Überspannungsfestigkeit von LED-Leuchten

Überspannungen sind für die Elektronik in der Außenbeleuchtung ein Unsicherheitsfaktor. Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass es Lösungsansätze gibt und dass die Produkte besser werden. Das Problem ist allerdings noch nicht gelöst. Ein wichtiger Schritt für mehr Betriebssicherheit ist die faire Qualitätsprüfung von Produkten.

Ausgangssituation

Elektronische Betriebsmittel wie zum Beispiel LED-Leuchten stellen die Betreiberinnen und Betreiber von Beleuchtungsanlagen vor neue Herausforderungen. Eine davon ist die Widerstandsfähigkeit gegen Überspannungen. Diese ist für die Betriebssicherheit von Anlagen besonders wichtig.

Für die Abteilung Wien leuchtet (MA 33), mit rund 159.000 Lichtpunkten die größte Betreiberin von Beleuchtungsanlagen im öffentlichen Raum in Österreich, ist die Betriebssicherheit bei Unwettern (Blitz, statische Aufladungen) die Voraussetzung für den flächendeckenden Einsatz von LED-Leuchten.

Bekannte Ursachen für Ausfälle

Der Themenkomplex Überspannungen ist vielfältig. Derzeit sind folgende Ursachen für Ausfälle von elektronischen Betriebsmitteln bekannt:

• Direkter Einschlag in die Versorgungsleitung, eine Leuchte oder in einen Lichtmast
• Indirekter Einschlag (galvanische Kopplung, induktive Kopplung et cetera)
• Überspannungen aus dem Versorgungsnetz: Abhängig vom Netzaufbau gibt es Fehler wie Schaltüberspannungen aus dem Netz des Energieversorgungs-Unternehmens und Fehler, die im Wirkungsbereich der Betreiberin beziehungsweise des Betreibers einer Beleuchtungsanlage liegen. Beispiele: Eine Neutralleiter-Unterbrechung oder ein prellender Schütz (Induktionsspannungen durch verlustarme Vorschaltgeräte (VVG), die sich in gemischten Anlagen auf elektronische Vorschaltgeräte (EVG) auswirken)
• Elektrostatische Aufladungen (ESD - Electrostatic Discharge) bei isoliert montierten Betriebsmitteln: Das ist beispielsweise der Fall, wenn eine LED-Leuchte mit Metallgehäuse in einer Seilverspannung oder auf einem Kunststoffmast montiert ist.

Eine Besonderheit ist, dass die Effekte Nummer 1, 2 und 4 auch bei ausgeschalteter Beleuchtung zu Ausfällen führen. Die Ursache liegt im Aufbau der Schaltung. Wie bei den meisten Schaltungen wird auch in der öffentlichen Beleuchtung einpolig geschaltet. Das heißt, dass nur der Außenleiter unterbrochen wird.

Prüfung von Betriebsmitteln

Öffentliche Auftraggeberinnen und Auftraggeber sind verpflichtet, Forderungen, die bei einer Ausschreibung gestellt werden, auch zu prüfen. Die Abteilung Wien leuchtet hat sich intensiv mit den Problemstellungen beschäftigt und in den vergangenen Jahren, nicht zuletzt durch die LED-Beleuchtung auf der Donauinsel und andere Versuchsstrecken, viel Erfahrung gesammelt. Die Energie Graz hat testweise aufgestellte LED-Leuchten denselben Prüfungen unterzogen wie die Stadt Wien.

Im Auftrag von Wien leuchtet hat das Austrian Institute of Technology (AIT), das über ein akkreditiertes Hochspannungslabor verfügt, Hochspannungsprüfungen durchgeführt. Die TU Graz hat sich im Auftrag der BetreiberInnen-Plattform LTG Österreich besonders mit dem Effekt "Indirekter Einschlag" beschäftigt. Aus den gemeinsamen Untersuchungsergebnissen ist eine Prüfmethode hervorgegangen, die zukünftig bei Beschaffungsverfahren angewandt wird.

• Studie der TU Graz: 2 MB PDF
• Hochspannungsprüfung von LED-Leuchten (Zusammenfassung): 780 KB PDF

Folgerungen aus den Prüfungsergebnissen

Die Ergebnisse der Prüfung decken sich im Wesentlichen mit den Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz. Überspannungsschutz-Einrichtungen funktionieren nur, wenn das gesamte System aufeinander abgestimmt ist.

Im Detail bedeutet das, dass die Leuchten mit ihren Einzelkomponenten mit den Rahmenbedingungen der gesamten Beleuchtungsanlage abgestimmt sein müssen. Ebenso muss die Funktion der gelieferten Leuchten von der jeweiligen Lieferfirma für den vorgesehenen Einsatzbereich bestätigt werden. Beispielsweise konnte bei einem geprüften Produkt der zusätzlich eingebaute Überspannungsschutz nicht schützen, da es bereits vorher zu einem Überschlag zwischen der LED-Platine und deren Befestigungsschrauben kam.

Die Prüfung der Qualität von angebotenen Produkten wird für die Abteilung Wien leuchtet immer wichtiger. Bei jeder Änderung an bereits geprüften Produkten (neuer Treiber, neue LED-Platine, geänderte Verdrahtung et cetera) können neue Fehler auftreten, die im ungünstigsten Fall unerkannt bleiben.