LED-Applikationen sicher mit Strom versorgen

Licht im Dunkeln

LED-Beleuchtung gehört zu unserem Alltag. Professionelle Lösungen bieten mehr Möglichkeiten beim Neubau oder Renovieren. Wie sieht eine zuverlässige und sichere Versorgung aus? Phoenix Contact hat dazu eine neue Lösung entwickelt. Die 24V LED-Stromversorgung der Step-Power-Produktfamilie vereint eine flache Bauform mit hoher Leistungsdichte. Sie eignet sich für die Montage im Installationsverteiler und in abgehängten Decken.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Jede LED benötigt zum Betrieb einen definierten Strom und eine definierte Spannung. Auch die klassische LED-Birne, die die einstige Glühbirne für jegliche Sockel ersetzt, hat einen integrierten Wandler, um die LED sicher mit Strom zu versorgen. Diese Möglichkeit der Installation bietet sich dann an, wenn die Fassungen einfach überall angebracht werden können, wo 230V bereits verdrahtet sind, meist jedoch beim klassischen Retrofit. Wird mehr Funktionalität gewünscht, kauft sich der Kunde in der Regel eine LED-Birne, die sich z.B. per Funk bedienen lässt. Dabei spielen eine einwandfreie Verbindung über WLAN, Bluetooth oder auch Lösungen wie der Standard ZigBee eine Rolle. Mit diesen Lösungen ist es zwar einfach, eine gewisse Smart Home Fähigkeit zu erreichen. Leider ist die Sicherheit dieser vergleichsweise günstigeren Geräte jedoch nicht immer gegeben. Denn nicht nur die Qualität der Netzwerkverbindung kann die Funktion beeinträchtigen. Es gibt auch immer wieder Fälle, dass Netzwerke durch genau diese Geräte kompromittiert werden. Anders sieht es aus, wenn Bauherren ein Gebäude von Grund auf neu planen, z.B. beim Neubau oder der Sanierung. Hier sind auf anderem Wege deutlich mehr Funktionen denkbar und zudem sicherer umzusetzen. In diesem Fall spielt die Versorgung der LED-Beleuchtungsmittel mit einer SELV Spannung von 24V eine wesentliche Rolle. Zwei Optionen bieten sich standardmäßig an.

Die neue 24V LED-Stromversorgung der Step-Power-Produktfamilie vereint eine flache Bauform mit einer hohen Leistungsdichte. – Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Dezentrale Versorgung

Erste Möglichkeit: Die Leuchtmittel werden dezentral, also in der Nähe der Beleuchtung durch ein Netzteil mit SELV Spannung versorgt und z.B. durch eine Kabel- oder Funkverbindung gesteuert. Damit lassen sich smarte Beleuchtungskonzepte umsetzen und individuell an die Wünsche der Kunden anpassen. Für die Ausführung muss jedoch ausreichend Platz für das Netzteil vorhanden sein. Dieser findet sich z.B. häufig in einer abgehängten Decke, deren Bau wiederum Mehrkosten und auch das Einbüßen von Wohnraum bedeutet. Ein Beispiel: Eine Wohnung in der Größe von ca. 100 m². Für eine ausreichende Ausleuchtung werden ca. 250-300 Lumen pro m² empfohlen. Mit modernen LED-Leuchtmitteln entspricht das ca. 30.000 Lumen und damit 300W. Auf die einzelnen Leuchten bezogen können wir von ca. 15 einzelnen Kreisen und damit 15 einzelnen Stromversorgungen ausgehen. Bei der Installation dieser Netzteile entsteht ein erheblicher Verdrahtungsaufwand. Im Betrieb führen die einzelnen Geräte in Summe zudem zu hohen Verlusten, da kleinere Geräte nicht die Effizienzvorteile von größeren Geräten erreichen können. Die Netzteile haben auch immer eine statistische Ausfallzeit (MTBF). Bei mehreren Geräten vervielfältigen sich also auch die Ausfälle. Um in diesem Fall ein Austauschgerät zu installieren, wäre erneut ein hoher Aufwand notwendig. Fachkräfte müssen diese in der abgehängten Decke zunächst einmal finden und daraufhin umständlich ersetzen.

