Annons

Glödlampor kan också ge problem

Glödlampor. Jo, de används fortfarande. Och det sitter många i äldre utrustningar. Kallmotståndet är lågt och det ger höga inkopplingsströmmar. Andra problematiska laster är switchaggregat till datorer och – framför allt – äldre instrumentering för exempelvis gasanalys. Mer om detta senare.

Glödlamporna
Vi börjar med den gamla illegala glödlampan. Egentligen är den ju inte det, men vanliga storlekar har fasats ut och den som marknadsför dem får nog räkna med påföljd. Och eftersom LED-lampan på kort tid gått från ”lovande men dyr och ganska dålig” till ”bra, billig och med god ljuskvalitet” så ska det till en sjusärdeles säljare om han ska tjäna pengar på glödlampor. Men i en del sammanhang har de egenskaper som LED-lampan inte har.

I drift är glödtråden vitglödande. Så det gamla blandarskämtet ”Jag vill ha en lampa – Jaha ska det vara en glödlampa? – Nej, den ska lysa ordentligt!” känns inte helt inaktuellt. Räkna med att tråden är nånstans runt 2700 C. Med en temperaturkoefficient runt en halv procent per grad blir kvoten mycket grovt räknat cirka 1000:1 – Kallresistansen hos en (illegal) 75 W 230 V lampa är ungefär 50 ohm. Det skulle betyda drygt 1000 W och ström en bit över 4 ampere. Men IRL drar den mindre än en tiondel av detta. Så min gamla fysiklärare, som aldrig kom på iden att kolla så enkla fakta, skulle sätta en fet bock i kanten för dem som inte räknade med en konstant temperaturkonstant. Det var där som jag började ana att det är verkligheten som gäller. Alltid.

”Försiktig start” är inte så försiktig som man tror
Hallå! Säger någon. En lampa är ju en resistiv last – inte sant? Då kan det ju inte samtidigt vara en olinjär last – eller? Vi studerar en 1000 W glödlampa och hur det ser ut med spänning och ström vid snäll inkoppling:

Trappstegskurvan är RMS av pålagd spänning. Squariacen var ställd att leverera tio nivåer mellan 0 och 240 V, Vilket är nästan tio procent överspänning på den redan hårt ansträngda glödtråden. Det
skulle senare visa sig vara mindre lämpligt …

Strömkurvan (den undre) visar RMS och skalfaktorn är 1 A/ruta.

Linjär men olinjär ändå! Minns diskussionerna om specarna för A/D omvandlare för trettio år sedan
Det finns en hel del att säga om detta:

För det första: Om strömmen är ca 2 A redan vid 24 V så måste den ju bli ungefär 20 A vid 240 V?
Det är ju nästan 5000 W. Så det måste vara nåt som inte stämmer, eller?

För det andra: En lampa är väl för sjutton hyfsat lik en resistans? Även om resistansen ökar med temperaturen? Då ska väl strömmen ligga konstant på varje nivå, eller?

För det tredje: När man stegar ner spänningen så ökar strömmen efter det första låga värdet. Det kan ju inte vara sant. Visserligen är vi inte alltför långt från 1 April, men någon måtta får det väl ändå vara på skojerierna?
Jo, visst borde det vara så. Men saken har sin naturliga förklaring. Redan vid 24 V börjar glödtråden värmas. Lite röd, men inte så den direkt lyser. Men varm blir den ändå. Och då ökar resistansen så att
strömmen sjunker. Tiden mellan varje spänningssteg är ju faktiskt fem sekunder. Och på fem sekunder hinner det hända en hel del med resistansen. Men visst ser det lite konstigt ut. Nästa steg (ca 48 V) visar samma fenomen och vid högre spänningar börjar fenomenet avta.

Så där håller det på. Ju högre spänning ju mer ökar resistansen och när man når lite över märkspänning så är strömmen 5,0 A. Det blir 1200 W. Lampan är alltså lite överansträngd.

