Tobias Kerschensteiner, DEHN+SÖHNE GmbH + Co.KG. Überspannungsschutz für die LED-Straßenbeleuchtung Ursachen und Gründe von Schäden Erfahrungen aus der Praxis Lösungsmöglichkeiten Straßen- und Außenbeleuchtung 2016
Referent Tobias Kerschensteiner Key Account Energieversorger Vertrieb Deutschland DEHN + SÖHNE GmbH + CO.KG. Hans-Dehn-Str. 1 92318 Neumarkt Tel.: +49 9181 906-1474 FAX: +49 9181 906-551474 tobias.kerschensteiner@dehn.de www.dehn.de
Gefährdung durch Blitze in Deutschland ca. 2 Mio. Blitzereignisse pro Jahr elektrisch leitende Systeme Quelle: BLIDS, Siemens AG, Auswertung 2000-2010 22.05.14 / 1320_D_1
Blitzgefährdung von Straßenbeleuchtung Abstand 1 m 30 m 60 m 90 m 120 m 150 m 180 m 210 m 240 m 270 m 300 m Spannung zu ferner Erde in kv 3185 kv 106 kv 53 kv 35 kv 27 kv 21 kv 18 kv 15 kv 13 kv 12 kv 11 kv 01.10.14 [20140814] / 9346_D_1
Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Praxisbeispiel: Mischbetrieb LED/konventionelle Leuchtentechnologie kv 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00 0,0 ms 10,2 ms/div SEMP = Switching Elektromagnetic Pulse elektromagnetischer Schaltimpuls Kabelverteiler Trafostation 16.12.15 [20150129] / 9790_D_1
Schadensbeispiel in Nürnberg Juni 2016 Indirekte Blitzauswirkungen Auswertung durch den Blitzortungsdienst Blids von SIEMENS Quelle: Stadt Nürnberg 24.06.16 [20160624] / 10382_D_1
Schadensbeispiel in Nürnberg Juni 2016 Indirekte Blitzauswirkungen Quelle: Stadt Nürnberg 24.06.16 [20160624] / 10382_D_2
Schadensbeispiel in Nürnberg Juni 2016 Indirekte Blitzauswirkungen Quelle: Stadt Nürnberg 24.06.16 [20160624] / 10382_D_3
LED Technik sensible Baugruppen LED Module tragen Leuchtdioden auf einer Platine Stromversorgung und Steuerung erfolgen über elektronische Treiberschaltungen Optionen wie Lichtstromabsenkung, Timerfunktionen und Dimmbarkeit sind möglich Zu Grunde liegende Normen für Leuchtmittel u. a. DIN EN 60598-1 und -2 Ausführung gem. Schutzklasse II, damit max. Stoßspannungsfestigkeit 6 kv, 1,2/50 µs LED Außenleuchte = komplexe elektronische Schaltung in exponierter Position 27.04.16 [20160427] / 10293_D_1
LED Technik sensible Baugruppen Höhere Empfindlichkeit gegen Überspannung im Vergleich zu konventionellen Leuchten Insbesondere gilt dies auch für die Treiberschaltungen Laboruntersuchungen zeigen die begrenzte reale Spannungsfestigkeit bei Blitz- und Überspannungsereignissen Ausarbeitung von Überspannungsschutzkonzepten Entwicklung spezieller Schutzgeräte Wirtschaftlicher Einsatz der LED Technik nur bei Erreichen der vorgesehenen Betriebszeit möglich 27.04.16 [20160427] / 10293_D_2
LED Technik Herstellerhinweise zum Überspannungsschutz Quelle: OSRAM; https://www.osram.de/media/resource/hires/612094/berspannungsschutz-fr-led-straenbeleuchtung-de.pdf; 26.04.16 27.04.16 [20160427] / 10294_D_1
LED Technik Herstellerhinweise zum Überspannungsschutz Quelle: OSRAM; https://www.osram.de/media/resource/hires/612094/berspannungsschutz-fr-led-straenbeleuchtung-de.pdf; 26.04.16 27.04.16 [20160427] / 10294_D_2
Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Zusätzlichen Ableiter an diese Stelle 27.04.16 [20140822] / 9380_D_3
Überspannungsschutzbeschaltung Einbauort B: Verteiler B 3 4 Maßnahme berücksichtigt direkte Blitzströme bis 50 ka Summenstrom 10/350 über das Verteilnetz Maßnahme berücksichtigt nur indirekte Blitzauswirkungen über das Verteilnetz 3 4 3 4 DEHNshield Typ DSH TT 255 Art.-Nr.: 941 310 Typ DSH TNS 255 Art.-Nr.: 941 400 oder Typ DSH TNC 255 Art.-Nr.: 941 300 DEHNguard modular Typ DG M TT 275 Art.-Nr.: 952 310 Typ DG M TNS 275 Art.-Nr.: 952 400 oder Typ DG M TNC 275 Art.-Nr.: 952 300 25.11.15 / 8329_D_3
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! 10.11.15 / 6874_D_5
Anwendungskonflikt Varistor Funkenstrecke Spannungsbetrachtung Varistor spannungsbegrenzend Überlastung des Endgeräts Funkenstrecke spannungsschaltend keine Überlastung des Endgeräts rot = Ansprechverhalten blau = Prüfimpuls 1,2/50 für Endgeräte gem. DIN EN 61000-4-5 14.03.16 / 8112_D_1