Zentrale Versorgung

Die zweite Möglichkeit ist, die LED-Leuchtmittel zentral zu versorgen, also direkt aus dem Schaltschrank der Haupt- oder Unterverteilung. Der Vorteil: Die Steuerung der Beleuchtung erfolgt ebenfalls zentral. Typische Standards sind hier KNX, Dali und Loxone. Der Platz für die Netzteile wird einmalig im Verteilerkasten geschaffen und nicht mehr im Gebäude verteilt. Bezogen auf das oben genannte Beispiel, würden bei diesem Einsatz bereits wenige Geräte mit passender Leistung ausreichen, um die komplette Beleuchtung der Wohnung sicher zu versorgen. Die Verdrahtung der Geräte benötigt nur noch einen Bruchteil der Zeit und auch im Wartungsfall ist das fehlerhafte Gerät schnell identifiziert und lässt sich genauso schnell ersetzen.

Realität trifft auf Normvorgaben

Der zentrale Einsatz der Netzteile setzt sich immer weiter durch. Leider ist die Auswahl der Geräte beschränkt. Entweder die Geräte erfüllen die LED-Norm Vorgabe und haben keine Hutschienenanbindung. Oder es handelt sich um industrielle Geräte, die die LED-Normvorgaben nicht erfüllen. In der Realität führt dies häufig zu Problemen. Die LED-Netzteile ohne Hutschienenanbindung müssen mit Aufwand im Schaltschrank fixiert werden. Werden industrielle Netzteile eingesetzt, verstößt der Einsatz gegen die Norm. Es müssen sowohl die Sicherheitsnorm EN 61347-2-13 als auch die EMV-Normen EN 55015 und EN 61547 für einen Einsatz als LED-Netzteil bestanden werden. Man kann nicht davon ausgehen, dass Industrie-Netzteile per se die LED-Norm erfüllen. Wesentlich ist auch, dass Industriegeräte eher robust gegenüber Umgebungsbedingungen jedoch nicht störungsarm sind. Die EMV-Norm EN 55015 fordert neben den normalen Tests auch Prüfungen von Frequenzen von 9kHz bis 30MHz. Diese Messungen werden bei industriellen Netzteilen nicht durchgeführt. Sollten also Störungsaussendungen auf diesen Frequenzen existieren, kann es zu negativer Beeinflussung von weiteren Geräten kommen, wie z.B. Lichtflackern. Die Step-Power-Serie in der dritten Generation wurde kürzlich um ein Netzteil speziell für die LED-Beleuchtung erweitert. Das Step3-PS/1AC/24DC/3.75/PT/LED ist ein Gerät mit einer konstanten Ausgangsspannung von 24V und kann einen Strom von 3,75A liefern. Damit eignet es sich sehr gut, um z.B. drei separate LED-Stromkreise von 30W zu versorgen. Das Gerät zeichnet sich durch die identischen Merkmale der Produktserie aus. So ist das Gerät mit einer Baubreite von 72mm kompakt. Die Wirkungsgrade erreichen ein Niveau von 92,5 bis 94%. Sind LEDs ausgeschaltet, befindet sich das Netzteil in einem effizienten Standby-Betrieb. Durch diesen entstehen Verluste von lediglich unter 0,21W. Des Weiteren zeichnet sich die Stromversorgung durch eine flache Bauform, gepaart mit einer hohen Leistungsdichte aus. Das Gerät kann sowohl auf der Hutschiene als auch zur Direktmontage auf einer planen Oberfläche verwendet werden. Somit eignen sich die Geräte für die Montage im Installationsverteiler oder in abgehängten Decken. Die Verdrahtung selbst erfolgt durch Push-in-Anschlusstechnik. Nicht zuletzt erfüllt das Netzteil die Sicherheits- und EMV-Normen für den Einsatz als LED-Netzteil. Wie es die Norm vorschreibt, ist auf der Front ein Temperaturpunkt (TC Punkt) ausgewiesen. So kann das Netzteil über einen Temperaturfühler überwacht und der spezifizierte Betrieb sichergestellt werden.

