Überspannungsschutz für LEDs

Damit kein Licht ausgeht

| Autor / Redakteur: Andreas Schamber* / Ines Stotz

LED-Straßenleuchten sind sensibel – mit speziellen Schutzgeräten können sie abgesichert werden.
LED-Straßenleuchten sind sensibel – mit speziellen Schutzgeräten können sie abgesichert werden. (Bild: Phoenix Contact)

Energieeffizienz und Langlebigkeit sind die Hauptvorteile der LED-Technik. So wird diese Technik auch zunehmend in Straßenleuchten eingesetzt, die aufgrund der zahlreichen verbauten Halbleiterelemente allerdings sensibler gegen Überspannungen sind. Ein wirksames Schutzkonzept erhöht die Verfügbarkeit, und mit einer zertifizierten Lösung spart der Leuchtenhersteller Kosten bei der Zulassung.

Heute können LED-Mastleuchten bis zu 8 kV spannungsfest gebaut werden, und die Leuchtenhersteller versuchen, die Überschläge bis zu diesem Wert zu vermeiden. In der Praxis jedoch können diese Werte erheblich überschritten werden. Grund dafür sind die im Netz auftretenden Stoßströme und Überspannungen, die als Folge von direkten und indirekten Blitzeinschlägen entstehen, sowie transiente Überspannungen. Auf diese Weise können die sensiblen Vorschaltgeräte sowie die LED-Module selbst beschädigt oder gar zerstört werden.

Wer derartige Ausfälle durch Überspannungen vermeiden und seine Investitionen in die LED-Technik schützen möchte, kommt auch bei der Straßen- und Objektbeleuchtung an einem umfassenden Überspannungsschutz-Konzept nicht vorbei. Denn die Folgen von Ausfällen der LED-Beleuchtung können – je nach Standort – mitunter dramatisch sein.

Überspannungen und die Folgen

Unerwünschte Überspannungen haben verschiedene Ursachen – grundsätzlich wird zwischen direkten und indirekten Blitzeinwirkungen und Schalthandlungen aus dem Wechselstromnetz unterschieden. Die direkten Blitzeinwirkungen treten je nach Region zwar selten auf, sind aber energiereich und verursachen meist größere Schäden. Zum Teil hinterlassen die Blitzeinschläge in Entfernungen bis zu 5 km noch ihre Spuren. Überspannungen entstehen dabei zum einen durch direkte Blitzeinschläge in die Leuchte oder in die Überlandleitung, und zum anderen als Folge von indirekten Blitzeinwirkungen durch Erdrückkopplung oder durch elektromagnetische Induktion.

Aufgrund ihrer zumeist exponierten Lage können LED-Mastleuchten direkt vom Blitz getroffen werden. Dadurch sind unter Umständen ganze Straßenzüge betroffen, da die Leuchten über das Stromnetz miteinander verbunden sind. Ohne passende Schutzeinrichtungen kann sich der Blitzstrom schnell in der gesamten Installation verteilen und hohe Schäden anrichten. Zudem erzeugen die Blitzeinschläge am Einschlagsort Spannungserhöhungen von mehreren tausend Volt. Schlägt ein Blitz etwa in ein Gebäude mit einem äußeren Blitzschutz ein, oder auch in einen Baum in der Umgebung, so wird das Erdpotenzial angehoben.

Wenn die Isolationsfestigkeit der Komponenten überschritten wird, schlägt die Isolation an der schwächsten Stelle über. Ob die Isolation am elektronischen Gerät, am LED-Modul, an der Versorgungsleitung oder am Kabelübergangskasten beschädigt ist, kann oft erst bei der routinemäßigen Prüfung festgestellt werden. Bei Isolationsfehlern besteht zudem Gefahr für Leib und Leben, im ungünstigen Fall kann es beim Berühren metallischer Teile – etwa beim Leuchtenmast – zum Stromschlag kommen. Auch durch kapazitive oder induktive Einkopplung in der Versorgungsleitung können Überspannungen entstehen – verantwortlich dafür ist der fließende Blitzstrom zu Erde. So erzeugt beispielsweise der Stromfluss in den Ableitungen vom äußeren Blitzschutzsystem ein elektromagnetisches Feld um sich herum, das wiederum Überspannungen in die parallel verlau¬fende Versorgungsleitung induziert. Auch bei einem direkten Blitzeinschlag in den Baum ist mit derartigen Effekten zu rechnen – auch hier fällt unter ungünstigen Umständen die Straßenbeleuchtung aus.

Die häufigen Überspannungen – bis zu mehreren kV – sind aufgrund von Schalthandlungen aus dem Verteilnetz zu erwarten: Ein- und Ausschaltvorgänge von nahegelegenen elektrischen Ausrüstungen, Erd- und Kurzschlüsse sowie das Auslösen der Sicherungen. Dabei können funktionsfähige LED-Leuchten durch ein Überspannungsereignis vorgeschädigt werden – was die Lebensdauer der Leuchte reduziert. Diese Ereignisse zeigen sich häufig bei Leuchten der Schutzklassen II.

Ergänzendes zum Thema
 
So lässt sich eine LED-Leuchte über viele Jahre sicher und effizient betreiben

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