Überspannungsschutz für die LED- Beleuchtung

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1 Fachforum Innovative Stadt- und Straßenbeleuchtung Überspannungsschutz für die LED- Beleuchtung Konzepte und prak.sche Anwendung DEHN+SÖHNE GmbH + Co.KG Tobias Kerschensteiner

2 Tobias Kerschensteiner Key Account Energieversorger Vertrieb Deutschland DEHN + SÖHNE GmbH + CO.KG. Hans-Dehn-Str Neumarkt Tel.: Fax: tobias.kerschensteiner@dehn.de

3 [ ] / 10291_D_1 LED Technik Schäden aus der Praxis Unterschiedliche Betreibererfahrungen Einsatzstückzahl-, Gebiets- und Betriebsdauerabhängig Zahlreiche registrierte und gemeldete Schäden in eher ländlichen/vorstädtischen Bereichen Kritische und häufige Schadstellen an Treiber-Netzeingängen (230 VAC), selten hingegen im Bereich der LED-Strings auf Treiber DC-Seite Endgültiges Herausbilden einer detaillierten Schadensstatistik je Versorgungsgebiet im Laufe der Betriebsjahre

4 / 1320_D_1 Gefährdung durch Blitze in Deutschland ca. 2 Mio. Blitzereignisse pro Jahr 2 km elektrisch leitende Systeme

5 [ ] / 9790_D_1 Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Praxisbeispiel: Mischbetrieb LED/ konventionelle Leuchtentechnologie kv 2,00 1,50 1,00 SEMP = Switching Elektromagnetic Pulse elektromagnetischer Schaltimpuls 0,50 0,00-0,50-1,00 0,0 ms 10,2 ms/div Trafostation Kabelverteiler

6 [ ] / 10297_D_1 Mögliche Einbaupositionen A B C Leuchte Kabelverteiler Kabelübergangskasten A B alternativ C

7 Mögliche Überspannungsschutzbeschaltungen und Einbaupositionen A B Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Leuchte: Leuchte (ohne Maßnahmen) 2 4 kv Leuchte mit SPD (Typ 2 oder Typ 3) 5 20 kv Schutz gegen kleine und mittlere Transienten Schutz gegen direkte und indirekte Auswirkungen des Blitzes in den speisenden Elektroverteilungen Typ 1 SPD (direkter Blitzeinschlag) Typ 2 SPD (indirekter Blitzeinschlag) Schutz gegen energiereiche Transienten B A C Schutz gegen direkte und indirekte Auswirkungen des Blitzes im Anschlussraum der Masten Typ 1 SPD (direkter Blitzeinschlag) Typ 2 SPD (indirekter Blitzeinschlag), Schutz gegen energiereiche Transienten DEHN + SÖHNE / protected by ISO / 8329_D_1

8 [ ] / 9380_D_3 Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Zusätzlichen Ableiter an diese Stelle

9 / 8329_D_1 Überspannungsschutzbeschaltung Einbauort B: Verteiler B 3 DEHNshield 3 4 Maßnahme berücksichtigt direkte Blitzströme bis 50 ka Summenstrom 10/350 über das Verteilnetz Maßnahme berücksichtigt nur indirekte Blitzauswirkungen über das Verteilnetz Typ DSH TT 255 Art.-Nr Typ DSH TNS 255 Art.-Nr oder Typ DSH TNC 255 Art.-Nr DEHNguard modular Typ DG M TT 275 Art.-Nr Typ DG M TNS 275 Art.-Nr oder Typ DG M TNC 275 Art.-Nr

10 / 6874_D_5 Einbauort B: Verteiler Empfehlung: DEHNshield (DSH...) Anwendungsoptimierter Typ 1 Kombiableiter auf Funkenstreckenbasis Durch die Wellenbrecherfunktion wird die Energie des Blitzstoßstroms soweit verringert, dass nachgelagerte Endgeräte nicht beschädigt werden. Somit wird echter Endgeräteschutz erreicht!

11 / 8112_D_1 Anwendungskonflikt Varistor Funkenstrecke Spannungsbetrachtung Varistor spannungsbegrenzend Funkenstrecke spannungsschaltend Überlastung des Endgeräts keine Überlastung des Endgeräts rot = Ansprechverhalten blau = Prüfimpuls 1,2/50 für Endgeräte gem. DIN EN

12 Anwendungskonflikt Varistor Funkenstrecke Vergleich Koordinationsverhalten Typ 1 SPD auf Varistorbasis Typ 1 SPD auf Funkenstreckenbasis Gesamtstrom Strom durch Typ 1- Ableiter (Varistor) Strom durch Endgerätevaristor Gesamtstrom Strom durch Typ 1-Ableiter (Funkenstrecke) Strom durch Endgerätevaristor Stromfluss durch das Endgerät während der gesamten Dauer des 10/350 µs Stoßstroms Energetische Überlastung oder sogar Zerstörung des Endgeräts Impulszeit-Verkürzung durch Wellenbrecher-Funktion Nahezu keine energische Belastung der Endgeräte Fazit: Je größer der Wellenbrecher-Faktor, desto besser die Schutzwirkung für nachgelagerte elektrische oder elektronische Einrichtungen. Der Wellenbrecher-Faktor entspricht dem Anteil der Energie, der durch den Typ 1 Ableiter geschluckt wird. DEHN + SÖHNE / protected by ISO / 8070_D_4