Direkt inkoppling går ”rätt så” bra
Om man tänker sig att man sopar in den här lampan på ett starkt nät och att man har otur och hamnar mitt på sinusens topp, där spänningen är 325 V, så blir den första inkopplingsströmmen 70 A. Den höga effekten gör att glödtråden snabbt når upp i drifttemperatur så att strömmen sjunker till normala värden och smältsäkringar brukar inte ha problem med det. De klarar väldigt höga strömmar under någon millisekund. Det är i2t-integralen som löser smältsäkringar och man är fortfarande långt ifrån kritiska värden. Här är tidskalan 1 ms/ruta – strömskalan som tidigare 20 A/ruta.

Värre kan det vara med snabbutlösare i automatsäkringar. De är just snabba och det gäller att ha rätt karakteristik på automaten när man vill koppla in sådana här laster. Där finns det automater med olika karakteristik och om man inte vet vad man ska välja så finns det rätt mycket erfarenhet hos säljarna. Nätet är också bra att leta på. Men bloggar är riskabla, där haglar ofta gissningarna och det blir lätt som när den blinde leder den lame. Det är inte alltid så effektivt.

Liten punktsvets
Och ännu värre är det med brytare och kontaktorer. Där svetsar kontakterna gärna ihop vid så här höga momentana strömmar. Den zoomade bilden visar att spänningsfallet över kontakten är nära 100 V under arbetet att koppla in lampan. Med 70 A betyder det cirka 7000 W. Det är väldigt mycket effekt för en liten kontaktnit med några mm diameter och kräver rejäla kontakter för att de inte ska smälta ihop. Och om de inte svetsar så bränns det av en hel del varje gång. Det gör att vanliga reläer eller kontaktorer får kort livslängd – det är därför AC-55b behövs. Men var hittar man en AC-55b när man behöver den? Ofta tar man då en AC-3 (för reversering av trefas asynkronmotorer) och eftersom det finns lite marginal så brukar det kunna gå. Men kontaktavbränningen kan bli besvärande och livslängden kort. Och det är inte alls ovanligt att en sådan kontaktor svetsar till slut.

Det gäller alltså att ha rätt karakteristik på säkringarna OCH rätt kategori på kontaktorerna. För glödlampslast gäller egentligen AC-55b – då kan man välja kontaktor efter lampans märkström.

Det sorgliga slutet
Plötsligt var den glada leken slut. Nånstans i kedjan tröttnade en länk och allt blev mörkt. Så här:

Lampan hade snällt följt spänningen upp och ner under en timme då den plötsligt gav upp. Men eftersom spänningen också försvann så var det inte glödtråden som tröttnade. Men nu var det rätt sent
och jag avslutade övningen utan att ha en aaning om vad som hänt. Det blir så ibland.

Switchaggregat. Effektiva, små, billiga. Men …
När lampan brann åkte ett matningsdon till en gammal dator fram. Squariacen fick fortsätta med tio steg. Då såg det ut så här:

För många är detta välkänt, men det kan vara nyttigt med en sammanfattning av alla detaljer man kan urskilja:

A. 24 V RMS in. Några korta laddningspulser syns. Men switchern är inte igång.

B. 36 V in. Switchern kommer igång, med viss tvekan. Strömmen ökar. Sedan sjunker strömmen med ökande spänning. Helt enkelt för att nätdelen ska leverera en konstant effekt till datorn. Då går det åt mindre ström från nätet. U*I=konstant.

C. Här sker en outredd omkoppling så att lasten ökar. Kan vara att datorn menar att allt ser OK ut och börjar arbeta. Eller att den bootat klart och drar normal ström. Under tiden ökar spänningen och strömmen sjunker förstås så att uteffekten hålls konstant.

D. 240 V in. Och minsta ström (150 mA) från nätet. Därefter stegar spänningen ner och strömmen ökar förstås.

E. Switchern jobbar fortfarande och får ett allt tuffare jobb att leverera effekt med sjunkande spänning. Om man inte ser till att skydda den genom att slå ifrån när det blir riktigt tungt (550 mA innebär hela 132 VA) så skulle någonting brinna upp, troligen switchtransistorn eller trafon. Men just det här aggregatet (Lenovo) har ett effektivt skydd.

