Spannend: Schneller LED-Tod wegen zu viel Volt im Stromnetz?

Wenn bei Ihnen nagelneue Lampen reihenweise dem LED-Tod erliegen, könnte das an kurzen Überspannungen in Ihrem Stromnetz liegen. Schuld sind etwa Blitzeinschläge, eventuell aber auch Leuchtstoffröhren im gleichen Stromkreis.

Blitz-LED-Lampe
Potienzielle Gefahr für LED-Lampen und -Leuchten: Blitzeinschläge können Überspannungen im Stromnetz verursachen. (Fotos/Montage: W. Messer)

Erst kürzlich hat es die brandenburgische Gemeinde Wandlitz erwischt: Nach einem Blitzschlag wurden gleich mehrere der 640 Euro teuren LED-Straßenleuchten plötzlich stockdunkel. Einen Überspannungsschutz hatten sie nicht. Der geschätzte Aufpreis von ca. 40 bis 80 Euro erschien der Kommune offenbar anfangs zu hoch in Relation zum Risiko. Neu angeschaffte Leuchten sollen künftig jedoch damit ausgerüstet werden – immerhin.

Tatsächlich sind vor allem die Wind und Wetter ausgesetzten LED-Außenleuchten gerne mal Opfer von „transienten Überspannungen“ im Stromnetz. Dabei können weit über 10.000 Volt erreicht werden – teils nur für Sekundenbruchteile; das genügt aber schon, um LED-Module oder Bauteile der Vorschaltelektronik irreparabel ins Jenseits zu schicken. Deshalb werben die Anbieter von Schutzschaltungen vorwiegend bei gewerblichen und öffentlichen Abnehmern für ihre Geräte.

Netz-Transienten
Kurzzeitige („transiente“) Überspannungen in einem Wechselstromnetz. Normal wären die Sinus-Schwingungen im 50-Hertz-Takt auf der t-Achse (Zeit) mit regelmäßigen Ausschlägen nach oben und unten (U-Achse für Volt). Die Mini-Ausschläge sehen aus wie Striche oder Zacken und können auch im Hausnetz zehntausende Volt erreichen (Grafik: Biezl@Wikimedia Commons, Lizenz: Public Domain)

Spannung-LED-LampeDabei sind auch unsere LED-Lampen und -Leuchten zuhause potenzielle Opfer dieses Phänomens. Zwar sollten anständige Produkte kurzzeitig auch mal das Doppelte der üblichen Haushalts-Wechselspannung von ca. 230 Volt (Foto rechts) aushalten, ohne nachhaltig Schaden zu nehmen. Einen echten Schutz gegen extreme Überspannungen haben sie aber normalerweise nicht.

Ein Branchen-Insider taxierte auf meine Anfrage die zusätzlichen Kosten für so was auf rund 30 Euro pro Gerät – das würde „Consumer“-Produkte enorm verteuern und sei der Kundschaft sicher nicht zu vermitteln. Kleinere Lösungen sind zwar billiger, bieten aber auch nur begrenzten Schutz und werden kaum verwendet.

Gratis-Ersatz ist für Hersteller günstiger

Prinzipiell erscheint es den Herstellern günstiger, lange vor Ende der Nennlebensdauer ausgefallene Leuchtmittel auf Garantie oder Kulanz gratis zu ersetzen – ohne aufwendige Nachuntersuchung. So eine Überspannung (die meistens nicht von den Lampen-Garantien abgedeckt wird) kommt ja im Haushalt verhältnismäßig selten vor und die wirkliche Ausfallursache ist im Einzelfall fast nie zu beweisen. LED-Chips und -Treiber können schließlich an allen möglichen Einflüssen sterben: Designfehler, Produktionsmängel, Hitze, Feuchtigkeit, Chemie, falsche Trafos etc.. Transienten hinterlassen laut Auskunft von verschiedenen Experten kaum offensichtliche, individuelle, eindeutig zuweisbare Schadensspuren.

