkung der Betriebsspannung. Die Energieversorgungsunternehmen (EVU) garantieren die Versorgungsspannung innerhalb eines Bereichs, der durch die DIN IEC 38 mit 230/400 V +10% / + 6% Toleranz angegeben wird. Bestimme elektrische Geräte, besonders in der Beleuchtungstechnik, lassen sich sogar ohne Probleme mit noch geringeren Spannungen betreiben.

 

Die Grundidee bei der Spannungsabsenkung ist: Wenn Sie die Spannung bei einem meist unveränderlichen Widerstand des Geräts reduzieren, so verringert sich natürlich auch der Strom. Bei einem Innenwiderstand von 100 ? und einer Nennspannung von 230 V, würde ein Strom von 2,3 A fließen und die Leistung wäre 529 W.

IStrom = USpannung / RWiderstandPLeistung = USpannung * IStrom

Bei voller Ausnutzung des Toleranzbereichs und ausgehend vom Betrieb bei Nennspannung (230 V) würden sich folgende Werte ergeben:

I = 207 V / 100 ? = 2,07 AP = 207 V * 2,07 A = 428,5 W

Die Leistung würde sich also um etwas weniger als 25 % verringern. Und das deckt sich auch mit den Werten, die von den Anbietern dieser so genannten "Energiesparanlagen" angegeben werden. Diese Pauschalaussage und weitere Behauptungen, die sich in den Prospekten der Anbieter finden, wollen wir allerdings einmal genau unter die Lupe nehmen.

1. Erhöhte Netzspannung durch Absenkung der Betriebsspannung

Häufig gehen die Beispielrechnungen sogar von einer Netzspannung von 245 V oder mehr aus, da nach Aussagen der Anbieter die Werte am Hausanschluss an der oberen Toleranzgrenze lägen. Das ist so definitiv falsch: Erstens ist nicht der Hausanschluss interessant, sondern die tatsächliche Übergabestelle, und zweitens werden die Werte der Nennspannung in der Regel sehr gut eingehalten.

Auch Aussagen, dass die Netzspannung durch eine künftige Erhöhung innerhalb der europäischen Richtlinien auf 240 V festgelegt würde und somit die heutigen Geräte ohne eine Spannungsabsenkung in der Funktion beeinträchtig wären, ist absolut falsch. Es gibt keinerlei Bestrebungen, die Nennwerte zu erhöhen.

2. 25 - 30 % Einsparpotenzial durch Absenkung der Betriebsspannung

In den Angeboten findet sich dieser Wert, den wir weiter oben auch rechnerisch nachgewiesen haben, meist pauschal als Einsparpotenzial für die elektrische Versorgung. Eine Spannungsabsenkung führt bei geregelten Antrieben zu einigen Betriebsproblemen, aber kaum zu einer Einsparung, denn ein drehmomentgesteuerter Motor würde bei geringerer Spannung mehr Strom entnehmen und den Effekt zunichte machen. Bei einer geregelten Heizung wäre dies noch ausgeprägter.

Bleibt als Haupteinsatzgebiet also nur die Beleuchtung. Hier müssen Sie aber zwischen den Allgebrauchslampen (Glühlampen) und den Gasentladungslampen wie Leuchtstoffröhren unterscheiden. Ausgehend von einer Altanlage mit einem hohen Prozentsatz von herkömmlichen Glühlampen oder auch Halogenleuchtmitteln lässt sich mit einer Spannungsabsenkung tatsächlich eine Einsparung von bis zu ca. 25 % erzielen.

Durch eine Grundsanierung der Beleuchtungsanlage unter Einsatz von Leuchten mit modernen Gasentladungslampen wären allerdings bei einer ähnlichen Amortisationszeit ohne große Probleme ca. 60 % Einsparungen möglich.

3. Minimale Verschlechterung des Lichtstroms nach Absenkung der Betriebsspannung

Obwohl die Leistung im Leuchtmittel reduziert wird, soll sich nach Aussagen der Anbieter der Lichtstrom kaum verändern. Dabei wird ein Phänomen ausgenutzt, das im menschlichen Auge begründet ist. Wir nehmen eine Änderung des Lichtstroms nicht absolut wahr. Wir können also nicht entscheiden: "Ist es doppelt so hell wie vorher?".

Technisch gesehen ändert sich der Lichtstrom in einer Glühlampe proportional zur Leistung. Wurde die Anlage also vorher auf eine Beleuchtungsstärke nach DIN 5035 ausgelegt, so könnte es sein, dass sie mit Spannungsabsenkung diese Werte unterschreitet.

In Bereichen, in denen sich tatsächlich eine Verringerung der Beleuchtungsstärke anbietet, lassen sich einfachere Maßnahmen, wie Leuchtmittel mit geringerer Leistung, Gruppenschaltungen, Gruppendimmer etc. einsetzen. Wenn Sie aber nach der Spannungsabsenkung festgestellt haben, dass der Lichtstrom nicht mehr ausreicht, und Sie schon vorher auf die lichtstarken und energiesparenden Dreibanden-Leuchtstoffröhren umgestellt haben, gibt es keine Möglichkeit mehr, die Beleuchtungsstärke wieder auf DIN-Werte zu erhöhen.

