Die Anwendungsbereiche für LED-Leuchten erstrecken sich mittlerweile über den gesamten Bereich der Beleuchtungstechnik, was zur Folge hat, dass sie je nach Einsatzort unterschiedlichen Überspannungsbelastungen ausgesetzt sind. So ist eigentlich immer mit Schaltüberspannungen zu rechnen und bei atmosphärischen Entladungen mit indirekten oder direkten Blitzstrombeeinflussungen.

Während Schaltüberspannungen und indirekte Blitzstrombeeinflussungen (induktive / kapazitive Kopplungen) eher eine geringere Belastung für Überspannungsschutzeinrichtungen darstellen, erfordern direkte Blitzströme Überspannungsschutzeinrichtungen, welche dieser Belastung gerecht werden.

LED-Außenleuchten in Bereichen von Gebäuden mit äußerem Blitzschutz, die durch Blitzströme gefährdet werden (LPZ 0_B + LPZ 0_A)

Auch wenn sich LED-Außenleuchten in der Blitzschutzzone LPZ 0_B (nicht einschlaggefährdeter Außenbereich) befinden und deren Abstand zu Blitzpotential führenden Einrichtungen eingehalten wurde, heißt das nicht zwangsläufig, dass diese nicht mit Blitzstrom beaufschlagt werden können. Befinden sich beispielsweise LED-Mastleuchten im Schutzbereich eines Gebäudes mit äußerem Blitzschutz, kommt es bei einem Blitzeinschlag zum Überschlag von den Leitern auf den Metallmast. Der Einsatz von mehreren Überspannungs-Ableitern Typ 2 reduziert Schäden an den Folgeleuchten (Bild 9.8.1).

Ein Blitzeinschlag in eine LED-Mastleuchte, die sich in der Blitzschutzzone LPZ 0_A (einschlaggefährdeter Bereich) befindet, erfordert zum Schutz dieser Leuchte einen Kombi-Ableiter Typ 1. In der Praxis akzeptiert man in der Regel den Ausfall dieser LED-Mastleuchte und eventuell naher LED-Mastleuchten und setzt einen Kombi-Ableiter Typ 1 nur in den Schaltschränken ein (Bild 9.8.2).

Für die vorstehend beschriebenen Szenarien sind ausschließlich Überspannungsschutzeinrichtungen Typ 1 erforderlich. Durch den Einsatz eines anwendungsoptimierten Kombi-Ableiters auf Funkenstreckenbasis wird der Netzfolgestrom auf ein Minimum reduziert und die geforderte energetische Koordination sichergestellt. 

LED-Außenleuchten in Bereichen von Gebäuden mit äußerem Blitzschutz, die nicht durch Blitzströme gefährdet werden (LPZ 0_B)

Außenleuchten auf oder an Gebäuden mit äußerem Blitzschutz sind in der Blitzschutzzone LPZ 0_B anzuordnen (Bild 9.8.3). Wenn dies nicht möglich ist, ist diese Blitzschutzzone für sie zu schaffen (z. B. durch Fangstangen).

Sofern sich Außenleuchten an einer Metallfassade eines Gebäudes befinden, kann diese Metallfassade als natürliche Ableitung genutzt werden, wenn sie gebäudeumschließend ist, keine unzulässig großen Öffnungen aufweist, blitzstromtragfähig verbunden wird und alle 5 m mit der Erdungsanlage in Verbindung steht. Unter diesen Voraussetzungen können Belastungen für Überspannungsschutzeinrichtungen angenommen werden, welche mit denen der Blitzschutzklasse LPZ 0_B vergleichbar sind (Bild 9.8.4).

Für die vorstehend beschriebenen Szenarien werden Überspannungsschutzeinrichtungen Typ 2 erforderlich.

LED-Mastleuchten für die Straßen- und Wege­beleuchtung (LPZ 0_A)

Diese LED-Mastleuchten werden verstärkt durch alle bereits aufgeführten Überspannungsbelastungen gefährdet. Ihr Korpus besteht in der Regel – wie auch der Mast – aus Metall. Das hat Vorteile hinsichtlich mechanischer Festigkeit, ESD und Wärmewiderstand, aber auch Nachteile bei nahen Blitzeinschlägen. Hinsichtlich des Schutzes vor dem elektrischen Schlag sind sie entweder in Schutzklasse II (doppelt / verstärkt isoliert) oder seltener in Schutzklasse I (mit Schutzleiteranschluss) ausgeführt.

Bei LED-Mastleuchten der öffentlichen Straßen- und Wegebeleuchtung spielen die Impedanzen der Kabelnetze hinsichtlich der Leuchtenschutzklasse eine entscheidende Rolle, da normale Endstromkreise bis 32 A im TN-System innerhalb von 0,4 s und im TT-System innerhalb von 0,2 s abgeschaltet werden müssen. Betrachtet man das sehr häufig vorkommende TN-System, darf die Schleifenimpedanz für eine 6 A gG Sicherung im schutzisolierten Sicherungsverteiler des Mastfußes max. 4,6 Ω betragen. Sichert man höher ab, z. B. 10 A, erkennt man, dass die erforderliche Abschaltzeit von 0,4 s nur noch bei einer Schleifenimpedanz von 2,7 Ω zu erreichen ist. Aus diesem Grund werden sowohl die Leitungen vom schutzisolierten Sicherungskasten zu den Leuchten wie auch die Leuchten selbst in schutzisolierter Ausführung eingesetzt. 