So bleiben für den Anbieter meist nur Indizien als Anhaltspunkte. Wenn bei einem Kunden beispielsweise immer wieder reihenweise neue 230-Volt-Lampen (oder Spezialtrafos für Niedervolt-Leuchtmittel) in einem bestimmten Stromkreis den vorzeitigen LED-Tod sterben, aber nach versuchsweisem Einbau eines Überspannungsschutzes in der gemeinsamen Zuleitung überraschenderweise ein langes, leuchtendes Leben genießen, dann war wohl irgendwas mit der Stromversorgung faul.

Eigenwerbung Juni 2014

Und das muss nicht mal was mit Gewittern und Blitzschlägen zu tun haben. Manchmal genügt es schon, wenn im gleichen Stromkreis Leuchtstoffröhren mit konventionellen Vorschaltgeräten (KVG) oder Elektromotoren (etwa in Bohrmaschinen) betrieben werden. Hier können durch Schaltvorgänge und Induktion plötzlich mehrere 1000 Volt durch die Leitung schießen, die ein LED-Leuchtmittel nicht verkraftet. Selbst Stromausfälle im Viertel verursachen indirekt erhebliche Überspannungen, wenn der „Saft“ wieder da ist und schlagartig alle möglichen Verbraucher in der Umgebung gleichzeitig ihren Betrieb aufnehmen.

Wie genau sich so ein Ereignis auf das Netz in Ihrem Haus auswirkt, kommt auf die Art der Installation und die vom Elektriker verbauten Schutzschaltungen an. Falls Sie zu den relativ wenigen Opfern des häufigen LED-Tods gehören, liegt es also möglicherweise nicht an einer „geplanten Obsoleszenz“ von vermeintlichen „Schrott-LED-Lampen“, sondern an äußeren Einflüssen.

Schlechte Kosten-/Nutzen-Relation?

Leider können selbst seriöse und gewissenhafte Hersteller die Leuchtmittel für den Privatgebrauch nur bis zu bestimmten Grenzen überspannungsfest auslegen. Entsprechende „Surge-Tests“ enden üblicherweise bei 1000 Volt Spitzenspannung. Für wirklich aufwendige, rückstellende Schutzschaltungen wäre vor allem in engen Retrofit-Typen ohnehin kein Platz; ganz abgesehen von den Kosten.

Die Abwägung scheint hier ähnlich zu sein, wie er auch bei diversen Krebs-Vorsorge-Screenings sein sollte: Der sehr hohe Aufwand steht offensichtlich in keinem vernünftigen Verhältnis zum sehr geringen Nutzen. Den einen oder anderen (LED-)Tod müssen wir dann halt als Kollateralschaden der fehlenden Prophylaxe hinnehmen. Bei mir war es dieses Jahr übrigens keine LED-Lampe, sondern der elektronische Trafo einer „Paul Neuhaus“-Leuchte, der bei einem Gewitter durchbrannte.

Noch eine Gefahr: Hoher Einschaltstrom

Ähnlich fatale Auswirkungen schaffen LED-Lampen, -Leuchten oder -Treiber auch ganz unter sich – wegen eines weiteren blöden Phänomens: Als kapazitive Verbraucher mit Schaltnetzteil und häufig auch Leistungsfaktor-Korrekturfilter (PFC) haben sie einen extrem hohen Einschaltstrom. Das kommt – vereinfacht gesagt – daher, dass die zur Spannungs-Stabilisierung eingebauten Kondensatoren im ungeladenen Zustand wie ein Kurzschluss im Netz wirken. Da entstehen beim „Kaltstart“ schon mal kurzfristig bis zu 50 Ampère, die Vorschaltelektroniken, teure Dimmer und Relais zerstören können.

LEDON-HinweisDeshalb schreiben manche Hersteller die maximale Anzahl eines Lampenmodells innerhalb des Schalt-Stromkreises auf die Packung (im Foto rechts „20x“ bei einem aktuellen 5-W-LEDON-GU10-LED-Spot). Einschaltstrom-Begrenzer oder „Softstart“-Dimmer bzw. -Schalter verhindern zwar eventuelle Schäden; darauf zu achten, ist jedoch auch hier eher Ihre Sache als die der LED-Anbieter. Theoretisch könnte ein Hersteller in so einem Fall nämlich auf „unsachgemäße Benutzung“ plädieren und einen Garantie- oder Schadensersatz ablehnen.