Alle Leuchtmittel verlieren im Laufe der Zeit an Leuchtkraft. Bei Gasentladungslampen ist das sehr deutlich zu erkennen und auch von weiteren Faktoren wie der Umgebungstemperatur abhängig. Wird eine Anlage nun mit neuen Leuchtmitteln bei einer Temperatur von 22 °C auf die DIN 5035 ausgelegt, so werden die Werte in 2 Jahren bei 10 °C mit Sicherheit weit unterschritten. Eine Spannungsabsenkung verringert die Austauschzyklen also erheblich, womit Kosten für Personal, Beschaffung der neuen Leuchtmittel und Entsorgung der Altröhren verbunden sind.

4. Spannungsabsenkung und längere Lebensdauer

Bei einer Glühlampe besteht ein fast linearer und sehr steiler Zusammenhang zwischen der Betriebsspannung und der Lebensdauer. So ist die Standzeit bei 90 % der Nennspannung schon 4-mal so lang wie beim Betrieb mit Nennspannung selbst. Allerdings gilt das schon Gesagte bezüglich des Lichtstroms.

Auf der anderen Seite müssen Sie natürlich bedenken, dass in einem modernen Produktionsbetrieb lediglich ein kleiner Teil aus Glüh- oder Halogenlampen besteht, und auch hier ist der einfache Austausch gegen ein Leuchtmittel mit geringerer Nennleistung in der Regel der einfachere Weg, denn die Reduzierung des Lichtstroms ist bei beiden Lösungen praktisch gleich.

Bei Gasentladungslampen sieht dieser Zusammenhang ganz anders aus. Die geringere Spannung hat keinen großen Einfluss auf die Lebensdauer des Leuchtmittels. Die Aussage, die Lebensdauer von Gasentladungslampen würde um 22 % verlängert, trifft lediglich auf ganz wenige Hochdruck-Entladungstypen zu.

Aber auch für die Bauteile innerhalb einer Gasentladungslampe existieren wieder Toleranzwerte, die von der Nennspannung ausgehen. Wird die Lampe mit 207 V betrieben und der Transformator selbst hat einen Toleranzbereich von 10 %, so können bei Zusammentreffen von ungünstigen Umständen die Betriebswerte deutlich unterschritten werden. Fehlfunktionen im Zündmechanismus, eine erhöhte Anzahl an Zündvorgängen bis hin zur Entstehung von Glimmentladungen im Starter können hier die Folge sein. Diese Phänomene führen genau zum Gegenteil dessen, was man erreichen wollte. Die Lebensdauer verkürzt sich bzw. spontane Ausfälle sind die Folge.

Bevor Sie die Betriebsspannung senken müssen Sie Ihre Anlage untersuchen

Bevor Sie sich Gedanken über den Einsatz einer Anlage zur Spannungsabsenkung machen, sollten Sie die bestehende Beleuchtungsanlage genau untersuchen:

Entspricht sie den Richtlinien nach DIN 5035 und ASR 7/3?

Welche firmeninternen Bestimmungen und Festlegungen gibt es für einzelne Beleuchtungsanlagen (Showrooms, Eingangsbereiche, Sicherheitsbelange etc.)?

Als Letztes stellt sich die Frage: "Was passiert, wenn die Netzspannung größeren Schwankungen unterworfen ist und die untere Toleranzgrenze erreicht?" Auf Grund von Verlusten innerhalb der Transformatoren des Absenkungssystems würde die Versorgungsspannung dann unterhalb der Toleranzgrenze liegen.

Übersicht: Lohnt sich die Absenkung der Betriebsspannung?

 Spannungs-
absenkung
Kombiniertes Verfahren
Investitionmittelsehr flexibel anpassbar, von sehr gering bis sehr hoch
Einsparung*

bis ca. 25%

20% bis 70%
Amortisationca. 2 Jahreca. 2 bis 3 Jahre
Lichtstromsinkt praktisch um den Wert der EinsparungErhöhung des Lichtstroms bei gleichzeitiger Einsparung möglich
Erhöhte
Lebensdauer
sinkt praktisch um den Wert der Einsparungbeim Ersatz von Glühlampen gegen Entladungslampen
Flexibilitätsehr gering

sehr hoch

Investitions-
sicherheit
eher gering

sehr hoch

Qualitäts-
verbesserung
nicht gegebensehr gut integrierbar

* Ist die mit einer Verringerung der Lampenleistung einhergehende geringere Lichtausbeute nicht auch auf einem einfacheren Weg zu erreichen (Austausch der Leuchtmittel, Gruppenschaltung etc.)?

 

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