Leitfaden: Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Beleuchtungssysteme Stand 09/2015
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- Helene Lenz
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1 Leitfaden: Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Beleuchtungssysteme Stand 09/2015
2 Inhaltsverzeichnis Kapitel 1. Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Beleuchtungssysteme... 3 Kapitel 1.1 Grundlage... 3 Kapitel 1.2 Gefahren... 3 Kapitel 1.3 Risikoanalyse - Gefährdung durch Blitze und Überspannungen... 3 Kapitel 1.4 Entscheidungshilfe... 4 Kapitel 1.5 Installationsort des Blitz- und Überspannungsschutzes Kapitel 1.6 Anschluss des Überspannungsschutzgerätes... 7 Kapitel 1.7 Fazit... 7 Dieser Leitfaden basiert auf den derzeit gültigen und bekannten Vorschriften und Bestimmungen sowie auf unseren Erfahrungen. Eine allgemeingültige Rechtsverbindlichkeit und Vollständigkeit kann nicht daraus abgeleitet werden.
3 Kapitel 1. Kapitel 1.1 Blitz- und Überspannungsschutz für LED-Beleuchtungssysteme Grundlage Hallenbeleuchtungen wurden in der Vergangenheit überwiegend aus Leuchtstoffröhren mit Vorschaltgeräten oder Quecksilberdampflampen (HQL-Leuchten) aufgebaut. HQL-Leuchten haben eine Brenndauer von ca Stunden. Zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur besseren Ausleuchtung werden derzeit viele Beleuchtungsanlagen auf moderne LED-Leuchtensysteme umgerüstet. Moderne LED-Leuchten sparen bis zu 70 Prozent Energie und bieten gleichzeitig eine Lebensdauer von bis zu Stunden. Somit hat sich die Investition oft schon nach etwa zwei Jahren amortisiert. Kapitel 1.2 Gefahren LED-Leuchten werden überwiegend in die Überspannungskategorie II eingeteilt und mit einer Stoßspannung (Surge-Test) von 2 kv bis 4 kv getestet. Sie sind im Vergleich zu alten HQL-Leuchten für deutlich niedrigere Spannungsfestigkeiten ausgelegt und werden daher durch Überspannungen im Stromnetz besonders gefährdet. Überspannungen In Energieversorgungs-Systemen können durch verschiedene Ursachen ausgelöst werden. Blitzeinschläge können Überspannungen mit Werten von bis zu mehreren Volt erzeugen und elektronische Geräte in einem Umkreis von bis zu 2 km um den Einschlagsort zerstören. Auch durch Schalthandlungen in Industrienetzen oder beim Starten von Leuchtstoffröhren oder HQL-Leuchten entstehen hohe Überspannungen von ca Volt. Letzteres ist besonders dann von Bedeutung, wenn LED-Leuchten, Leuchtstoffröhren und HQL-Leuchten im gleichen Stromnetz betrieben werden. Wird das LED-Beleuchtungssystem nicht geschützt, führen diese Überspannungen dauerhaft zur Minderung der Lichtstärke bis hin zur Zerstörung der LED-Treiber und LED-Module. Durch Ausfall und hohe Reparaturkosten verlängert sich die Amortisationszeit erheblich. Dementsprechend ist ein geeigneter externer Überspannungsschutz dringend notwendig, um Investitionen in moderne LED-Beleuchtungssysteme zu schützen. Kapitel 1.3 Risikoanalyse - Gefährdung durch Blitze und Überspannungen Eine Risikoanalyse nach der Blitzschutznorm VDE (IEC 62305) kann die Gefährdung durch direkte und in unmittelbarer Nähe auftretende Blitze ermitteln und die Notwendigkeit eines Blitzschutz-Systems klären. Grundsätzlich muss das gesamte Beleuchtungssystem durch einen mehrstufiger Überspannungsschutz gesichert werden: am Gebäudeeintritt: Blitzschutzpotentialausgleich mit Typ 1 Blitzstrom- oder Typ 1+2 Kombi-Ableitern in den folgenden Verteiler- und Steuerschränken: lokaler Potentialausgleich mit Überspannungsschutzgeräten vom Typ 2 an den dezentralen Verteilern: lokaler Überspannungsschutz mit Typ 2 oder Typ 3 Ableitern vor den zu schützenden Leuchten: Geräteschutz 3
