Technologia LED jest obecna w wielu obszarach naszego życia ze względu na jej teoretyczną długą żywotność i wysoką efektywność energetyczną. Jeśli chcesz zapobiec uszkodzeniom w przypadku przepięć, nie możesz pominąć kompleksowej strategii ochrony, nawet w oświetleniu ulicznym.

Wady i zalety oświetlenia LED

Dzięki modułom LED oświetlenie stało się znacznie bardziej zwarte, można też je ściemniać czy też adaptować wg potrzeb użytkownika za pomocą czujników. Takie oświetlenie jest jednak bardziej wrażliwe na przepięcia niż tradycyjne rozwiązania. Niszczenie wrażliwych elementów sterujących czy modułów LED przez przepięcia zmniejsza oczekiwane oszczędności. Zapominamy też, że koszt wymiany takiego sprzętu jest znacznie wyższy niż w przypadku wymiany konwencjonalnej technologii oświetleniowej.

Aby oświetlenie LED działało bezpiecznie przez wiele lat, wszystkie elementy niezbędne do montażu muszą być starannie dobrane. Profesjonalna ochrona przed przepięciami i prądami piorunowymi zalecana jest do wszystkich rodzajów oświetlenia: wewnętrznego, zewnętrznego, tunelowego i obiektowego. Odpowiednie urządzenia zabezpieczające zwiększają żywotność sprzętu LED i przyczyniają się do bezpieczeństwa ludzi i systemów. Wydłużając czas ich pracy, zmniejszają koszty konserwacji i napraw. Aby chronić drogie elementy przed przedwczesną awarią, Phoenix Contact wprowadził specjalne ograniczniki do ochrony od przepięć jak i częściowych prądów piorunowych wspierając tym samym działania podnoszące bezpieczeństwo aplikacji

Przepięcia w sieci zasilania oraz ich konsekwencje

Skoki napięcia w postaci pików w oświetleniu ulicznym mają różne przyczyny:

• bezpośrednie uderzenie pioruna w lampy, kable zasilające lub urządzenia peryferyjne oświetlenia ulicznego
• pośrednie efekty wyładowań atmosferycznych spowodowane sprzężeniem pojemnościowym lub indukcyjnym w przewodach zasilających
• operacje łączeniowe, zwarcia lub wyzwolonych bezpieczników z powodu zwarć doziemnych

To, czy wystąpi awaria częściowa, czy też całkowita, zależy od wielkości energii impulsu prądowego oraz wrażliwości elementów obwodu na przepięcia. Jak w innych przypadkach tak i tutaj istnieje również taka możliwość, że diody LED ulegną pewnemu uszkodzeniu, lecz nadal będą działać, jednak takie zdarzenie zwykle skraca istotnie żywotność lamp.

Wyładowania piorunowe w pobliżu lamp mogą generować w przewodach piki napięcia do kilkudziesięciu tysięcy woltów. Piorun uderzający na przykład w budynek, który ma zewnętrzną ochronę odgromową, a nawet drzewo w okolicy, generuje zmianę napięcia, a potencjał ziemi wzrasta do kilku tysięcy woltów.

Wielkość i energia przepięcia zależą z kolei od energii wyładowań atmosferycznych i rezystancji gruntu. Jeśli wytrzymałość izolacji poszczególnych elementów zostaje przekroczona, izolacja ta uszkadza się w najsłabszym miejscu. Urządzenia elektroniczne, moduły LED, kable zasilające i / lub puszki połączeniowe kabli ulegają uszkodzeniu lub całkowitemu zniszczeniu.

Uszkodzenie izolacji zawsze stwarza śmiertelne ryzyko, a w najgorszym przypadku może doprowadzić do porażenia prądem, jeśli dojdzie do kontaktu z metalowymi częściami, takimi jak słup lampy.

Przepięcia mogą być również generowane przez sprzężenie pojemnościowe lub indukcyjne w kablu zasilającym na skutek przepływającego do ziemi prądu piorunowego. Prąd przepływający do przewodów odprowadzających zewnętrznych systemów ochrony odgromowej generuje wokół siebie pole elektromagnetyczne, które z kolei indukuje przepięcia w kablach zasilających ułożonych równolegle.

Podobne skutki należy również wziąć pod uwagę w przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna w drzewo, które w niesprzyjających okolicznościach może również doprowadzić do awarii oświetlenia ulicznego.

Kompleksowa koncepcja ochrony przed przepięciami i prądami piorunowymi chroni również światła LED przed przepięciami – a tym samym zwiększa dostępność infrastruktury.

Jak wygląda odpowiednia strategia ochrony?

Wielostopniowa strategia ochrony przed przepięciami dla systemu oświetlenia ulicznego opartego na technologii LED koncentruje się na trzech miejscach montażu:

• bezpośrednio w lampie LED
• w tabliczce przyłączeniowej u podstawy słupa
• w szafie rozdzielczej zasilania kablowego z ogranicznikiem na szynę DIN/TS

Integracja w lampie SPD typu 2 chroni elementy elektroniczne bezpośrednio w urządzeniu przed pikami przepięć, spowodowanymi pobliskimi uderzeniami piorunów.

