Leitfaden Blitz- und Überspannungsschutz für LED
Werbung
Leitfaden: Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Straßenbeleuchtung Stand 06/2016 Inhaltsverzeichnis Kapitel 1. Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Straßenbeleuchtung . . . . . . . 3 Kapitel 1.1 Grundlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Kapitel 1.2 Gefahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Kapitel 2. Straßenbeleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Kapitel 2.1 Schäden und Reparaturkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Kapitel 2.2 Ausführung der Erdungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Kapitel 2.3 Installationsort des Blitz- und Überspannungsschutzes . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Kapitel 3. Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kapitel 3.1 Paralleler Anschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kapitel 3.2 Serieller Anschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kapitel 4. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Die Inhalte der Merkblätter informieren zu bestimmten Sachthemen. Sie basieren auf den derzeit gültigen und bekannten Vorschriften und Bestimmungen sowie auf unseren Erfahrungen. Eine allgemeingültige Rechtsverbindlichkeit und Vollständigkeit kann aus dieser Unterlage nicht abgeleitet werden. Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Straßenbeleuchtung Kapitel 1. Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Straßenbeleuchtung Kapitel 1.1 Grundlage Aufgrund ihrer Lichtstärke, Energieeffizienz und Robustheit eignen sich LED-Leuchten optimal für die Signal- und Straßenbeleuchtung. Da LED-Leuchten bei gleicher Leuchtkraft bis zu 70 Prozent weniger Energie als herkömmliche Leuchtmittel verbrauchen, tragen Sie erheblich zur Senkung der Energiekosten bei. Kapitel 1.2 Gefahren Straßenleuchten sind durch ihre exponierte Lage nahen und direkten Blitzeinschlägen und Überspannungen umittelbar ausgesetzt. Diese Belastungen können zur Minderung der Lichtstärke oder zur Zerstörung der Vorschaltgeräte führen. Es drohen vorzeitiger Ausfall sowie hohe Reparaturkosten, welche die Amortisationszeit verlängern. Dementsprechend sollte eine geeignete Überspannungsschutzeinrichtung (SPD - Surge protective device) gegen Schädigung durch Blitz- oder Überspannungen eingesetzt werden. Blitzeinschlag mit Zerstörung durch Brand und Überspannungen Ausfall aufgrund von Überspannungen Elektrische Geräte der Überspannungskategorie I, z. B. die elektronischen Vorschaltgeräte bzw. LED-Treiber, sind nach VDE 0100-443 (IEC 60364-4-443) Tabelle 1 mit einer Stoßspannungsfestigkeit von 1.500 Volt und bei Überspannungskategorie II mit 2.500 Volt auszulegen. Blitze und Schalthandlungen erzeugen jedoch in der Regel Überspannungen von bis zu mehreren 10.000 Volt, die deutlich über den genannten Stehstoß-Spannungsfestigkeiten liegen. Zum Schutz gegen Überspannungen benötigen moderne LED-Leuchten einen externen Überspannungsschutz. Beispiel: Überspannung beim Blitzeinschlag Blitzeinschlag mit 100 kA und einem Erdungswiderstand von 1 Ohm U = R x l = 1 Ohm x 100 kA = 100 kV zur fernen Erde der Energieversorgung (Trafosternpunkt-Erdung) Durch den Spannungstrichter fällt die Spannung vom Einschlagspunkt ab. Abstand in m vom 0 30 60 90 120 