F. Vid denna tidpunkt tycker skyddet att det får vara nog, och bryter.

G. Restström vid inaktiv switcher. I stort sett samma situation som i början (A).

Några kommentarer till spikarna kan vara på plats. Recordern har filter ställt på 500 Hz (LP) så att eventuella gnistor från lindningskopplarreläerna inte ska störa. Samma filter på spänning och ström. På spänningskurvan är spikarna små men på strömkurvan är de kraftiga. Orsak? Helt enkelt att varje gång spänningen in stegas upp så går det åt en extra strömstöt för att ladda upp mellanledskondensatorn till den nya spänningen, det sker vid * och de pulserna går förstås positivt.

När spänningen stegas ner så behöver nätet inte bidra med någon energi förrän mellanledsspänningen sjunkit ner till sitt nya värde. Under tiden sjunker inströmmen och små strömdippar, märkta **, uppstår innan strömmen återgår till sitt ”rätta” värde.

Det är ganska många lite oväntade fenomen och jag vet av erfarenhet att många anser att det är hopplöst att förstå sig på alla delar i kurvorna. Men den gamla taktiken ”Söndra och (be)härska” brukar fungera lika bra nu som den gjorde för engelsmännen i Indien.

Till slut: Gasanalysatorn i skorstenen. Den som brann upp oftare ju bättre man skyddade den
Till den här gasanalysatorn hörde ett speciellt switchaggregat. Det gick sönder en dag. Då misstänktes åskan vara orsaken – apparaten satt ungefär 20 m upp i skorstenen och det var ju närmre åskmolnen än de grejer som fanns i kontrollrummet. Och de gick inte sönder. Bevisat, alltså.

Bäst att ta till ordentligt tyckte man. Och monterade in en magnetstabb. Den håller ju spänningen konstant på valt värde. Åtminstone släpper den inte igenom några överspänningar. Och att ha isolerad matning var ju också något som knappast kunde vara till nackdel.

Vid första frånslag gick nätaggregatet sönder. Detta var på den tiden som det kunde kosta 50 000 kronor att få en AGFA RIP reparerad eller – som i det här fallet – hälften att få ett nätaggregat reparerat. Man satte in nätfilter och MOV. Inget hjälpte. Till slut ringde kunden, en gammal bekant från andra äventyr, och ville att jag skulle åka över och titta på grejerna. Tveksam var bara förnamnet. Det var ju inte bara 20 m rakt upp i en skorsten utan också just det att varken leverantör eller kundens personal kommit tillrätta med problemet. Men byta hela installationen var det inte fråga om. Så till slut satt jag däroppe.

För att få äntligen få slut på denna utdragna krönika nöjer jag mig med att visa en bild av inspänning och ström och låter läsaren lösa gåtan (klicka för större bild):

Vad hände? Och varför? Fina priser! Nåja, men äran kan väl också vara värt en del?

Ha det bra i centrum eller periferi. Var den än ligger. Kommentarer läser jag gärna.

Gunnar Englund, GKE Elektronik AB

Läs Hur gammal kan elektronik bli
Läs kWh-mätarna och de höga elräkningarna
Läs Nätspänningen, harmoniseringen och Brexit.
Läs Stjärnor, deltan och andra metoder
Läs Svårt att koppla in en transformator?
Läs Djurgårdskalle och ljusbågen del 1
Läs Djurgårdskalle och ljusbågen del 2

4 Responses to “Glödlampor kan också ge problem”

  1. Hej Gunnar!

    Intressant läsning om dina verklighetserfarenheter.

    Det där switchaggregatet saknade överströmsskydd.
    Magnetstabben gjorde ju saken sämre i detta fall, med avklingande matningsspänning vid frånslag som konstanteffektlogiken försökte hantera.

    I alla fall ett antagande, ”från perifirin” …..

    //Ove

  2. Intressant och mestadels begripligt, även för mig som i stort sett enbart jobbar med lägre spänningar och effekter på kretskortsnivå. Men det blir en del gissande och vissa begrepp är helt obekanta.

    En sqauriac gissar jag av sammanhanget är en trafo med många tappar på sekundärlindningen och reläer som väljer tapp. Verkar svårgooglad, så det är kanske inte en väldigt vanlig apparat.