Producent lampy ma bezpośredni wpływ na umiejscowienie dopasowanych elementów. Nie wolno podłączać przewodu uziemienia ochronnego (PE) w lampie LED o klasie ochrony odgromowej II z podwójną lub wzmocnioną izolacją. W przypadku stacjonarnych lamp klasy ochronnej II ograniczniki przepięć (SPD) nie mogą być podłączane do uziemienia ani metalowej obudowy lampy. Dlatego dla takich sytuacji jest oddzielny ogranicznik przepięć tylko z trzema zaciskami. W przeciwieństwie do lamp klasy ochronnej I, ograniczniki przepięć mogą być instalowane zgodnie z normą PN-EN 61643-11. Dla takich instalacji jest wykonanie ogranicznika z czterema zaciskami.

Tabliczka przyłączeniowa również jest poprawnym miejscem do montażu ogranicznika przepięć. Zaletą w stosunku do instalacji w lampie jest to, że przewód ochronny również obecny w tabliczce przyłączeniowej. Przeznaczony do podłączenia do ziemi, może być również tam zastosowany do ochrony lamp LED klasy ochronności II. To zapewnia skuteczną ochronę przed przepięciami.

Kolejną zaletą jest łatwy dostęp dla czynności serwisowych.

Łatwość okablowania

Ograniczniki przepięć z rodziny Blocktrab firmy Phoenix Contact nadają się do obu wskazanych miejsc montażu. Niewielka konstrukcja pozwala na łatwą integrację z istniejącą instalacją. Zapewniają użytkownikowi dużą elastyczność okablowania. Dotyczy to nie tylko zacisków śrubowych o dużych przekrojach połączeń (0,2 do 4 mm²), ale także różnych typów okablowania – zarówno w przypadku przyłączenia szeregowego, jak i równoległego opisanych w instrukcjach instalacyjnych.

Wzmocniona izolacja oznacza, że ​​te ograniczniki przepięć mogą być używane w aplikacjach LED klasy ochronności II bez dodatkowych środków. Stan każdego ogranicznika jest wskazywany mechanicznie bezpośrednio na urządzeniu, ale może być też służyć do zasilania lampy poprzez zacisk L’. Jeśli urządzenie odłączające wewnątrz ogranicznika przepięć zostanie wyzwolone w wyniku przeciążenia, lampa również się wyłączy. Upraszcza to znacznie okresową kontrolę ograniczników przepięć.

Ograniczniki przepięć są projektowane o niższym poziomie ochrony dla typowych zastosowań LED: (L-N) <1,3 kV w stosunku do odporności udarowej urządzenia. Jest to konieczne, ponieważ efekt ochronny uzyskuje się tylko wtedy, gdy poziom ochrony ogranicznika przepięć jest poniżej napięcia udarowego wytrzymywanego przez lampę i elementy sterowania LED.

Dla potwierdzenia parametrów ograniczniki przepięć Blocktrab zostały sprawdzone przez firmę Dekra pod kątem jakości i bezpieczeństwa i otrzymały aprobatę KEMA zgodnie z aktualną normą EN-PN 61643-11.

Do obniżenia zagrożenia od przychodzących obwodów zasilania w rozdzielniach czy też szafach dystrybucji zasilania poprzedzających obwód zasilania lamp zaleca się stosowanie ograniczników przepięć typu 1/2 lub rzeczywistej kombinacji typu 1+ typu 2 umożliwiających odprowadzanie zarówno częściowe prądy piorunowa jak i przepięcia np. od operacji łączeniowych. W ten sposób instalacja zawierająca lampy LED jest chroniona przed bezpośrednimi i pośrednimi skutkami wyładowań atmosferycznych pochodzących z sieci dystrybucyjnej. Na rysunku 4 pokazano ogranicznik przepięć dla układu sieci TN-S typu 1 / 2 typu VAL-MS-T1/T2 335/12.5/3+1-FM – 2800183.

Instalując lampy uliczne LED należy też unikać sytuacji, gdy na sąsiednim słupie, na tym samym obwodzie zasilania, pracuje klasyczna lampa z generatorem wysokiego napięcia w zapłonie.

Wniosek

Wyładowań piorunowych jak ich konsekwencji nie można przewidzieć – można je jednak istotnie ograniczać za pomocą odpowiednich elementów ochronnych. W ostatnich latach przemysł oświetleniowy poczynił ogromne postępy – zwłaszcza w zakresie możliwości zastosowania energooszczędnej technologii LED. Ponieważ technologia ta jest zdecydowanie bardziej wrażliwa na przepięcia niż konwencjonalna technologia oświetleniowa, należy również uwzględnić specjalne działania ochronne. Odpowiednie podejście do ochrony wrażliwego oświetlenia LED jest istotnym czynnikiem zwiększającym żywotność świateł LED. Zapewnia, że nowa technologia będzie dobrą inwestycją długoterminową w zakładzie, mieście czy gminie. Na zdjęciach powyżej pokazane SPD  z czterema zaciskami to : BLT-T2-1S-320-UT – 2906101, a z trzema to BLT-T2-320-UT – 2906100.

Autor

Mieczysław Ludwików – Konsultant ds. ochrony przed przepięciami