Wie lassen sich LEDs gegen Überspannung schützen?

Manchmal kommt es durch Blitzeinschläge oder andere Phänomene zu einer Überspannung bei Ihrer LED-Beleuchtung. LEDs können jedoch durch verschiedene Maßnahmen vor Überspannung geschützt werden. In diesem Blogartikel stellen unsere Lichtexperten Ihnen die möglichen Optionen vor, erklären was es mit der Überspannung auf sich hat und geben Ihnen hilfreiche Tipps zur Vermeidung.

Die Hauptvorteile von LEDs sind ihre Energieeffizienz und die lange Lebensdauer. Ein Nachteil ist jedoch, dass die verwendeten elektronischen Bauteile empfindlicher auf Überspannungen reagieren als bei herkömmlichen Leuchtmitteln - vor allem LED-Außenleuchten sind oftmals betroffen. Ein effektives Schutzkonzept ist entscheidend, um die Funktion der Beleuchtung zu gewährleisten und frühzeitige Ausfälle zu verhindern. Eine kompakte und zeitsparende Anschlusstechnik trägt zusätzlich zu einer kostengünstigen Installation bei.

LED-Lichtlösungen sind grundsätzlich auf Energieeffizienz optimiert. Daher kommen elektronische Komponenten zum Einsatz, die elektrische Energie mit minimalen Verlusten in Licht umwandeln. Aufgrund ihrer geringeren Störfestigkeit sind diese Bauteile besonders anfällig für Störimpulse. Da solche unerwarteten Störungen oft deutlich über die Toleranzgrenze der Komponenten hinausgehen, können sie unter Belastung geschädigt oder sogar zerstört werden.

Wie kommt es zu diesen Störimpulsen?

Die Ursache für Störimpulse sind die im Stromnetz auftretenden Stoßströme und Überspannungen, die durch direkte und indirekte Blitzeinschläge verursacht werden. Auch transiente Überspannungen (mehr dazu gleich), die durch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz entstehen, tragen dazu bei. Zwar sind Blitzeinschläge in einigen Regionen selten, aber aufgrund des hohen Energiegehalts können sie den LEDs erheblich schaden. Überspannungen entstehen durch direkte Blitzeinschläge in die Leuchte oder in die Überlandleitung, alternativ durch indirekte Blitzeinwirkungen, etwa durch Erdrückkopplung oder induktive Einkopplung in das Lichtsystem.

Bei einem direkten Blitzeinschlag, beispielsweise in einer LED-Straßenleuchte oder in ein Gebäude, kann im schlimmsten Fall die gesamte LED-Beleuchtung ausfallen, da die Leuchten über das Stromnetz miteinander verbunden sind. Ohne geeignete Schutzeinrichtungen kann sich der Blitzstrom schnell über die gesamte Installation ausbreiten und große Schäden verursachen. Blitzeinschläge erzeugen außerdem am Einschlagsort Spannungsspitzen von mehreren tausend Volt. Wenn ein Blitz z.B. in ein Gebäude mit äußerem Blitzschutz oder in einen nahegelegenen Baum einschlägt, wird das Erdpotential erhöht. Dadurch entsteht eine erhebliche Potentialdifferenz zu den geerdeten Teilen, die mehrere tausend Volt betragen kann. Dies übersteigt die Spannungsfestigkeit der LED-Komponenten und führt zu Isolationsüberschlägen in der Installation oder in den eingebauten elektronischen Bauteilen.

So lassen sich LEDs gegen Überspannung schützen

Diese sechs Möglichkeiten stehen Ihnen zur Verfügung, um Ihre LEDs vor Überspannung zu schützen und Ihre Lebensdauer zu erhöhen:

Serienwiderstand: Ein Widerstand in Serie zur LED-Beleuchtung kann dabei helfen, den Stromfluss zu begrenzen und so die LEDs vor Schäden durch Überspannung zu schützen. Der Widerstand wird so dimensioniert, dass bei der maximal zu erwartenden Spannung der Strom durch die LED-Leuchten innerhalb des sicheren Bereichs bleibt.

Zener-Diode: Eine Zener-Diode wird parallel zu den LEDs geschaltet. Sie leitet bei Überschreitung einer bestimmten Spannung (Zenerspannung) den Strom um die LEDs herum, wodurch sie vor Überspannung geschützt werden.

Transienten-Spannungsunterdrückung (TVS-Diode): TVS-Dioden sind speziell dafür entwickelt, vor transienten Überspannungen (Spannungsspitzen) zu schützen. Sie werden parallel zur LED-Beleuchtung geschaltet und absorbieren die Energie von Spannungsspitzen.

Varistor (VDR - Voltage Dependent Resistor): Ein Varistor hat einen nichtlinearen Widerstand, der bei steigender Spannung stark abnimmt. Dadurch kann der Varistor bei Überspannung Strom ableiten und somit die LED-Beleuchtung schützen.

Schutzschaltung mit MOSFET: Eine Schutzschaltung mit einem MOSFET kann so angelegt werden, dass die LEDs bei Überschreitung einer bestimmten Spannung abgeschaltet werden. Diese Art des Schutzes ist sehr effektiv, aber auch aufwändiger zu realisieren.

Spannungsregler: Ein Spannungsregler wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Spannung, die die LEDs erreichen, immer im sicheren Bereich liegt, unabhängig von Schwankungen in der Eingangsspannung.

Worauf sollte beim Kauf von Überspannschutz geachtet werden?

Auf dem Markt gibt es viele Hersteller für Überspannungsschutz. Bei der Auswahl der geeigneten Produkte sollten Sie folgende Punkte im Hinterkopf behalten:

Ein hochwertiger Überspannungsschutz sollte nach der Norm IEC 61643-11 getestet sein und die Anforderungen der VDE 0100-534 erfüllen. Dazu gehören unter anderem die Integration von Zustandsanzeigen und Trennvorrichtungen.

Da Überspannungsschutzgeräte oft an schwer zugänglichen Stellen, wie beispielsweise im Inneren von Leuchten, installiert werden, ist eine optische Signalisierung nicht ausreichend. Ein Überspannungsschutzgerät, das im Fehlerfall zusätzlich die Leuchte vom Stromkreis trennt, bietet eine einfache Möglichkeit der indirekten Signalisierung.

Baugröße und die Montageart des Überspannungsschutzgeräts müssen den Anforderungen des Einbauorts entsprechen.

In Anwendungsbereichen mit hoher Feuchtigkeit oder Staubbelastung sollten Sie ein Überspannungsschutzgerät mit einer höheren Schutzart (IP-Klasse) auswählen.

Überspannungsschutzgeräte müssen die Schutzklasse (SK I oder SK II) der Leuchten berücksichtigen.

Neben dem Schutz der 230V-Versorgung sollte auch der Schutz der Steuerungskomponenten, wie DALI, zweite Steuerphase, 1–10 V oder DMX, bedacht werden. Überspannungsschutzgeräte, die sowohl AC- als auch Steuerungsschutz kombinieren, sind ideal für diese Leuchten und bieten in der Regel einen besser abgestimmten Schutz als zwei separate Geräte.

Fazit

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Sie Ihre LEDs vor Überspannung schützen können. Durch die Kombination mehrerer dieser Maßnahmen kann ein noch höherer Schutz erreicht werden, insbesondere in Anwendungsbereichen, bei denen mit häufigen oder hohen Überspannungen zu rechnen ist.