Sicherheit in der Straßenbeleuchtung

Zuverlässiger Schutz vor Überspannungen

Bei der Straßenbeleuchtung können Kommunen durch den Einsatz von effizienten LED-Leuchten viel Energie einsparen. Ein Sicherheitsaspekt ist dabei zu berücksichtigen, nämlich mögliche Überspannungen zum Beispiel durch Blitzeinwirkung.

Die öffentliche Beleuchtung macht einen großen Anteil der Energiekosten in Städten und Gemeinden aus. Neue LED-Technologien bieten ein großes Einsparpotenzial gegenüber konventionellen Lichtquellen. Anders als diese werden LEDs allerdings mit niedrigen Spannungen betrieben und reagieren daher empfindlicher auf Überspannungen, ebenso wie das dazugehörige elektronische Betriebsgerät.

Ursachen für Überspannungen

• Schaltvorgänge im Versorgungsnetz oder in nahe gelegenen Industriebetrieben
• Elektrostatische Aufladungen, z. B. bei Wartungsarbeiten
• Blitzeinschlag in die LED-Straßenleuchte oder die Versorgungsleitung
• Blitzeinschlag in der Umgebung, der zu galvanischen oder induktiven Kopplungen führt

Geringe Überspannungen beeinträchtigen auch ungeschützte LED-Module kaum. Treten diese jedoch häufiger auf, kann dies schon zu Lasten der Lebensdauer der LED-Lichtquellen gehen. Starke Überspannungen wie bei einem Blitzschlag zerstören unter Umständen schnell das komplette LED-Modul oder das elektronische Betriebsgerät mehrerer LED-Straßenleuchten.

Überspannungen im Versorgungsnetz erreichen Spannungsspitzen bis zu 6 kV und wirken sich nur auf das Betriebsgerät aus. Marktübliche Betriebsgeräte haben daher für den Einsatz im Außenbereich bereits einen Überspannungsschutz von 4 kV bis 6 kV integriert und fangen diese ab.

Hauptrisiko Blitzeinschlag

Wesentlich unkalkulierbarer sind Überspannungen durch Blitzeinschläge. Sie treten vorwiegend zwischen Netzleitungen (L/N) und Erde (PE) auf und können schnell mehrere 10 kV erreichen. Dabei entsteht induzierte Spannung, die auch die umliegenden Leuchten ganzer Straßenzüge zum Ausfall bringen kann.

Schutzklassen unter der Lupe

Leuchten der Schutzklasse I sind so aufgebaut, dass alle leitenden Teile eine Verbindung zur Schutzerde haben (Schutzleiter). Ein gutes Überspannungsschutzkonzept stellt 10 kV zwischen L/N und Erde sowie 6 kV zwischen L und N sicher. Dieser Schutz ist nach IEC61000-4-5 getestet und verkraftet auch mehrfach auftretende Überspannungsereignisse. Daher empfehlen sich Leuchten der Schutzklasse I, denn nach Norm dürfen hohe Spannungen nur mit einer Schutzerde kompensiert werden. Historisch bedingt wird die Straßenbeleuchtung jedoch meistens in Schutzklasse II realisiert.

In Leuchten der Schutzklasse II sind alle spannungsführenden Teile mit einer Schutzisolierung versehen, es gibt keine definierte Verbindung zur Schutzerde. Überspannungsschutzgeräte dürfen die Schutzisolierung nach IEC61643-11 auch nicht in den sehr kurzen Zeitintervallen eines Blitzeinschlags aufheben. Daher ist ein Überspannungsschutz in Form eines Schutzleiters gegen das metallische Gehäuse bzw. Erde nicht möglich.

In Schutzklasse II unterscheidet man Leuchten mit einem Leuchtenkopf aus Metall oder aus nicht leitendem Material. Dabei empfiehlt sich zwischen Betriebsgerät und LED-Modul eine Equipotenzialverbindung (Potenzialausgleich), um Potenzialverschleppungen und damit ein Aufschwingen von Überspannungen zu verhindern. Selbst wenn der Leuchtenkopf über den Leuchtenmast mit dem Erdreich verbunden ist, kann diese Verbindung eine hohe oder undefinierte Impedanz haben und das System muss mit entsprechender Isolierung nach Schutzklasse II ausgeführt werden.

Besteht der Leuchtenkopf aus nicht leitendem Material sind alle berührbaren Teile ebenfalls aus nichtleitendem Material oder entsprechend Schutzklasse II isoliert und eine Equipotenzialverbindung ist nicht erforderlich. Schwächstes Glied ist hier das LED-Modul und es hängt vom Isolationsmaterial und dessen Dicke ab, ob eine Überspannungsfestigkeit von 10 kV erreicht werden kann. Ohne zuverlässigen Überspannungsschutz kann es zu einer vorzeitigen Alterung der Lichtquellen oder sogar zu einem Ausfall kommen.

Empfehlungen für einen zuverlässigen Überspannungsschutz

Laut ZVEI wird in aktuellen Ausschreibungen zu Straßenbeleuchtungsprojekten daher immer häufiger eine Überspannungsfestigkeit bis zu 10 kV für Leuchten der Schutzklasse II gefordert. Die beste Lösung ist allerdings, die Beleuchtung auf Schutzklasse I umzustellen. Anderenfalls gibt es hochwertige Betriebsgeräte, wie die Premium Outdoor-Driver von Tridonic für LED-Leuchten. Sie haben den üblichen Überspannungsschutz gegen Spannungsschwankungen aus dem Versorgungsnetz integriert.

Zusätzlich besteht Überspannungsschutz bis 10 kV zwischen den Netzleitungen (L und N) und Erde. Dieser Schutz ist nach IEC61000-4-5 getestet und verkraftet auch mehrfach auftretende Überspannungsereignisse. Für Regionen, die nur eine mittlere Häufigkeit von Blitzeinschlägen haben, bieten die Betriebsgeräte mit 10 kV bereits einen hohen Überspannungsschutz, der bisher nur mit einem zusätzlichen Überspannungsmodul im Leuchtenkopf erreicht werden konnte. Dies ist in Schutzklasse II Leuchten jedoch nicht mehr erlaubt.

Blitzeinschläge, die in der Umgebung in mehr als 150 m Entfernung von einer LED-Straßenleuchte auftreten, haben damit keinen Einfluss mehr auf die Betriebssicherheit des LED-Moduls. Schlägt der Blitz direkt in eine Leuchte ein und geht man von einem LED- Leuchtenabstand von 30 m aus, würden nur die ersten 5 benachbarten Leuchten ausfallen und nicht die Leuchten eines ganzen Straßenzugs.

Weitere Informationen unter:
www.tridonic.com
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