Anwendungskonflikt Varistor Funkenstrecke Vergleich Koordinationsverhalten Typ 1 SPD auf Varistorbasis Gesamtstrom Strom durch Typ 1- Ableiter (Varistor) Strom durch Endgerätevaristor Stromfluss durch das Endgerät während der gesamten Dauer des 10/350 µs Stoßstroms Energetische Überlastung oder sogar Zerstörung des Endgeräts Typ 1 SPD auf Funkenstreckenbasis Gesamtstrom Strom durch Typ 1-Ableiter (Funkenstrecke) Strom durch Endgerätevaristor 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. 14.03.16 / 8070_D_4
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 230 / 400 V 255 V 25 / 50 ka 12,5 ka 1,5 kv 25 ka eff max. netzseitiger Überstromschutz 160 A gl/gg DEHNshield Art.-Nr. Typ DSH TT 255 941 310 Typ DSH TNS 255 941 400 Typ DSH TNC 255 941 300 13.11.15 [20151113] / 10096_D_1
Praktischer Aufbau eines Straßenbeleuchtungssystems Einbauort: A+C: Leuchte + Kabelübergangskasten 1 2 1 DEHNcord 1P Typ DCOR L 1P 275 Art.-Nr.: 900 431 2 DEHNcord Typ DCOR L 3P 275 SO LTG Art.-Nr.: 900 445 17.12.15 [20140822] / 9380_D_4
Abhängigkeit Stoßstrombelastung bzw. Spannungsfestigkeit [ka] Stoßstrombelastung Spannungsfestigkeit [kv] *typische Spannungsfestigkeit Handelsüblicher LED-Leuchten *einfache externe Schutzbeschaltungen 13.11.15 [20141013] / 9470_D_1
DEHNcord zum Schutz der LED-Straßenbeleuchtung Mehrpoliger Überspannungsableiter Typ 2 mit Überwachungseinrichtung und Abtrennvorrichtung DEHNcord 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 61643-11 KEMA - Zulassung DEHNcord Art.-Nr. Typ DCOR L 3P 275 SO LTG mit Schutz der Steuerphase Typ DCOR L 2P 275 SO LTG ohne Schutz der Steuerphase 900 445 900 446 16.12.15 [20151113] / 10098_D_1
Systemlösung: EK480 mit integriertem Überspannungsschutz DEHNcord L 3P Typ DCOR L 3P 275 SO LTG Art.-Nr.: 900 445 17.12.15 [20151113] / 10099_D_2
DEHNcord Technische Daten Prinzipschaltbild Typ DCOR LTG Typ DCOR IP Maßbilder 01.12.15 [20151126] / 10105_D_1
Indirekte Mastanbindung über den integrierten Gasableiter im Überspannungsableiter DEHNcord TN-C-System Verschaltungsvariante in Kombination mit Sicherungskasten EK480 Keine Korrosionsströme Keine Personengefährdung bei unzureichenden Erdungsverhältnissen im Fehlerfall Verbindung zur Leuchte KÜG SPD Mast L L ST PEN
DEHNcord Typ DCOR L.. IP Produktmerkmale mehrpoliger Überspannungsableiter Typ 2 mit Überwachungseinrichtung und Abtrennvorrichtung universell einsetzbar außerhalb und innerhalb eines Kabelübergangskastens jeglicher Fabrikate oder eines LED-Leuchtenkörpers Möglichkeit zur Abschaltung der Leuchte bei defektem Überspannungsschutz Schutz der Steuerphase zweifache optische Defektanzeige für den Ableitpfad der Versorgungsspannung und der Steuerphase Angepasste Bauform zur Einverdrahtung in alle Arten von Kabelübergangskasten (Sicherungskästen) durch Schutzart IP 65 direkt im Mast DEHNcord DEHNcord Art.-Nr. Typ DCOR L 3P 275 SO IP mit Schutz der Steuerphase Typ DCOR L 2P 275 SO IP ohne Schutz der Steuerphase 900 447 900 448 27.04.16 [20160427] / 10298_D_1
Überspannungs-Ableiter DEHNcord als Nachrüstvariante in Bauart IP65 L N PE DEHNcord Typ DCOR L 3P 275 SO IP Art.-Nr.: 900 447 Alternativ: Typ DCOR L 2P 275 SO IP Art.-Nr.: 900 448 TN-S System TN-C System L PEN 27.04.16 [20160427] / 10298_D_2
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
I M P R E S S U M 14. Fachtagung Straßen- und Außenbeleuchtung 2016 15. bis 16. November 2016, Warnemünde Veranstalter und Herausgeber EW Medien und Kongresse GmbH Kleyerstraße 88 60326 Frankfurt am Main www.ew-online.de Ansprechpartner/in Birgit Hintze E-Mail: birgit.hintze@ew-online.de November 2016 Copyright: Sämtliche Texte, Bilder und andere veröffentlichten Informationen sind urheberrechtlich geschützt und unterliegen dem Copyright von EW Medien und Kongresse GmbH. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung von EW Medien und Kongresse GmbH unzulässig und strafbar. Das gilt vor allem für Vervielfältigungen in jeglicher Form, Übersetzung, die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, sowie Verlinkung, Weiterleitung per Mail oder Verbreitung auf Websites oder im Intranet.