4 Die Gefährdung durch entfernte Blitzeinschläge und Schaltüberspannungen kann durch eine Risikoanalyse nach VDE (IEC ) ermittelt werden. Das Risiko ist abhängig vom vorhandenen Energieversorgungssystem. Außerhalb von Gebäuden sind Freileitungen dem höchsten Risiko ausgesetzt. Innerhalb von Gebäuden bieten lange Zuleitungen und Lichtbänder ein hohes Potential für Induktionen und Potentialunterschiede. Diese können durch eine geschirmte Leitungsführung mit einem metallenen und geerdeten Kabelkanal und einem metallenen Leuchtengehäuse reduziert werden. Hinweis Für gewerbliche Anlagen wird in der VDE (IEC ), Abschnitt ein Überspannungsschutz vom Typ 2 oder Typ 3 gefordert. Kapitel 1.4 Entscheidungshilfe Überspannungsschutz für die Hallenbeleuchtung sollte eingebaut werden, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Das Gebäude besitzt eine äußere Blitzschutzanlage. Der Licht-Stromkreis versorgt unterschiedliche Leuchtmittel wie z.b. HQL-Leuchten, deren Startspannung bei V liegt. An den Stromkreis der Hallenbeleuchtung werden größere Verbraucher wie Motoren oder Schweißgeräte angeschlossen, die Überspannungen erzeugen können. Es sind bereits LED-Leuchten ausgefallen. Ein Schaden durch Überspannungen kann nicht ausgeschlossen werden. Die Versicherungen fordern Überspannungsschutzmaßnahmen, z. B. für Beleuchtungen an Flughäfen oder bei Beleuchtungen, die der Sicherheit dienen (Quelle: VdS-Richtlinie 2010). Zur Minimierung der Gefahren ist ein gestaffelter Überspannungsschutz vor den LED-Leuchten bzw. Übergangskästen notwendig. Diese Sicherheitsmaßnahmen tragen dazu bei, die Reparaturkosten von defekten elektronischen Bauteilen zu minimieren. Überspannungen sind für LED-Beleuchtung gefährlich, eine effiziente Schutzschaltung ist deshalb unabdingbar. Kapitel 1.5 Installationsort des Blitz- und Überspannungsschutzes Der Einsatz von Überspannungsschutz ist zum sicheren Betrieb notwendig. Entscheidend für die Schutzwirkung ist jedoch, dass der Schutzpegel des Überspannungsschutzgerätes unterhalb der Stoßspannungsfestigkeit der Leuchtmittel und des LED-Treibers liegt. Um eine optimal Schutzwirkung zu erreichen, ist der Überspannungsschutz in der Nähe zu den zu schützenden Komponenten einzusetzen. Wenn die Leitungslänge fünf Meter überschreitet, dann sollte ein zusätzliches Schutzgerät oder eine geschirmte Leitungsführung installiert werden. Hinweis In der Leuchten-Norm VDE (EN ) Leuchten Teil 1: ist unter Punkt 4.32 festgelegt: Überspannungs-Schutzeinrichtungen müssen der Prüfnorm IEC entsprechen. 4
5 Überspannungsschutzgeräte müssen nach dieser Prüfnorm die Stoßströme von mehreren tausend Ampere mehrfach zerstörungsfrei ableiten können. Jedes Schutzgerät muss thermisch überwacht und im Defektfall sicher abgetrennt werden. Bild 1: Kombiableiter Typ 1 + 2, V50 3+NPE-280, in der Hauptverteilung Bild 2: Überspannungsschutz Typ 2, V20 3+NPE-280, im Steuerschrank 5
6 Bild 3: Überspannungsschutz Typ 2 + 3, ÜSM-LED 230, im Kabelabzweigkasten am Kabeltrag-System montiert, 4 Zur Nachrüstung des Überspannungsschutzes kann das vergossene und in Schutzklasse IP 65 ausgeführte Schutzgerät ÜSM-LED eingesetzt werden. Mit dem Anschlusskabel kann das Schutzgerät auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen in oder am Verteilerkasten montiert werden. Bild 4: Überspannungsschutz Typ 2 + 3, ÜSM-LED Bild Installationsort Schutzgerät Beschreibung Artikel-Nr.: Hauptverteilung 1 Einspeisung V50 3+NPE-280 Typ Kombiableiter Steuerschrank/Verteilung 2 3-Phasen + NPE V20 3+NPE-280 Typ 2 Überspannungsschutz 1-Phasen + NPE V20 1+NPE-280 Typ 2 Überspannungsschutz Verteilergehäuse/Kabelabzweigkasten 3 Vor den Leuchten ÜSM-LED 230 Typ Überspannungsschutz 4 Verteiler (IP 65) ÜSM-LED Typ Überspannungsschutz Tabelle 1: Auswahl der Schutzgeräte
7 Kapitel 1.6 Anschluss des Überspannungsschutzgerätes Das Schutzgerät ÜSM-LED 230 kann seriell oder parallel zu den Leuchten installiert werden. Paralleler Anschluss Bild 5: Beim parallelen Anschluss wird das Überspannungsschutzgerät vor die LED-Leuchte geschaltet. Ausfallverhalten: Die Anzeige am ÜSM-LED erlischt. Der Überspannungsschutz wird abgetrennt. Die LED-Leuchte leuchtet ohne Schutz weiter. Serieller Anschluss Bild 6: Beim seriellen Anschluss wird das Überspannungsschutzgerät in Reihe zur LED-Leuchte geschaltet. Ausfallverhalten: Die Anzeige am ÜSM-LED erlischt. Der Überspannungsschutz und der Stromkreis (L ) werden abgetrennt. Der Ausfall wird durch die Abschaltung der LED-Leuchte signalisiert. Kapitel 1.7 Fazit Ein geeignetes Schutzgerät vor den elektronischen LED-Treibern stellt eine sichere Barriere gegen Überspannungen dar. So wird die Lebensdauer der LED-Leuchten gewährleistet und die Investition wird gesichert. OBO bietet komplette Blitz- und Überspannungsschutz-Systeme sowie geschirmte Leistungsführung für Beleuchtungsanlagen an. Weitere Informationen finden Sie unter 7
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