Überspannungsschutz für LED-Leuchten Gesicherte Straßenbeleuchtung

Soll eine LED-Leuchte über viele Jahre zuverlässig und effizient ihren Dienst verrichten, müssen alle Komponenten der Installation sorgfältig ausgewählt werden. Für Straßenleuchten empfiehlt sich ein fachgerechtes Blitzstrom- und Überspannungsschutzkonzept. Der Nutzen ist vielfältig.

von Andreas Schamber, Produktmanager Power Protection bei Phoenix Contact.

Energieeffizienz und Langlebigkeit sind die Hauptvorteile der LED-Technik. So wird diese Technik auch zunehmend in Straßenleuchten eingesetzt, die wegen der zahlreichen verbauten Halbleiterbauelemente allerdings sensibler auf Überspannung reagieren. Ein wirksames Schutzkonzept erhöht die Verfügbarkeit und mit einer zertifizierten Lösung spart der Leuchtenhersteller Kosten ein bei der Zulassung.

Heute können LED-Mastleuchten spannungsfest bis zu 8 kV gebaut werden und die Leuchtenhersteller versuchen bis zu diesem Wert Überschläge zu vermeiden. In der Praxis wird der Wert jedoch erheblich überschritten. 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 zerstört werden. Daher kommt man auch bei der Straßen- und Objektbeleuchtung an einem umfassenden Überspannungsschutzkonzept nicht vorbei.

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

Aufgrund ihrer meist 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 wirksame Schutzeinrichtungen kann sich der Blitzstrom schnell in der gesamten Installation verteilen und große Schäden anrichten. Zudem erzeugen die Blitzeinschläge am Einschlagsort Spannungstransienten von mehreren tausend Volt. Schlägt ein Blitz etwa in ein Gebäude mit einem äußeren Blitzschutz ein, oder auch in einen Baum in der Umgebung, wird das Erdpotenzial angehoben (Bild 1).

Wird die Isolationsfestigkeit der Komponenten überschritten, schlägt die Isolation an der schwächsten Stelle durch. Ob die Isolation am elektronischen Gerät, am LED-Modul, an der Versorgungsleitung oder vielleicht am Kabelübergangskasten beschädigt ist, lässt sich oft erst bei der routinemäßigen Prüfung feststellen. Bei Isolationsfehlern besteht zudem Gefahr für Leib und Leben, im ungünstigen Fall können Personen beim Berühren metallischer Teile – beispielsweise am Leuchtenmast – einen Stromschlag erleiden.

Auch durch kapazitive oder induktive Einkopplung in eine Versorgungsleitung können Überspannungen entstehen; verantwortlich dafür ist der fließende Blitzstrom zu Erde. So erzeugt beispielsweise ein Stromfluss in den Ableitungen vom äußeren Blitzschutzsystem ein elektromagnetisches Feld um sich herum, das wiederum Überspannungen in die parallel verlaufende Versorgungsleitung induziert. Auch bei einem direkten Blitzeinschlag in den Baum ist mit derartigen Effekten zu rechnen – dann fällt unter ungünstigen Umständen die Straßenbeleuchtung aus.