Bei einigen der hier bereits getesteten LED-Lampen vermute ich allerdings wegen der teils recht langen Einschaltverzögerungen, dass dort bereits Schutzschaltungen integriert wurden. In meinem Studio-Spotlampen-Stromkreis mit 14 dimmbaren GU10-LED-Strahlern von acht Herstellern melden sich nach dem Schalterdruck nie alle gleichzeitig zur Leuchtarbeit, sondern mit leicht differierenden „Bedenkzeiten“ von 0,5 bis über eine Sekunde. Das mag für LED-Laien etwas irritierend sein, aber dafür hatte ich bisher dort auch nie Elektrikprobleme oder Dimmerdefekte.

Mehr zum Thema:

Wie LED-Lampen das Stromnetz belasten

LED-Nennlebensdauer: Alles über Leuchtstunden und Schaltzyklen

Blog-Leserfrage (KW 19): Wie sparsam ist die LED-Vorschaltelektronik wirklich?

„Geplante Obsoleszenz“: Auch ein Thema bei LED-Lampen?

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11 Gedanken zu „Spannend: Schneller LED-Tod wegen zu viel Volt im Stromnetz?

  1. „…vermute ich allerdings wegen der teils recht langen Einschaltverzögerungen, dass dort bereits Schutzschaltungen integriert wurden…“

    Leider ist dieser Schluß nicht zwangsläufig. Ich habe schon Netzteile befundet, deren Regel-IC sich zwar eine Einschalt-Denkpause gegönnt hat, die aber dennoch ihren Eingangselko ungebremst aufgeladen haben.
    Meiner Meinung nach hilft nur messen oder zerlegen und die Schaltung analysieren.

    Zum Thema Transientenschutz: Ein gewisser Mindestschutz macht Sinn und wird auch implementiert. Bei Geräten mit Berührungsmöglichkeit ist der für bestimmte Komponenten auch vorgeschrieben (Stichwort X- und Y-Kondensatoren). Meist handelt es sich um eine Sicherung bzw. Sicherungswiderstand und einen Varistor.

    Aber gegen einen Blitzschlag hilft das bei Weitem nicht. Da hilft wirtschaftlich eine Versicherung oder die Statistik. Die Consumer-Hersteller wickeln sowas oft über Garantie- und Kulanz und damit über die Statistik ab.

  2. Es passt vielleicht nicht ganz zu den Überspannungen im Netz – aber die Frage von Spannungsspitzen bewegt mich aus einem weiteren Grund: Wir hatten vor ca. 10 Jahren an einem 12V-Halogensystem alle 5 Lampen durch die damals ersten GU5.3-LED’s ersetzt. Nach mehreren Wochen funktionierten nur noch wenige LED in jeder Lampe. Na ja, die Stromversorgung erfolgte immer noch durch einen „richtigen“ Trafo, also 12V Sekundärwicklung. Könnte es nicht sein, dass die Schäden gar nicht durch externe Netzspannungsschwankungen ausgelöst wurden, sondern dass einfach beim Einschalten mit dem Schalter zu große Spannungsspitzen entstehen. Wenn man die Primärspannung einschaltet macht der Primärstrom i.a. einen Sprung (weil man ja i.a. nicht gerade im Nulldurchgang des Sinus schaltet) und das liefert in der Sekundärspule einen hohen Spannungsimpuls. Und wenn das so ist, was könnte man dagegen unternehmen? Ich würde die alten Trafos nämlich noch gerne weiter verwenden (z.T. Rundkern – da passen die länglichen neuen LED-Netztteile nicht ins Gehäuse). Für einen Tipp wäre ich dankbar.

    • Das passt thematisch wohl sehr gut hier hin. Vermutlich kommen aber aktuelle AC/DC-GU5.3-Marken-LED-Spots besser mit der Eisentrafo-Wechselspannung klar als welche aus dem Jahr 2005. Gab’s da überhaupt schon anständige LED-Lampen, die problemlos AC vertrugen?

