Überspannungsschutz in der Außenbeleuchtung: warum 10 kV

Woher Überspannungen kommen

Eine Überspannung ist eine kurze Spitze von einigen hundert bis mehreren tausend Volt auf einem 230-V-Netz. Außenbeleuchtung ist davon deutlich stärker betroffen als eine Leuchte im Büro, aus drei Gründen: Die Kabelstrecken sind lang, die Lichtmasten bestehen aus Metall und sie stehen meist am höchsten und offensten Punkt eines Geländes.

Die beiden wichtigsten Quellen:

• Gewitter. Ein Direkteinschlag ist selten, aber ein Einschlag in der Nähe induziert in einer Kabelstrecke von einigen hundert Metern schnell mehrere Kilovolt. Je länger das Kabel und je offener das Gelände, desto höher die Spitze.
• Schaltüberspannungen. Das Ein- und Ausschalten großer Motoren, Kompressoren, Kondensatorbatterien oder eines ganzen Beleuchtungsstromkreises auf einmal erzeugt Spitzen von einigen hundert Volt bis zu wenigen Kilovolt. Sie treten weit häufiger auf als Gewitter, und der Schaden summiert sich.

Auch der Netzbetreiber selbst verursacht Spitzen, etwa beim Umschalten im Mittelspannungsnetz. Eine Leuchte am Ende eines langen Straßenbeleuchtungskreises sieht jede dieser Spitzen vorbeikommen.

Warum der Treiber zuerst ausfällt

Das LED-Modul selbst ist robust. Die Schwachstelle ist der Treiber: Brückengleichrichter, Schalt-MOSFET und die Elektrolytkondensatoren am Eingang vertragen eine Spitze von einigen Kilovolt höchstens wenige Mikrosekunden. Eine einzelne schwere Spitze zerstört den Treiber sofort; eine Reihe kleiner Spitzen schädigt die Bauteile Schritt für Schritt.

Typische Anzeichen für Überspannungsschäden sind eine Leuchte, die nach einer Gewitternacht dunkel bleibt, ein Treiber, der im Sommer ausfällt, während die Sicherung intakt ist, Flackern beim Einschalten sowie mehrere Leuchten im selben Stromkreis, die innerhalb weniger Wochen nacheinander ausfallen. Letzteres deutet fast immer auf Überspannung hin.

So arbeitet der Überspannungsableiter in der Leuchte

Ein SPD (Surge Protective Device, Überspannungsableiter) ist ein kleines Modul zwischen Netzanschluss und Treiber. Es besteht aus Varistoren und meist einem Gasableiter. Bei normaler Spannung lassen sie nichts durch; steigt die Spannung über einen Schwellenwert, werden sie innerhalb von Nanosekunden leitend und leiten die Spitze ab. Varistoren zwischen L und N fangen die Spitze im Differential Mode ab, die Verbindung zu PE fängt die Spitze im Common Mode zwischen Versorgungsleitung und Erde ab.

Entscheidend ist das Verhalten am Lebensdauerende. Jede abgeleitete Spitze nutzt den Varistor etwas ab. Ein guter Ableiter schaltet die Leuchte am Ende seiner Lebensdauer ab, damit die Störung sichtbar wird und Sie das Modul ersetzen. Ein Ableiter, der still durchbrennt, lässt die nächste Spitze ungehindert zum Treiber durch.

Ein Treiber ohne separaten Ableiter hat meist einen eingebauten Schutz von 2 bis 4 kV. Das reicht in Innenräumen, aber nicht auf einem Lichtmast.

4, 6 oder 10 kV: welche Klasse für welchen Ort

Die Klasse eines Ableiters ergibt sich aus der Prüfung nach IEC 61000-4-5: eine Spannungswelle von 1,2/50 µs mit einer zugehörigen Stromwelle von 8/20 µs. Da der Prüfgenerator eine Impedanz von 2 Ohm hat, gehören die Werte paarweise zusammen: 4 kV/2 kA, 6 kV/3 kA und 10 kV/5 kA.

