Zuletzt aktualisiert am 17.01.2022
Die Umrüstung zur LED–Beleuchtung im Innen- und Außenbereich ist voll im Gange. Mittlerweile haben viele Gemeinden und Netzbetreiber in Österreich erste Erfahrungen mit den modernen Leuchtmitteln gesammelt. Bei der Straßenbeleuchtung ist diese Umrüstung schon in vielen Städten offensichtlich. In anderen Bereichen etwa in der Industrie-, und Gebäudebeleuchtung besteht noch Aufholbedarf.
Allerdings zeigt sich auch hier, dass es Licht- und Schattenseiten gibt.
Erfahrungen mit Überspannungsschutz aus der Praxis der letzten Jahre
So zeigt sich seit einigen Jahren, dass insbesondere Überspannungen ein ernsthaftes Problem für die empfindliche Elektronik darstellen.
Ein Blitzschlag kann mit einer Stromstärke von bis zu 400.000 Ampere zu Überspannungsschäden führen. Elektrogeräte werden so funktionsunfähig gemacht. Über Elektro- und Telefonleitungen bzw. über Gas- oder Wasserrohre können Blitze sogar Schäden verursachen, selbst wenn sie bis zu 2 Kilometer entfernt einschlagen. Da die Stromnetze in ländlichen Gebieten weniger verzweigt sind und sich die Energie des Blitzes so weniger verteilt entladen kann, kommt es hier öfter zu diesen Spannungsschäden. Neue Gefahrenpotentiale liegen darüber hinaus in Photovoltaik-Anlagen und Außengeräten von Klimaanlagen.
Manchmal genügen ebenfalls schon Schaltvorgängen im Netz oder gemischte Netze mit LED- und herkömmlichen Entladungsleuchten. Ein Beispiel: Werden Leuchtstoffröhren mit konventionellen Vorschaltgeräten (KVG) im gleichen Stromkreis betrieben, können durch Schaltvorgänge sowie Induktionsströme plötzlich mehrere 1000 Volt im Stromkreis auftreten, was ein LED-Leuchtmittel oft nicht verkraftet.
Ein anderes Phänomen, welches insbesondere bei Schutzklasse II Leuchten auftritt, sind statische Aufladungen. Hierbei findet eine Ladungstrennung statt und darauf folgend baut sich eine hohe Spannung am Leuchten-Gehäuse bzw. Kühlkörper der LED auf. Dieses Phänomen ist jedem Autofahrer bekannt, der beim Griff an sein Auto schon mal einen kleinen, elektrischen Schlag bekommen hat.
Auch in der Gebäude- und Hallenbeleuchtung gibt es heikle Punkte. Insbesondere dort wo Überspannungen nicht von außen, sondern aus den eigenen Anlagen herrühren. Aus Industriebetrieben sind Fälle bekannt, in denen elektrische Betriebsmittel Überspannungen erzeugen und diese dann durch die elektrische Verkabelung zur Beleuchtung gelangen. Erste sporadische Ausfälle einzelner Leuchten oder LEDs sind typische Anzeichen dafür.
Ein gutes Überspannungschutz-Konzept dämmt Schäden ein
Für ein wirkungsvolles Schutzkonzept gegen transiente Überspannung sind folgende Komponenten relevant:
- Straßenbeleuchtungs-Hauptverteiler
- Mastsicherungskasten im Mast
- Leuchten
Stand der Technik
Aufgrund dieser Erfahrungen haben die Hersteller von Straßenleuchten ihre Anforderungen an die Festigkeit der Leuchten gegen Überspannungen angehoben. Lag die Festigkeit der Straßenleuchten gegen Überspannungen vor einigen Jahren noch bei ca. 2000 bis 4000V, liegt sie derzeit im Durchschnitt bei ca. 4000 bis 6000V.
Allerdings reicht dies vielfach nicht aus.
Viele Leuchtenhersteller bieten deshalb optional an, ihre Leuchten durch ein leistungsfähiges Typ 2+3 Überspannungsschutzgerät (ÜSG) zu schützen. Ist dies nicht möglich, z.B. aus Platzgründen oder weil die Leuchten bereits installiert wurden, kann der Überspannungsableiter auch im Mastsicherungskasten eingesetzt werden. Bei dieser Installationsart können Wartungen und Nachrüstungen einfach durchgeführt werden.
Um das Schutzkonzept zu vervollständigen und die Lichtpunkte zu entlasten, sollte in der Straßenschaltstelle bzw. im Verteiler zusätzlich ein Kombi-Ableiter vom Typ 1+2+3 gegen die Ausbreitung von Blitzströmen und Überspannungen installiert werden.
In der Gebäudetechnik kann man durch eine Ausrüstung der Elektroinstallation mit Blitz- und Überspannungsschutzgeräten einen wirkungsvollen Schutz realisieren. So können in der Gebäudeeinspeisung Kombi-Ableiter Typ 1+2+3 zum Schutz gegen Blitzströme und Netztransienten eingesetzt werden. In den Beleuchtungs-Unterverteilungen und Leuchten-Anschlussdosen schützen Überspannungsableiter vom Typ 2+3 gegen Überspannungseinkopplungen und Schaltüberspannungen, welche in der Anlage selbst entstehen.