  3. Wenn man die Primärspannung einschaltet macht der Primärstrom i.a. einen Sprung (weil man ja i.a. nicht gerade im Nulldurchgang des Sinus schaltet) und das liefert in der Sekundärspule einen hohen Spannungsimpuls.

    Die Einschaltstromspitzen entstehen bei induktiven Lasten, wenn man im Spannungsnulldurchgang einschaltet. Die geringsten Stromüberhöhungen hat man beim Einschalten im Spannungsmaximum.
    Das erzeugt aber keine Spannungsspitzen auf der Sekundärseite.
    Das Problem dürfte eher der Innenwiderstand des Trafos sein. Der Trafo wurde so bemessen, daß er bei Nennlast die Nennspannung hat. Dazu wurden ein paar Sekundärwicklungen mehr draufgepackt, um den Spannungsabfall am Innenwiderstand der Sekundärwicklung zu kompensieren. LEDs mit geringerem Leistungsverbrauch ziehen weniger Strom, was in einer höheren Sekundärspannung resultiert. Wenn die LEDs keinen ordentlichen Stromregler implementiert haben, sterben sie dann den Hitzetod. Das ist ein Dauerbetriebsthema und kein Transiententhema oder Einschaltthema.

  4. „Die Einschaltstromspitzen entstehen bei induktiven Lasten, wenn man im Spannungsnulldurchgang einschaltet. Die geringsten Stromüberhöhungen hat man beim Einschalten im Spannungsmaximum.“

    Ich bin heute zufällig mal wieder auf die Seite geraten. Es ist beim Trafo genau umgekehrt, wenn im Nulldurchgang eingeschaltet wird, gibt es keine Stromspitze, ist ja noch keine Spannung da.

    Die Stromspitzen entstehen, weil im Einschaltmoment der Eisenkern des Trafos noch nicht magnetisiert ist und sich das Magnetfeld erst noch aufbauen muss, im Kreis ist nur der ohmsche Widerstand der Primärwicklung wirksam und der ist besonders bei Ringkerntrafos relativ klein, weshalb die eine große Einschaltstromspitze produzieren (Eisenkern ohne Luftspalt). Die Güte eines Trafos drückt sich auch durch seine Kurzschlussspannung aus. Das ist die Spannung, die in der Sekundärwicklung abfällt, wenn der Trafo mit Nennstrom betrieben wird. Gute Trafos haben so um die 5% Kurzschlussspannung, schlechte 30% und mehr (hängt u.a. von der größe des Luftspalts ab). Klingeltrafos sind sogar kurzschlussfest, ist vorgeschrieben, damit der Trafo nicht brennt, wenn es einen Kurzschluss in der Klingelleitung gibt.

    Ich habe eine Leuchte 230/12 V AC mit GU 4 LED-Lampen ausgerüstet: Zuerst ist eine davon unter Blitzen verschieden und dann folgten in schneller Reihenfolge die nächsten – pitsch-pitsch-pitsch. Grund: Zu hohe Spannung durch die zu geringe Belastung des Trafos durch die LEDs, weil es ein "schlechter" Trafo ist. Jetzt steckt neben den LEDs eine normale Halogenlampe in einer Fassung, die reicht aus, um die Spannung herunter zu ziehen. Es müssen also nicht immer Netzspannungsspitzen sein, schon mal gar nicht, wenn da ein "richtiger" Trafo im Kreis ist. Hier bin ich ganz bei meinem Vorredner.

    • Es ist beim Trafo genau umgekehrt, wenn im Nulldurchgang eingeschaltet wird, gibt es keine Stromspitze, ist ja noch keine Spannung da.

      Sorry das ist falsch. Der Strom in der Induktivität ist: i(t) = 1/L Integral (u(t)dt). Bitte als u(t) mal einen Sinus annehmen und bitte bei 0,0 starten.
      Dann mal graphisch integrieren. Es wird ein Offset entstehen. Und dieser Offset sorgt für die Stromüberhöhung. Diese Stromüberhöhung ist in der Magnitude recht begrenzt und baut sich über einige Perioden langsam ab. Das kann bei starken Grundlasten zum Fallen der Sicherung führen. Das gilt bereits bei idealen Induktivitäten.