Einschlagort Spannung in kV zur 100 36 20 12 9 fernen Erde Tabelle 1: Spannung zur fernen Erde (Trafosternpunkt-Erdung) 150 300 450 6 4 3 3 Straßenbeleuchtung Kapitel 2. Straßenbeleuchtung Kapitel 2.1 Schäden und Reparaturkosten Bei Straßenbeleuchtungen verursacht der Austausch von defekten Bauteilen neben den Kosten der Hardware auch hohe Kosten für den Einsatz von Hubsteiger und Personal. Vorgeschaltete Überspannungsschutzgeräte reduzieren die Impulse und schützen die Leuchte. Straßenzüge werden über Verteilerkästen versorgt, in denen die Steuerungen und Schutzkomponenten eingebaut sind. Die Spannung wird im Anschlussraum des Masts über Erdkabel eingespeist und versorgt die Leuchte. Durch Überspannungschutzeinrichtungen (SPD) werden die Ausbreitung der Überspannungen minimiert und Schäden reduziert. Kapitel 2.2 Ausführung der Erdungsanlagen Das Versorgungskabel kann durch einen darüber liegenden optionalen Erdungsleiter gegen Zerstörung durch Blitzströme im Erdreich geschützt werden. Nach der aktuellen Blitzschutznorm DIN EN 62305-3 (Deutsches Beiblatt 2) ist dieser Erdungsleiter 0,5 Meter über dem Versorgungskabel anzuordnen. Durch den Erdungsleiter werden Potentialunterschiede ausgeglichen und Überschläge zum Versorgungskabel minimiert. Bild 1: Verlegung Erdungsleiter und Versorgungskabel Legende: Erdungsleiter unisoliert 2 Versorgungskabel 1 Die zusätzliche Erdung des Leuchtenmasts sollte in Bereichen mit erhöhtem Personenaufkommen erfolgen, z.B. auf Parkplätzen oder an Haltestellen. Bild 2: 4 Bild 2: Erdung am Leuchtenmast Straßenbeleuchtung Kapitel 2.3 Installationsort des Blitz- und Überspannungsschutzes Überspannungsschutz ist zum sicheren Betrieb notwendig. Entscheidend für die Schutzwirkung ist, dass der Schutzpegel des Überspannungsschutzgerätes unterhalb der Stoßspannungsfestigkeit der Leuchtmittel und des LED-Treibers liegt. Überspannungsschutzgeräte müssen der Prüf-Norm IEC/EN 61643-11 entsprechen und Stoßströme von mehreren tausend Ampere mehrfach zerstörungsfrei ableiten können. Nach Prüf-Norm muss jedes Schutzgerät thermisch überwacht und im Defektfall sicher abgetrennt werden. In der Leuchten-Norm VDE 0711-1 (EN 60598-1) Leuchten – Teil 1: „Allgemeine Anforderungen und Prüfungen“ ist unter Punkt 4.32 festgelegt: „Überspannungs-Schutzeinrichtungen müssen IEC/EN 61643 entsprechen.“ Bei einem Blitzeinschlag in die Mastleuchte fließt ein großer Teil des Blitzstroms direkt ins Erdreich und erzeugt eine Potentialdifferenz zum Versorgungskabel. Der direkte Blitzeinschlag ist nur mit erhöhtem Aufwand wie z.B. einer isolierten Fangeinrichtung zu beherrschen. Durch Überspannungsschutzgeräte muss ein Potentialausgleich zur Minimierung der Schäden erfolgen (Bild 3). 1 3 2 3 1 2 4 5 Bild 3: Geräteübersicht zur Schadensminimierung bei Blitzeinschlag und Blitzteilströmen Legende: 1 2 4 Lampenkopf mit LED-System Typ 2 Erdungsleiter unisoliert 5 Versorgungskabel 3 Installationsort Steuerschrank mit Elektronik Typ 1 + 2 Anschlusskasten der Mastleuchte Typ 2 + 3 (Empfohlener Montageort) Schutzgerät Beschreibung Artikel-Nr.: 1 Steuerschrank Einspeisung 2 Mast V50 3+NPE-280 Typ 1+2 Kombiableiter Anschlussraum ÜSM-LED 230 Alternativ: IP65 ÜSM-LED 230-65 3 Lampenkopf (optional - Schutzklasse prüfen!) Vor dem LED Treiber ÜSM-LED 230 Tabelle 2: 5093 526 