Autor/innen | Andreas Bitsilia, Produktmarketing, und Nadine Schneider, Marketing Communications, Phoenix Contact Power Supplies

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Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Jede LED benötigt zum Betrieb einen definierten Strom und eine definierte Spannung. Auch die klassische LED-Birne, die die einstige Glühbirne für jegliche Sockel ersetzt, hat einen integrierten Wandler, um die LED sicher mit Strom zu versorgen. Diese Möglichkeit der Installation bietet sich dann an, wenn die Fassungen einfach überall angebracht werden können, wo 230V bereits verdrahtet sind, meist jedoch beim klassischen Retrofit. Wird mehr Funktionalität gewünscht, kauft sich der Kunde in der Regel eine LED-Birne, die sich z.B. per Funk bedienen lässt. Dabei spielen eine einwandfreie Verbindung über WLAN, Bluetooth oder auch Lösungen wie der Standard ZigBee eine Rolle. Mit diesen Lösungen ist es zwar einfach, eine gewisse Smart Home Fähigkeit zu erreichen. Leider ist die Sicherheit dieser vergleichsweise günstigeren Geräte jedoch nicht immer gegeben. Denn nicht nur die Qualität der Netzwerkverbindung kann die Funktion beeinträchtigen. Es gibt auch immer wieder Fälle, dass Netzwerke durch genau diese Geräte kompromittiert werden. Anders sieht es aus, wenn Bauherren ein Gebäude von Grund auf neu planen, z.B. beim Neubau oder der Sanierung. Hier sind auf anderem Wege deutlich mehr Funktionen denkbar und zudem sicherer umzusetzen. In diesem Fall spielt die Versorgung der LED-Beleuchtungsmittel mit einer SELV Spannung von 24V eine wesentliche Rolle. Zwei Optionen bieten sich standardmäßig an.

Die neue 24V LED-Stromversorgung der Step-Power-Produktfamilie vereint eine flache Bauform mit einer hohen Leistungsdichte. – Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Dezentrale Versorgung

Erste Möglichkeit: Die Leuchtmittel werden dezentral, also in der Nähe der Beleuchtung durch ein Netzteil mit SELV Spannung versorgt und z.B. durch eine Kabel- oder Funkverbindung gesteuert. Damit lassen sich smarte Beleuchtungskonzepte umsetzen und individuell an die Wünsche der Kunden anpassen. Für die Ausführung muss jedoch ausreichend Platz für das Netzteil vorhanden sein. Dieser findet sich z.B. häufig in einer abgehängten Decke, deren Bau wiederum Mehrkosten und auch das Einbüßen von Wohnraum bedeutet. Ein Beispiel: Eine Wohnung in der Größe von ca. 100 m². Für eine ausreichende Ausleuchtung werden ca. 250-300 Lumen pro m² empfohlen. Mit modernen LED-Leuchtmitteln entspricht das ca. 30.000 Lumen und damit 300W. Auf die einzelnen Leuchten bezogen können wir von ca. 15 einzelnen Kreisen und damit 15 einzelnen Stromversorgungen ausgehen. Bei der Installation dieser Netzteile entsteht ein erheblicher Verdrahtungsaufwand. Im Betrieb führen die einzelnen Geräte in Summe zudem zu hohen Verlusten, da kleinere Geräte nicht die Effizienzvorteile von größeren Geräten erreichen können. Die Netzteile haben auch immer eine statistische Ausfallzeit (MTBF). Bei mehreren Geräten vervielfältigen sich also auch die Ausfälle. Um in diesem Fall ein Austauschgerät zu installieren, wäre erneut ein hoher Aufwand notwendig. Fachkräfte müssen diese in der abgehängten Decke zunächst einmal finden und daraufhin umständlich ersetzen.