• 4 kV: Innenbeleuchtung in Büros, Läden und Hallen an einer kurzen, geschirmten Installation. Hallenstrahler wie ATRIA hängen unter einem Dach an einem kurzen Stromkreis.
• 6 kV: Fassadenbeleuchtung und Geländebeleuchtung nahe am Gebäude, wo das Kabel kurz ist und ein Verteiler mit Ableiter Typ 2 in der Nähe sitzt.
• 10 kV: Straßenbeleuchtung, Parkplätze, Gewerbegebiete und Sportplätze. Lange Kabelstrecken, Lichtmasten von 4 bis 6 Metern im offenen Gelände und ein Verteiler, der hunderte Meter entfernt steht.

Deshalb sind die Straßenleuchten von VIA mit 10 kV Überspannungsschutz ausgestattet, in Schutzart IP66 und neigbar auf einem Zopfmaß von 60 mm. Fluter auf einem Mast, etwa FLUX auf einem Parkplatz oder Sportplatz, stehen unter denselben Bedingungen; prüfen Sie im Datenblatt die Klasse der Leuchte und ergänzen Sie bei Bedarf einen Ableiter im Mastanschlusskasten oder im Verteiler.

Erdung des Mastes und Mastanschlusskasten

Ein Ableiter leitet Energie ab, und diese Energie muss irgendwohin. Ohne einwandfreien Erdungsweg arbeitet nur der Schutz zwischen L und N. Bei einer Leuchte der Schutzklasse I auf einem Stahlmast wie TURRIS verläuft der Erdungsweg über den PE-Leiter des Versorgungskabels, die Erdungslitze an der Masttür und den Mastanschlusskasten. Prüfen Sie bei der Montage, ob diese Verbindungen tatsächlich hergestellt sind; eine lose Erdungslitze ist ein häufiger Fehler.

Die Mastanschlusskästen von NEXUS sind mit Erdungslitzen und einer oder zwei Sicherungen je Mast ausgestattet. Diese Sicherungen schützen vor Kurzschluss, nicht vor Überspannung: Eine Spitze von Mikrosekunden ist längst vorbei, bevor eine Sicherung reagiert. Die wirksame Kombination ist ein Ableiter Typ 2 im Verteiler am Anfang des Stromkreises und 10 kV in jeder Leuchte am Ende. So wird die Energie in zwei Stufen abgebaut.

Arbeiten Sie in einer Installation der Schutzklasse II ohne PE, wie bei vielen öffentlichen Beleuchtungsanlagen, schützt der Ableiter nur zwischen L und N. Das ist nach wie vor die häufigste Spitze, daher sind 10 kV auch dort sinnvoll.

Was Sie nach einer Störung durch Überspannung tun

• Notieren Sie Datum, Uhrzeit und Wetter. Ein Gewitter in der Nähe lässt sich später leicht nachschlagen und macht die Ursache plausibel.
• Prüfen Sie den gesamten Stromkreis, nicht nur die dunkle Leuchte. Überspannung trifft meist mehrere Masten gleichzeitig.
• Schalten Sie den Stromkreis spannungsfrei und messen Sie den Isolationswiderstand des Kabels bei abgeklemmten Leuchten. Messen Sie niemals mit 500 V an einem angeschlossenen Treiber oder Ableiter.
• Ersetzen Sie ein ausgelöstes Ableitermodul und prüfen Sie den Treiber. Ist der Ableiter unbeschädigt und der Treiber defekt, war die Spitze vermutlich zu groß für die Klasse oder kam über einen anderen Weg herein.
• Prüfen Sie Erdungslitze und PE-Anschluss im Mastanschlusskasten, bevor Sie den Stromkreis wieder einschalten.

Fällt ein Stromkreis bei jedem Gewitter aus, ist der Schutz nicht in Ordnung. Lassen Sie dann den Verteiler auf einen Ableiter Typ 2 prüfen und ersetzen Sie Leuchten ohne 10 kV an den äußersten Masten zuerst.

Häufige Fragen