LED-Straßenbeleuchtung mit Überspannungsschutz im Mast
Im Sinne der Koordination soll eine optimale Energieaufteilung zwischen mehreren SPD im gleichen Strompfad erfolgen. Leistungsfähige Blitzstrom- oder Kombi-Ableiter leiten die
Hauptenergie schon in der zentralen Schaltstelle ab und der nachgeschaltete Überspannungsableiter vom Typ 2 begrenzt nur noch Restgrößen oder sekundär eingekoppelte Überspannungen. Das entlastet Feinschutzkomponenten in LED-Treibern und erhöht deren Lebensdauer. (Citel empfiehlt für die zentrale Straßenverteiler-Schaltstelle Kombi-Ableiter vom Typ 1+2+3 mit VG-Technology.)
LED-Straßenbeleuchtung mit Überspannungsschutz im Leuchtenkopf
Der Schutz kann auch direkt in der Leuchte realisiert werden. Die Koordination zwischen dem Überspannungsschutz in der Leuchte und den Schutzkomponenten im LED-Treiber ist aufgrund der kurzen Leitungslänge l3 kritisch.
In der Abbildung wird die Koordination zwischen Kombi-Ableiter Typ 1+2+3 in der Schaltstelle und Typ 2 im Leuchtenkopf (beide mit VG Technology) sichergestellt. Für eine verbesserte Koordination der SPDs hat Citel die eigene MLPCH-Serie mit integrierter Koordinations-Schaltung entwickelt.
In der Gebäudetechnik kann man durch eine Ausrüstung der Elektroinstallation mit Blitz- und Überspannungsschutzgeräten einen wirkungsvollen Schutz realisieren. Zum Schutz gegen Blitzströme und Netztransienten können in der Gebäudeeinspeisung Kombi-Ableiter Typ 1+2+3 eingesetzt werden. In den Beleuchtungs-Unterverteilungen und Leuchten-Anschlussdosen Typ 2+3 können Überspannungsschutzgeräte gegen Überspannungseinkopplungen und Schaltüberspannungen zum Einsatz kommen.
Praxisnaher Überspannungsschutz
Auf dem Markt finden sich viele Hersteller für Überspannungsschutzableiter. Um den Überblick zu behalten und den richtigen Überspannungsschutz speziell für Ihre LED-Beleuchtungsanlage zu finden, beachten Sie am besten folgende Punkte:
⦁ Ein guter Überspannungsschutz sollte nach IEC 61643-11 geprüft sein und die Anforderungen der VDE 0100-433 u. -534 bzw. der OVE E 8101 Teil 4 u. Teil 7 erfüllen. Um dies zu erreichen werden u. a. Zustandssignalisierungen und Trennvorrichtungen im Überspannungsschutzgerät integriert.
⦁ Da der Überspannungsschutzableiter meist an unzugänglichen Stellen verbaut wird, ist eine reine optische Signalisierung nicht ideal. Ein Überspannungsschutzgerät, welches zusätzlich die Leuchte im Fehlerfall vom Stromkreis trennen kann, bietet hier eine gute und einfache Möglichkeit für eine indirekte Signalisierung.
⦁ Die Baugröße und Montageart des Überspannungsableiters ist entscheidend bei der Wahl, welche Typen bei Ihren Leuchten bzw. den Sicherungskästen zum Einsatz kommen.
⦁ Bei Auftreten von Feuchtigkeit oder Stäuben sollte ein Überspannungsschutzgerät mit erhöhter IP-Klasse ausgewählt werden.
⦁ Überspannungsschutzgeräte müssen die Schutzklasse (SKI oder SKII) der Leuchten unbedingt berücksichtigen.
⦁ Beachten Sie neben dem Schutz für die 230V Versorgung ebenfalls den Schutz für die Steuerung, wie z.B. DALI, zweite (Steuer)-Phase, 1-10V oder DMX.
Überspannungsschutzgeräte, welche AC- und Steuerung kombinieren, sind ideal für diese Leuchten und bieten in der Regel einen besser abgestimmten Schutz als zwei einzelne Überspannungsschutzgeräte.
Fazit: Die LED-Technik ist aus der heutigen Beleuchtungswelt nicht mehr wegzudenken. Durch stetige Weiterentwicklungen entstehen immer zuverlässigere Lösungen. Investieren Sie in den Schutz Ihrer empfindlichen LED-Beleuchtung. Derzeit liegen die zusätzlichen Kosten für ein wirkungsvolles Überspannungsschutzkonzept für ein Leuchtensystem bei unter 1% der Gesamtkosten.
Um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit Ihrer Beleuchtung langfristig zu erhalten und Folgekosten durch Überspannungsschäden zu vermeiden, lohnen sich passende Überspannungsschutzmaßnahmen.