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Damit LEDs nicht zur Belastung werden

Normen sorgen für
ein sauberes Netz

Obwohl LEDs als Elektronikbauteil nicht in unser Lichtnetz passen, vollzieht sich der Wandel hin zum ‚elektronischen Licht‘ mit atemberaubender Geschwindigkeit. Dies stellt Energieversorger vor neue Herausforderungen, denn im Gegensatz zur Glühbirne, entnehmen LED-Leuchten dem Stromnetz keine reine Wirkleistung, sondern eine sogenannte Scheinleistung. Außerdem sorgen steile Schaltflanken in den Treibern für zusätzliches Störpotenzial. International gültige Normen sollen dafür sorgen, dass es auch in Zukunft weder zu Störungen noch zum ‚Blackout‘ kommt.
Während Glühbirnen direkt aus dem 230VAC-Netz versorgt werden konnten, müssen LED-Leuchten mit Gleichstrom betrieben werden. Dafür sind Treiber erforderlich, die Wechselspannung zunächst gleichrichten und glätten. Hierfür ist nach dem Gleichrichter ein relativ großer Kondensator als Energiespeicher erforderlich. Da nur dann Strom fließen kann, wenn der Spannungswert am Gleichrichter größer ist als am Kondensator, kommt es zu einem kurzzeitigen Stromfluss hoher Amplitude. Strom und Spannung sind nicht mehr ‚in Phase‘ und dem Netz wird eine Scheinleistung entnommen, die größer ist als die reine Wirkleistung. Die kurzen, hohen Stromimpulse haben aber noch eine weitere, unangenehme Rückwirkung auf die Netzversorgung: sie erzeugen Oberwellen. Zeigt ein reiner Sinus nur seine Grundfrequenz als so genannte 1. Harmonische, so generiert der pulsierende Stromfluss auch höhere Frequenzanteile mit der 3- bis 39-fachen Frequenz. Diese Problematik ist ausschließlich der Tatsache geschuldet, dass die Wechselspannung am Eingang gleichgerichtet und geglättet werden muss. Schaltet man nun noch einen mit hoher Frequenz schaltenden Konstantstrom-Wandler nach, entstehen zusätzliche leitungsgebundene und abgestrahlte Störungen.

EN61000-3-2-Norm – aktive Powerfaktor-Korrektur nötig

Ohne Korrekturmaßnahmen besteht die Gefahr, dass unser Stromnetz, angesichts Milliarden potentieller Störquellen, bald aus der Balance gerät. Insbesondere bei leistungsstärkeren Leuchten ist deshalb eine aktive Powerfaktor-Korrektur direkt im Treiber unverzichtbar. Dies soll durch eine Reihe wichtiger, international gültiger Normen erreicht werden. So schreibt die EN61000-3-2 für LED-Treiber ab 25W zwingend einen Powerfaktor von >0,9 vor. Normgerechte Treiber sind im Datenblatt als ‚Class C‘ bezeichnet. Mit Blick auf ein sauberes Stromnetz hat Recom seine Treiber bereits ab einer Leistung von 12W mit aktiver Powerfaktor-Korrektur (PFC) ausgestattet. Zwischen Gleichrichter und Ladekondensator wird ein Pulsbreiten-Modulator geschaltet, der mehrere, mit der Eingangsspannung synchrone Stromimpulse, erzeugt. Dadurch entsteht ein nahezu sinusförmiger Ladestrom, wodurch sich der Powerfaktor auf Werte >0,95 verbessert und die Oberwellen nur halb so groß sind wie in der Norm gefordert. Treiber mit passiver PFC verwenden anstelle eines aufwändigen Controllers Drosseln und Kondensatoren zur Reduzierung der Oberwellen. Da mit dieser Technik nur Werte zwischen 0,7 und 0,8 erreichbar sind, kommt sie für LED-Treiber mit Leistungen ab 25W nicht infrage.

Was es mit EMV und SELV auf sich hat

Häufig wird in Prospekten mit Abkürzungen gearbeitet, die dem Laien wenig sagen. Mit EMV z.B. ist die elektromagnetische Verträglichkeit gemeint, die sich mit dem Störpotenzial eines elektrischen Gerätes befasst. Zulässige Grenzwerte und geeignete Messverfahren sind in der EN 55015 geregelt. Bei der EMV wird zwischen leitungsgebundenen und abgestrahlten Störungen unterschieden. Erstere werden am Netzeingang gemessen, wobei der Frequenzbereich zwischen 9kHz und 30MHz relevant ist. Bei letzteren sind die Feldstärken, die bis 300MHz gemessen werden, interessant. Man unterscheidet zwei Klassen: Die weniger strenge ‚Class A‘ gilt für den industriellen Bereich, die deutlich strengere ‚Class B‘ für Heim und Büro. Grundsätzlich ist es möglich, ‚Class A‘-Treiber durch Zuschaltung externer Filter nachträglich auf ‚Class B‘ zu verbessern. Dabei müssen größer dimensionierte Bauteile eingesetzt werden, die den Wirkungsgrad des Systems verschlechtern. Es ist deshalb, zumindest für den Verbraucher, günstiger, wenn in einer Leuchte Treiber-Module verbaut werden, die bereits ‚Class B‘ entsprechen. Bei LED-Treibern die mit dem SELV-Zeichen versehen sind (Safety Extra Low Voltage), ist sichergestellt, dass die Spannung zwischen zwei beliebigen, berührbaren Teilen des Sekundärkreises den Grenzwert von 60VDC nicht überschreitet. Dies gilt auch für den Fall eines einfachen Defekts innerhalb des Treibers. Die entsprechenden Details sind in der LDV Directive 2006/95/EC geregelt.

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