    AC-55b är lika begripligt för mig som om det hade stått kvarpilikaft eller HGDB-535#. Också svårgooglat.

    AGFA RIP? VÄD?

    Misstänker att de flesta läsare av Elinor är mer kunniga på elektronikområdet än elkraftsområdet och med den publiken kanske några faktarutor eller förklaringar inbäddade i texten skulle ge en stor del av läsarskaran nödvändig kompletterande information för att höja utbytet av läsningen.

  3. Intressant artikel. Som Per M indikerade är många begrepp inte vad jag använder till vardags, men sådant triggar nyfikenheten. Nu vet jag att AC-55b är en klassning för brytare och kontaktorer samt att det finns ett oväntat stort antal alternativ.

    Det var mycket svårare att googla fram något användbart om magnetstabilisatorer. Det verkar främst vara en transformator som man bottnar för att motverka överspänning. Detta tillsammans med en konding ger en resonanskrets som då verkar ge en hyfsat stabil och snygg 50 Hz spänning ut. Nu trtillar poletten ner för vad vi ser i bilden. Resonanskretsen lagrar ju energi! När matningen stängs av så minskar energin i LC-kretsen gradvis vilken man ser i spänningskurvan. Nätagget kräver mer och mer ström för att hålla konstant uteffekt. Eftersom det inte verkar vara skyddat för överström så bränner det till slut upp sig själv.

    Lösningen borde givetvis vara att skrota magnetstabilisatorn och sätta in något annat skydd mot åska. Gasurladdning, MOV, transientskyddsdioder eller vad man nu tycker passar.

    Problemet med åska tar mig in på ett eget litet problem jag funderat på. En robotgräsklippare har ju en begränsningsslinga som är mycket väl lämpad för att fånga upp åska. Enligt min mening borde man kunna koppla respektive ända på begränsningsslingan till en MOV på 24V direkt till ett jordspett. Matningen är på 24V så det är rimligt att anta att utsignalen inte överstiger detta. Sedan kanske man även bör koppla ihop ändarna med en MOV, men det borde konstruktörerna redan ha gjort inne i laddstationen.
    Nu till mitt riktiga problem: Jag har min borrade vattenbrunn bara 2 meter från laddstationen så det är mycket lockande att använda 30m foderrör som jordspett. Det är dock av rosttrögt stål så jag vill inte fästa en kopparkabel direkt i den. Hur man än försöker isolera och kapsla in så är jag rädd för att fukt tränger in och orsakar galvaniska strömmar och därmed elaka rostangrepp.
    Ett par alternativ är kabel av aluminium eller vajer av rostfritt stål. Båda har sina för- och nackdelar.

  4. Hej alla. Verkligen kul med så många initierade synpunkter och så många infallsvinklar.

    Jo, jag har en tendens att hålla mig just i periferin. Där motorer, lampor och ventilspolar bor. Det framgår av spaltens namn.

    Jag försöker att inte tynga med sådant som jag inte kan förutsätta att alla läsare känner till. Men jag tycker att samarbetet i kommentarerna har löst det mesta av just de problemen.

    Jag kanske borde ha berättat lite mer om vad en ”Squariac” är. Vi behövde en snabb och programmerbar vridtransformator – en Variac alltså – och skissade på några lösningar. Med upplösning 2,5% blev det ju en ganska hopplös historia med 40 reläer och 41 sekundäruttag. Så den vägen ville vi inte gå.

    Tanken på att använda ternär logik kom upp och då klarar vi oss med sju reläer och sex uttag på trafon. Det gör att vi snabbt kan konfigurera den att rampa upp och ner med olika hastigheter och simulera korta spänningssänkningar, avbrott eller överspänningar på ett enkelt sätt. Med tre sådana kan vi ordna ett trefassystem som förstås kan samma konster. Plus att vi kan skapa vilken obalans som helst i trefassystemet.

    Men det är sant att den inte är så lätt att googla. Det är ingen kommersiell produkt och vi kallar den för Squariac av gammal vana. Kanske var vi lite inspirerade av SpongeBob SquarePants – burken som vi byggde Squariacen i var ju fyrkantig. Till skillnad från Variacen som oftast är rund.

Leave a Reply