Zentrale Versorgung

Die zweite Möglichkeit ist, die LED-Leuchtmittel zentral zu versorgen, also direkt aus dem Schaltschrank der Haupt- oder Unterverteilung. Der Vorteil: Die Steuerung der Beleuchtung erfolgt ebenfalls zentral. Typische Standards sind hier KNX, Dali und Loxone. Der Platz für die Netzteile wird einmalig im Verteilerkasten geschaffen und nicht mehr im Gebäude verteilt. Bezogen auf das oben genannte Beispiel, würden bei diesem Einsatz bereits wenige Geräte mit passender Leistung ausreichen, um die komplette Beleuchtung der Wohnung sicher zu versorgen. Die Verdrahtung der Geräte benötigt nur noch einen Bruchteil der Zeit und auch im Wartungsfall ist das fehlerhafte Gerät schnell identifiziert und lässt sich genauso schnell ersetzen.

Realität trifft auf Normvorgaben

Der zentrale Einsatz der Netzteile setzt sich immer weiter durch. Leider ist die Auswahl der Geräte beschränkt. Entweder die Geräte erfüllen die LED-Norm Vorgabe und haben keine Hutschienenanbindung. Oder es handelt sich um industrielle Geräte, die die LED-Normvorgaben nicht erfüllen. In der Realität führt dies häufig zu Problemen. Die LED-Netzteile ohne Hutschienenanbindung müssen mit Aufwand im Schaltschrank fixiert werden. Werden industrielle Netzteile eingesetzt, verstößt der Einsatz gegen die Norm. Es müssen sowohl die Sicherheitsnorm EN 61347-2-13 als auch die EMV-Normen EN 55015 und EN 61547 für einen Einsatz als LED-Netzteil bestanden werden. Man kann nicht davon ausgehen, dass Industrie-Netzteile per se die LED-Norm erfüllen. Wesentlich ist auch, dass Industriegeräte eher robust gegenüber Umgebungsbedingungen jedoch nicht störungsarm sind. Die EMV-Norm EN 55015 fordert neben den normalen Tests auch Prüfungen von Frequenzen von 9kHz bis 30MHz. Diese Messungen werden bei industriellen Netzteilen nicht durchgeführt. Sollten also Störungsaussendungen auf diesen Frequenzen existieren, kann es zu negativer Beeinflussung von weiteren Geräten kommen, wie z.B. Lichtflackern. Die Step-Power-Serie in der dritten Generation wurde kürzlich um ein Netzteil speziell für die LED-Beleuchtung erweitert. Das Step3-PS/1AC/24DC/3.75/PT/LED ist ein Gerät mit einer konstanten Ausgangsspannung von 24V und kann einen Strom von 3,75A liefern. Damit eignet es sich sehr gut, um z.B. drei separate LED-Stromkreise von 30W zu versorgen. Das Gerät zeichnet sich durch die identischen Merkmale der Produktserie aus. So ist das Gerät mit einer Baubreite von 72mm kompakt. Die Wirkungsgrade erreichen ein Niveau von 92,5 bis 94%. Sind LEDs ausgeschaltet, befindet sich das Netzteil in einem effizienten Standby-Betrieb. Durch diesen entstehen Verluste von lediglich unter 0,21W. Des Weiteren zeichnet sich die Stromversorgung durch eine flache Bauform, gepaart mit einer hohen Leistungsdichte aus. Das Gerät kann sowohl auf der Hutschiene als auch zur Direktmontage auf einer planen Oberfläche verwendet werden. Somit eignen sich die Geräte für die Montage im Installationsverteiler oder in abgehängten Decken. Die Verdrahtung selbst erfolgt durch Push-in-Anschlusstechnik. Nicht zuletzt erfüllt das Netzteil die Sicherheits- und EMV-Normen für den Einsatz als LED-Netzteil. Wie es die Norm vorschreibt, ist auf der Front ein Temperaturpunkt (TC Punkt) ausgewiesen. So kann das Netzteil über einen Temperaturfühler überwacht und der spezifizierte Betrieb sichergestellt werden.

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