Schaltungsschutz

Ein Stromkreisschutz sorgt für eine höhere LED-Lichtqualität

| Autor / Redakteur: Todd Phillips * / Hendrik Härter

LED schützen: Ein Electrical Overstress kann beispielsweise durch ein Gewitter ausgelöst werden. Wie man seine Leuchten schützen kann, lesen Sie im Text.
LED schützen: Ein Electrical Overstress kann beispielsweise durch ein Gewitter ausgelöst werden. Wie man seine Leuchten schützen kann, lesen Sie im Text. (Bild: trendobjects/Fotolia.com)

Ob für die Innen- oder Außenbeleuchtung: Die LED bietet viele Vorteile. Allerdings sind Schutzkomponenten notwendig. Wir zeigen, worauf beim Thema Stromkreisschutz zu achten ist.

Woran misst sich Lichtqualität? Zu den wichtigsten Gütekriterien zählen Langlebigkeit, Robustheit, Sicherheit und Energieeffizienz. Vor allem in Privathaushalten legen die Bewohner Wert darauf, dass die Beleuchtung möglichst wenig Wartungsaufwand verursacht und die Energiekosten nicht in die Höhe schießen. Denn unabhängig davon, ob es um Privathaushalte, Unternehmen oder Städte geht: Die Beleuchtung stellt einen Großteil der Energiekosten dar [1] – ein Grund, warum sich die LED in zahlreichen Anwendungen zunehmender Beliebtheit erfreut. Laut Statista ist der Umsatz im europäischen LED-Markt von 2011 von einer Mrd. auf neun Mrd. im Jahr 2016 gestiegen und soll bis 2020 14 Mrd. Euro erreichen [2].

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Eine elektrische Überlastung vermeiden

Doch woher wissen die Kunden, wie lange ihre LED-Leuchten halten? Hersteller geben hierzu häufig eine L70-Spezifikation an. Das kann ein guter Vergleichswert sein, jedoch bedeutet höher nicht immer besser. Den Wert richtig deuten zu können ist Voraussetzung, um eine fundierte Entscheidung treffen zu können. Der Wert L70 gibt die Anzahl der Stunden an, in denen eine Leuchte mindestens 70 Prozent ihres Ausgangslichtstromes liefert. Bestimmt wird der Wert durch Tests oder durch eine Kombination aus Test und Berechnung. Ein reiner Test nimmt zu viel Zeit in Anspruch. Da allerdings die Prüf- und Berechnungsmethoden je nach Hersteller unterschiedlich spezifiziert sind, wurden die LM-80- und TM-21-Tests eingeführt, um die Einstufungen nach L70 zu standardisieren.

LEDs auf Electrical Overstress (EOS) prüfen

Die Testverfahren bieten einen guten Vergleichswert für die natürliche Verschlechterung der LEDs. Allerdings liefern sie keinen Hinweis darauf, wie die Leuchte auf Electrical Overstress = EOS reagiert. Bei EOS handelt es sich um eine unbemerkte Überlastung oder gar Zerstörung elektronischer Bauteile, die in Form induktiver Lastspitzen beim Ein- und Ausschalten von Motoren auftreten. Auch unregelmäßig, wie beispielsweise bei Blitzeinschlägen, können EOS auftreten. Die Größe des EOS variiert je nach Endanwendung. Daher ist es wichtig, IEC- und IEEE-Normen zur Störfestigkeit gegen Stoßspannungen für verschiedene Anwendungen anzugeben.

Innenleuchten werden in der Regel getestet nach IEC 61000-4-5, Klasse 3, oder IEEE C62.41.2-2002, Standortkategorie B, und Außenleuchten nach IEC 61000-4-5, Klasse 4, und IEEE C62.41.2-2002, Standortkategorie C hoch. Beim Einsatz der IEEE-Normen ist allerdings zu beachten, dass sie zwar die Prüfniveaus, jedoch nicht die Häufigkeit beschreiben, mit der geprüft werden soll. In Europa existiert zwar bisher kein einheitlicher Standard, der diese Lücke füllt, jedoch bietet die Norm ANSI C136.2-2015, die in Nordamerika und anderen Teilen der Welt weit verbreitet ist, hier eine gute Referenz. In Kombination können L70 und die genannten Testverfahren und Normen am besten einen Hinweis darauf geben, wie lange die Leuchte halten wird.

Ein weiteres Gütekriterium für ein LED-Leuchtmittel ist die Lichtfarbe. Bei diesem Kriterium sind die LED-Leuchten besonders flexibel. Sie bieten beispielsweise Lichtdesignern, Architekten und Anwendern ein hohes Maß an kreativer Freiheit bei der Auswahl des passenden Lichts für jede Umgebung. So können sie beispielsweise für die Beleuchtung in einem Park oder einer Strandpromenade, wo es auf eine natürliche gelbe Lichtfarbe ankommt, die den Tag-Nacht-Rhythmus für Pflanzen und Tiere nicht stört, andere Lichtfarben einsetzen als in einer Fabrik- oder Lagerhalle, in der Licht vorrangig eine Sicherheitsfunktion erfüllt. Hier empfehlen sich eher Blautöne, welche die Arbeitsumgebung möglichst effizient ausleuchten.

Damit LED-Lampen diese Stärken ausspielen können, sind Schutzkomponenten im Stromkreis unverzichtbar. Denn die sensible Elektronik in den Leuchtdioden ist anfälliger für Gefahren wie Überspannungen als ältere Lichttechnologien. Besonders wichtig wird der Stromkreisschutz, wenn die Leuchten mit weiteren Funktionen verknüpft werden, die über die eigentliche Beleuchtung hinausgehen. Mit Sensoren bestückt, können LED-Leuchten in Smart-Home-Konzepte integriert und zur Datenübertragung in sogenannten Li-Fi-Netzen genutzt werden.

Sechs-Punkte-Plan zum passenden Stromkreisschutz

Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten, die einen Stromkreisschutz bieten. Bei der Auswahl empfiehlt es sich, nach folgenden sechs Schritten vorzugehen:

  • Welche Risiken gibt es in der Umgebung, in der die LED-Leuchten installiert werden (innen oder im Freien oder in der Nähe zum Hauptstromnetz)?
  • Wie oft können die Risiken auftreten und wie lange soll die Lichtinstallation standhalten?
  • Welche Anforderungen stellen öffentliche Stellen an die Lichtinstallation? Welche Standards müssen eingehalten werden?
  • Wie robust muss die LED gegenüber den genannten Risiken sein? Wie lang sollen die Leuchten eingesetzt werden?
  • Auswahl der Komponenten, die diesen Schutz bieten.
  • Tests der Schutzkomponenten im tatsächlichen Design, um sicherzugehen, dass die richtigen Komponenten ausgewählt wurden.

Wählen Anwender die Komponenten für den Stromkreisschutz anhand der genannten Kriterien aus, so können die Anwender in puncto Langlebigkeit, Robustheit, Energieeffizienz und Designfreiheit bei der Auswahl individueller Lichtfarben die Vorteile der LEDs auskosten, ohne dafür ein höheres Risiko aufgrund von Überspannungen in Kauf nehmen zu müssen.

Referenzen

[1] https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=99&t=3 (abgerufen am 26.4.2017)[2] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/151079/umfrage/prognostizierter-umsatz-fuer-led-lampen-auf-dem-europaeischen-markt/ (abgerufen am 26.4.2017)[3] http://www.elektronikpraxis.vogel.de/opto/articles/481302/ (abgerufen am 26.4.2017)

* Todd Phillips ist bei Littelfuse für das Global Marketing Elektronik verantwortlich.

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