Erfolgt nun ein Blitzeinschlag in die Nähe einer LED-Mastleuchte, bildet sich ein radiales Potentialgefälle aus, welches in seiner Spannungshöhe gegenüber fernem Bezugspotential und ohne Betrachtung des Stoßerdungswiderstandes von der Einschlagstromstärke und dem spezifischen Erdwiderstand abhängig ist (Bild 9.8.5). 

Obwohl der tatsächliche Stoßerdungswiderstand größer und die Spannung höher ist, kann man erkennen, dass das Mast-/Leuchtenpotential gegenüber der Versorgungsspannung die Spannungsfestigkeit der Vorschaltgeräte (ca. 8 kV) weit überschreitet. Die Folge ist ein Überschlag vom Gehäuse über die Schutzisolierauskleidung zur Netzseite des Vorschaltgerätes (Bild 9.8.6).

Durch den Einsatz von Überspannungsschutzeinrichtungen, welche in dem Funktionspotentialausgleichsleiter zwischen dem Mast und dem N/PEN-Leitern einen Gasableiter haben, entsteht nur im Ableitfall eine kurzzeitige N/PEN-Verbindung zum metallischen Mast. Fließt nun ein Blitzstrom vom Mast über den Gasableiter und über die Funkenstrecken / Varistoren zum Außenleiter, ist bei einer Mastberührung der Blitzstrom die höchste Bedrohung. Wurde nach einer Überlastung sowohl der Außenleiterpfad wie auch der Gasableiter dauerhaft in den niederohmigen Zustand versetzt, hatte der Blitzstrom eine Größenordnung, welche das Abschalten der 6/10 A gG Sicherung nach sich zog (Bild 9.8.7).

Eine Netzspannungsverschleppung auf den Mast ist durch die Sicherungsabschmelzung auszuschließen. Ein weiterer Vorteil des Gasableiters (indirekte Mastanbindung) ist die Verhinderung von Korrosionsströmen.
Durch den Einsatz eines an der LED-Mastleuchte angeschlossenen Tiefenerders oder eines über der Kabeltrasse liegenden erdfühligen Leiters lässt sich das Erdoberflächenpotential im Bereich der LED-Mastleuchte beeinflussen. Dies reduziert merklich die Gefahr einer gefährlichen Körperdurchströmung.

Auswahl der Überspannungsschutzeinrichtungen

In ausgedehnten Anlagen mit LED-Mastleuchten sollten energetisch koordinierbare Typ 1 Kombi-Ableiter auf Funkenstreckenbasis als REG eingesetzt werden. Sofern es die räumlichen Gegebenheiten ermöglichen, können im unteren Mastbereich Typ 2 Überspannungs-Ableiter als REG ihren Einsatz finden. Räumlich ist es immer möglich, den für LED-Leuchtenschutz neu entwickelten Typ 2 Kompakt-Ableiter DEHNcord einzusetzen. Dieser DEHNcord wird in der Schutzart IP20 und IP65 gefertigt und hat ein Gesamtableitstoßstromvermögen von 20 kA. Am Ende seiner Lebensdauer erfolgt eine Sicherheitsabschaltung des Leuchtenstromkreises. Weitere DEHNcord-Ausführungen haben zusätzlich noch einen Schutzpfad, der beispielsweise für zeitlich kürzer eingeschaltete Leuchtmittelstromkreise genutzt werden kann. Die Baureihe DEHNcord verfügt zudem über überspannungsabhängige Defektanzeigen für jeden Schutzpfad (Bild 9.8.8).

Für Neuanlagen, bei denen sowohl die Mastleuchten wie auch die Kabelverlegung noch erstellt werden müssen, empfiehlt es sich einen blanken erdfühligen Leiter über der Kabeltrasse zu verlegen.
Kommt es zu einem Blitzeinschlag in den LED-Leuchtenmast oder in das Erdreich, schützt dieser erdfühlige Leiter vor Überschlägen in das Kabel und bewirkt ein gleichmäßigeres Potentialgefälle (Bild 9.8.9).

LED-Leuchten Management mit DALI

Neben den üblichen Einsatzgebieten in der Beleuchtungstechnik bietet sich gerade DALI für Beleuchtungsinszenierungen an, da DALI über Schnittstellenmodule in übergeordnete Managementsysteme (z. B. LON und EIB) eingebunden werden kann. Somit sind Lichtinszenierungen für LED-Außenwerbungen sehr gut umsetzbar (Bild 9.8.10). 
Die Auswahl der Überspannungsschutzeinrichtungen erfolgt auf Basis der vorstehenden Überlegungen. Ist mit Blitzstrom zu rechnen, wird ein Ableiter Typ 1 eingesetzt. Sind nur sehr geringe Blitzstrombelastungen zu erwarten (vorstehende Beispielbetrachtung einer metallischen Außenfassade) oder handelt es sich um induktive bzw. kapazitive Kopplungen, findet ein Ableiter Typ 2 Anwendung.