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz 5092 480 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz (IP65) 5092 478 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz Auswahl der Schutzgeräte 5092 480 5 Straßenbeleuchtung Ein Blitzeinschlag in einem Umkreis von bis zu 1,5 km erzeugt eine Überspannung, die leitungsgebunden über das Versorgungskabel die Beleuchtung trifft (Bild 4). Diese Überspannungen können elektronische Bauteile zerstören. Hier müssen Überspannungsschutzgeräte einen Potentialausgleich zur Minimierung der Schäden bilden (Bild 4) 1 3 2 3 1 2 4 5 Bild 4: Geräteübersicht zur Schadensminimierung bei Überspannungen Legende: 1 2 4 Lampenkopf mit LED-System Typ 3 Erdungsleiter unisoliert 5 Versorgungskabel 3 Installationsort Steuerschrank mit Elektronik Typ 2 Anschlusskasten der Mastleuchte Typ 2 + 3 (Empfohlener Montageort) Schutzgerät Beschreibung Artikel-Nr.: 1 Steuerschrank Einspeisung 3-Phasen 2 Mast V20 3+NPE-280 Typ 2 Überspannungsschutz Anschlussraum ÜSM-LED 230 Alternativ: IP65 ÜSM-LED 230-65 3 Lampenkopf (optional - Schutzklasse prüfen!) Vor dem LED Treiber Alternativ: Typ 3 Schutz ÜSM-LED 230 ÜSM-A 230 Tabelle 3: 5095 253 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz 5092 480 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz (IP65) 5092 478 Typ 2 + 3 Überspannungsschutz Typ 2 Überspannungsschutz Auswahl der Schutzgeräte 5092 480 5092 451 Induktionen durch nahe Blitze werden durch den metallischen Mast und ein Metallgehäuse deutlich minimiert. Der Überspannungsschutz im Mast-Anschlussraum ist in diesem Fall leicht zugänglich und einfach überprüfbar. 6 Schaltung Kapitel 3. Schaltung Das Schutzgerät ÜSM-LED 230 kann seriell oder parallel zu den Leuchten installiert werden. Durch die unterschiedliche Schaltung kann die Verfügbarkeit maximiert werden (paralleler Anschluss) oder beim Defekt am Schutzgerät die Leuchte abgeschaltet werden (serieller Anschluss). Kapitel 3.1 Paralleler Anschluss Das Überspannungsschutzgerät wird vor die LED-Leuchte geschaltet. Ausfallverhalten: Die Anzeige am ÜSM-LED erlischt. Der Überspannungsschutz wird abgetrennt. Die LED-Leuchte leuchtet ohne Schutz weiter. Kapitel 3.2 Serieller Anschluss Der Überspannungsschutz wird in Reihe zur LED-Leuchte geschaltet. Ausfallverhalten: Die Anzeige am ÜSM-LED erlischt. Der Überspannungsschutz und der Stromkreis (L´) werden abgetrennt. Der Ausfall wird zusätzlich durch das Erlöschen der Leuchte signalisiert. Kapitel 4. Fazit Überspannungsschutzgeräte vor den elektronischen LED-Treibern stellen eine sichere Barriere gegen Überspannungen dar. Die Lebensdauer der LED-Leuchten wird gewährleistet und die Investition gesichert. Bei der Straßenbeleuchtung lassen sich enorme Kosten für die Energie einsparen. Der Return of Invest kann sich jedoch aufgrund eines vorzeitigen Ausfalls durch einen Überspannungsschaden in die Zukunft verschieben. Durch geeignete Schutzmaßnahmen lassen sich die Investitionen schützen. Für Beleuchtungsanlagen bietet z.B. das OBO ProtectPlus-Programm sichere Lösungen. 7 OBO Bettermann GmbH & Co. KG Postfach 1120 58694 Menden Kundenservice Deutschland Tel.: 0 23 73 / 89-15 00 Fax: 0 23 73 / 89-77 77 E-Mail: [email protected] www.obo-bettermann.com OBO Bettermann OPTO 140102 Stand Juli 2016 DE Artikelnummer 9131939 Deutschland