      Die kapazitiven Einschaltströme an Kondensatoren sind deutlich kürzer dafür aber viel höher. Dazu bei Bedarf die Datenblätter von Meanwell Netzteilen studieren, da stehen einige Werte drin.

      Die Stromspitzen entstehen, weil im Einschaltmoment der Eisenkern des Trafos noch nicht magnetisiert ist und sich das Magnetfeld erst noch aufbauen muss

      Das ist ein zusätzliches Phänomen. Und noch schlimmer als ein unmagnetisierter Trafo ist ein ungünstig vormagnetisierter Trafokern mit einer unglücklich gepaarten Einschaltmagnetisierung. Wenn dadurch der Kern weiter in die Sättigung getrieben wird, geht die Permabiität (Steigung der B vs H-Kurve) zurück und der Trafo reduziert den induktiven Widerstand => Stromüberhöhung.

      Tatsächlich am Schwierigsten bei Trafos mit kleinem ohmschen Verlustwiderstand und hoher Remanenz, also hochpermeablen, wenig gescherten Trafos, wie z.B. Ringkerntrafos. Man weiß i.a. im Einschaltmoment eben nicht, wie groß und in welcher Richtung die remanente gerade Induktion ist. Einfachste Gegenmaßnahme ist ein Vorwiderstand, der nach kurzer Zeit überbrückt wird. Mein 440VA Ismet-Trenntrafo hat sowas.

      Für leistungsstärkere Trafos gibt es Trafoschaltrelais, die den Trafo zuerst definiert vormagnetisieren. Aber da sind wir bereits weniger im Haushaltsbereich und eher im industriellen Bereich.

  5. @Jürgen
    Ich glaube, wir haben beide irgendwie recht, ich wollte die Theorie auf diesem Blog nicht so auswalzen.
    Sieht man den Trafo als Reihenschaltung aus ohmschen Widerstand und Induktivität ist der Strom im Einschaltmoment praktisch nur abhängig vom ohmschen Anteil, weil ja die Induktivität praktisch der einer Luftspule entspricht oder sogar durch entgegengesetzte Polung im Kern quasi Energie liefern kann. Der strombestimmende Teil ist dann der Widerstand und die Spannung. Schaltet man im Nulldurchgang ist der Strom zunächst auch Null, steigt dann 90° phasenverschoben aber bis zum Scheitelpunkt der Halbwelle an. Das kann dazu führen, dass der Kern in Sättigung geht, damit die Dauer der Induktivität als Luftspule verlängert und eine weitere Stromüberhöhung produziert, die nach wenigen Halbwellen abklingt. Schaltet man im Maximum, ist der durch den ohmschen Anteil entstehende Strom größer, klingt aber schneller ab, weil die Spannung im Verlauf der Halbwelle sinkt. Der maximale Wert hängt aber immer vom ohmschen Anteil ab, deshalb ist auch ein Vorwiderstand optimal, da er auch eine evtl. mögliche Sättigung im Kern verhindert. Ich bin kein Trafospezialist und kann im Moment die ohmschen und induktiven Anteile eines Trafos nicht quantifizieren.

  6. Danke für das interessante Artikel. In meiner Küche habe ich einen überdurchschnittlichen Verschleiß der LEDs an der Deckenlampe festgestellt. Meine Frau hat die ganze Lampe schon auswechseln wollen, obwohl diese mir Anschluß-technisch einwandfrei schien. Die Leuchtstoffröhre, die am gleichen Schalter bedient wird, hatte ich gar nicht im Verdacht…
    Bei der Gelegenheit noch eine Frage: die LED-Birnen, die durchbrennen, verursachen i.d.R. einen dauerhaften Kurzschluss – sie müssen aus der Fassung herausgenommen werden, damit die Lampe mit den restlichen Leuchten wieder angeknipst werden kann, ohne das die Sicherung rausfliegt. Ist das üblich? Ich finde es sehr unschön.

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