Einschaltstrom

Betriebsgeräte für LED stellen für den Betrieb der angeschlossenen Leuchtmittel sekundärseitig einen konstanten Gleichstrom oder eine geglättete Gleichspannung zur Verfügung (siehe oben). In beiden Fällen sind in der elektronischen Schaltung des Betriebsgerätes für die Gleichrichtung und Stabilisierung der primärseitig eingehenden Wechselspannung, bzw. des Wechselstroms, Eingangskondensatoren zur Ladungsspeicherung erforderlich. Die Aufladung der Eingangskondensatoren verursacht einen kurzzeitig sehr hohen Einschaltstrom (siehe Abbildung).

Abbildung 3.188: Beispiel eines Datenblattauszuges eines LED-Treibers. Angegeben werden der in einer Elektroinstallation maximal vom Treiber verursachte Einschaltstrom, sowie Hinweise zu LS unterschiedlicher magnetischer Auslösung (Bund C-Charakteristik).

Die Dauer des Ladevorgangs des Kondensators liegt im Bereich von einigen μs und damit weit unter der halben Periodendauer der Netz-Wechselspannung. Die Höhe des Einschaltstromes hängt dabei stark von der momentanen Höhe (Phasenlage) der anliegenden Spannung zum Zeitpunkt des Einschaltens ab und kann bis zum hundertfachen Wert des Dauerstromes betragen. Bei gleichzeitigem Einschalten mehrerer Leuchten summieren sich die Ladeströme der Einzelleuchten zu einem Einschaltstrom einer Leuchtengruppe.

Leitungsschutzschalter, magnetische Auslösung

Bei großen Leuchtengruppen kann der Einschaltstrom dazu führen, dass ein in der Elektroinstallation befindlicher Leitungsschutzschalter (LS) auf Grund seiner magnetischen Auslösung - die eine schnelle Abschaltung der Netzspannung als Schutzfunktion bei Auftreten eines Kurzschlusses bewirken soll - hin und wieder, in Abhängigkeit des auf Grund der Phasenlage des Einschaltzeitpunktes tatsächlich auftretenden Einschaltstromes, abschaltet.

Zur Vermeidung der Auslösung des LS geben die Hersteller in den Produktdatenblättern der LED-Betriebsgeräte Hinweise zur zulässigen Anzahl ihrer Betriebsgeräte für den Anschluss an LS unterschiedlicher Strombelastbarkeit und Spezifizierung der magnetischen Auslösung (siehe Abbildung). Darüber hinaus geben sie die Werte der Einschaltströme ihrer Produkte an. Generell wird für Beleuchtungsgruppen der Einsatz von C- Automaten empfohlen.

Die genannten Einschaltströme werden erreicht, wenn das Betriebsgerät an der Spannungsquelle mit dem betreffenden Leitungsschutzschalter betrieben wierd und sich keine weiteren, den Strom begrenzenden Komponenten (z. B. lange Zuleitungen) in der Installation befinden. In der Praxis kann es daher vorkommen, dass auch bei Überschreiten der im Datenblatt angegebenen Anzahl der Betriebsgeräte Leitungsschutzschalter nicht auslösen.

Fehlerstromschutzschalter (FI, RCD)

Fließt ein Fehlerstrom über den Schutzleiter infolge Kontakts eines Leiters mit dem Gehäuse und ist dieser größer als der Nennfehlerstrom, schaltet der RCD den Verbraucher vom Netz ab.

Nach der Leuchtenvorschrift EN 60598-1 ist bei ortsfesten Leuchten der Schutzklasse I im Normalbetrieb ein Ableitstrom von bis zu 3,5 mA je Leuchte, unabhängig von der Anzahl der Lampen, zulässig, wobei in der Praxis selten 1 mA überschritten wird. Ein Vertauschen der Netzanschlussleitungen kann zu erhöhten Ableitströmen führen. Die Angaben an der Netzanschlussklemme sind daher zu beachten. Die mögliche Anzahl von Leuchten je Fehlerstrom- Schutzschalter (FI-Schalter) wird durch dessen Nennfehlerstrom je Außenleiter, z. B. If ≤ 30 mA, begrenzt. Fehlerstrom-Schutzschalter dürfen gemäß DIN VDE 0664-1 „Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen“ bereits bei Fehlerströmen größer 50% des Nennfehlerstromes auslösen.

Ein 30 mA-FI-Schalter darf also bereits bei einem Fehlerstrom von 15 mA ansprechen. Mehr als 15 Leuchten je Außenleiter, bzw. 45 Leuchten bei einem Dreiphasen-FI-Schalter sollten deshalb in diesem Fall nicht angeschlossen werden.

Beim Ein- und Ausschalten von Beleuchtungsanlagen treten unvermeidbare Stromspitzen auf. Daher wird empfohlen, nur FI-Schalter zu verwenden, die nach EN 61009-1 „Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz (RCBOs) für Haushaltsinstallationen und für ähnliche Anwendungen. Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ bis zu einer Stoßstromfestigkeit von 200 A geprüft sind.

Begrenzung des Einschaltstroms

Eine Möglichkeit zur Vermeidung hoher Einschaltströme ist der Einsatz sogenannter „elektronischer Nulldurchgangsschalter”, die ein Einschalten bei hoher Momentanspannung verhindern. Die Planungshinweise der Hersteller der Halbleiterschütze sind zu beachten (siehe auch Kapitel).

Eine weitere Möglichkeit ist die Begrenzung des Einschaltstromes durch NTC-Elemente (Thermistoren), wie sie unter anderem auch in Schaltnetzteilen von Geräten der Unterhaltungselektronik (z. B. Fernsehgerät) eingesetzt werden. Dabei ist zu beachten, dass der in der Schaltung den Einschaltstrom begrenzende NTC-Widerstand bei jedem Schaltvorgang elektrische Leistung aufnimmt und sich dabei erwärmt. Mehrfaches Aus- und Einschalten in kurzen Zeitabständen führt zur Überhitzung des NTC-Widerstandes und damit ggf. zu seiner Zerstörung.

Netzschalter

Kontakte von Netzschaltern können im Einschaltmoment durch hohe Einschaltströme belastet und ggf. zerstört werden. Einige Hersteller von Schaltern geben deshalb Hinweise zum maximal zulässigen Einschaltstrom oder zur maximal anzuschließenden kapazitiven Last von Leuchtenbetriebsgeräten an. Unter Umständen ist es sinnvoll, große Leuchtengruppen mit Mehrfach-Schützen hoher Nennströme zu schalten.