13 [ ] / 10096_D_1 Anwendungsoptimierter Kombi-Ableiter DEHNshield (DSH ) Produktübersicht Technische Daten DEHNshield Nennspannung AC U N Höchste Dauerspannung AC U C Blitzstoßstrom (10/350) I total Blitzstoßstrom (10/350) / Pol I imp Schutzpegel U P Folgestromlöschfähigkeit AC Max. netzseitiger Überstromschutz 230 / 400 V 255 V 25 / 50 ka 12,5 ka 1,5 kv 25 ka eff 160 A gl/ gg DEHNshield Art.-Nr. Typ DSH TT Typ DSH TNS oder Typ DSH TNC

14 [ ] / 9380_D_4 Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Einbauort: A+C: Leuchte + Kabelübergangskasten 1 DEHNcord 1P Typ DCOR L 1P 275 Art.-Nr DEHNcord Typ DCOR L 3P 275 SO LTG Art.-Nr

15 [ ] / 9470_D_1 Abhängigkeit Stoßstrombelastung bzw. Spannungsfestigkeit [ka] Stoßstrombelastung Spannungsfestigkeit [kv] *typische Spannungsfestigkeit Handelsüblicher LED-Leuchten *einfache externe Schutzbeschaltungen

16 [ ] / 10098_D_1 DEHNcord zum Schutz der LED-Straßenbeleuchtung Mehrpoliger Überspannungsableiter Typ 2 mit Überwachungseinrichtung und Abtrennvorrichtung Schutz der Steuerphase Zweifache optische Defektanzeige für den Ableitpfad der Versorgungsspannung und der Steuerphase Möglichkeit zur Abschaltung der Leuchte bei defektem Überspannungsschutz Angepasste Bauform zur optimalen Integration im oberen Kabelanschlussbereich des Sicherungskasten EK480 Erfüllt Produktnorm für Überspannungsschutzgeräte EN KEMA-Zulassung DEHNcord DEHNcord Typ DCOR L 3P 275 SO LTG mit Schutz der Steuerphase Typ DCOR L 2P 275 SO LTG ohne Schutz der Steuerphase Art.-Nr

17 Systemlösung: EK480 mit integriertem Überspannungsschutz DEHNcord L 3P Typ DCOR L 3P 275 SO LTG Art.-Nr DEHN + SÖHNE / protected by ISO [ ] / 10099_D_2

18 [ ] / 10105_D_1 DEHNcord Technische Daten Prinzipschaltbild Typ DCOR LTG Typ DCOR IP Maßbilder

19 Indirekte Mastanbindung über den integrierten Gasableiter im Überspannungsableiter DEHNcord TN-C-System Verschaltungsvariante in Kombination mit Sicherungskasten EK480 Keine Korrosionsströme Sicherstellung der Personensicherheit auch bei unzureichenden Erdungsverhältnissen im Fehlerfall Verbindung zur Leuchte KÜG SPD Mast L L ST PEN DEHN + SÖHNE / protected by ISO [ ] / 10299_D_1

20 [ ] / 10298_D_2 Überspannungs-Ableiter DEHNcord als Nachrüstvariante in Bauart IP65 DEHNcord Typ DCOR L 3P 275 SO IP Art.-Nr Alternativ: Typ DCOR L 2P 275 SO IP Art.-Nr L N PE TN-S System TN-C System L PEN

21 [ ] / 10298_D_3 DEHNcord Typ DCOR L IP Vorteile beim Einsatz Einfache Installation von Außen in den Kabelübergangskasten durch Schutzart IP65 (geschützter Außenbereich) Mantelleitung statt Einzeladern stellt Dichtigkeit sicher Einfache Wartung und Überprüfung durch Abschaltung der Leuchte im Fehlerfall des SPDs Schutz der Haupt- und Steuerphase kompakt in einem Gerät Eindeutige Statusanzeige am Überspannungsschutzgerät Erfüllt Produktnorm für Überspannungsschutzgeräte EN KEMA-Zulassung geplant Kleine kompakte Bauform

22 Referenzbeispiel DEUTSCHE BAHN Gleisfeldbeleuchtung Quelle: Deutsche Bahn AG DEHN + SÖHNE / protected by ISO [ ] / 10383_D_1

23 Zusammenfassung Einsatzdauer- und stückzahlabhängige Beobachtung von Überspannungsschäden wird in Fachkreisen offen diskutiert Reales Bedrohungspotential abhängig von Netzgröße und lokaler Einschlagdichten ist nachweisbar Anwendungen gem. Schutzklasse II, normativ begründete Stoßspannungsfestigkeiten von max. 6 kv bei Naheinschlägen sind ungenügend Prüffeldversuche begründen Notwendigkeit von Überspannungsschutzmaßnahmen, Wirksamkeit der Schutzkonzepte nachweisbar Wirtschaftlicher Einsatz der LED-Technik nur bei störungsfreiem Erreichen der vorgesehenen Betriebszeit möglich

24 DEHN schützt. Informationen zu unseren eingetragenen Marken ( Registered Trademarks ) finden Sie im Internet unter Technische Änderungen, Druckfehler und Irrtümer vorbehalten. Die Abbildungen sind unverbindlich.