Wie Elektro-Normen die Entwicklung von Lichtlösungen positiv beeinflussen

Um innovative Produkte adäquat zu entwickeln, ist es wichtig, sich frühzeitig über sich ändernde Normen zu informieren.

Power over Ethernet, USB, IP X9 und PELV in der Welt der Beleuchtung – Das nächste EN 60598-1:202X-Update macht es möglich!

Frühzeitige Informationen über bevorstehende Änderungen in der Normungslandschaft erleichtern eine adäquate Produktentwicklung und bieten gleichzeitig für möglicherweise notwendige Modifikationen mehr Zeit. Manchmal ermöglichen solche Standardänderungen auch Kosteneinsparungen oder liefern neue Richtlinien zur Entwicklung innovativer Produkte.

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) erklärt hierzu auf ihrer Website: »Die IEC ist eine globale, gemeinnützige Organisation, die mehr als 170 Länder zusammenbringt und die Arbeit von 20.000 Experten koordiniert«, um Standards und Systeme (IECEE CB Scheme) zu definieren, die unter anderem eine Überprüfung der Gerätesicherheit ermöglichen.

Das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) übernimmt diese IEC-Normen in der Regel, entwickelt nationalen Abweichungen für die europäische Gemeinschaft und publiziert diese dann als die bekannten EN-Normen.

Im November 2020 wurde von der IEC eine aktualisierte Fassung der IEC 60598-1:2020 (Leuchten – Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen) veröffentlicht. Somit ist der Weg zur Aktualisierung der EN 60598-1:202X recht klar – wobei auch hier einige nationale Abweichungen zu erwarten sind. An dieser Stelle werden nun die wesentlichen Aspekten diskutiert. Wir möchten Ihnen hier einen Überblick liefern, was Sie erwarten sollten. Vielleicht erhalten Sie gleichzeitig schon heute eine Vorstellung davon, wie Sie dieses Wissen nutzen können.

Insgesamt wurden 39 Änderungen vorgenommen, wobei wir uns hier mit den drei nachfolgenden Neuerungen etwas intensiver befassen werden.

• Protective Extra Low Voltage (PELV) – die Verwendung dieses Schaltungstyps kann die Zuverlässigkeit von LED-Modulen, auch in der Gegenwart von Transienten, die das Modul zerstören könnten, erhöhen.
• Power over Ethernet (PoE) oder USB vereint die IT-Welt und die Beleuchtung.
• IP X9 – ein neues Schutzniveau gegen das Eindringen von Wasser – wichtig für die Reinigung von z.B. Tunnelleuchten.

Die Einführungen von PELV (Funktionskleinspannung mit elektrisch sicherer Trennung)

Die Idee einer PELV-Schaltung ist schon lange bekannt, fand aber nie in der Beleuchtung Verwendung, weil sie weder erlaubt noch erforderlich war. Seit etwa 2010, zeitgleich mit der breiten Einführung der LED in die Beleuchtungstechnik, wird in Normungskreisen dieser Schaltungstyp diskutiert, da er die Zuverlässigkeit der LED-Lichtquelle in der Gegenwart unvermeidbarer Transienten enorm erhöht.

Gehen wir zunächst darauf ein, was PELV eigentlich bedeutet und worin der Unterschied zur etablierten Sicherheitskleinspannung (engl. Safety Extra Low Voltage, SELV) besteht.

Im PELV-Fall wird die Sekundärseite des Treibers oder Steuergerätes mit der Funktionserde verbunden. Dies ist der entscheidende Unterschied zur SELV-Schaltung. SELV-Schaltungen dürfen nicht mit der Erde verbunden werden, während PELV diese Verbindung zulässt. Der Anschluss eines Pols an den Niederspannungs-Ausgang zur Erde ist jedoch nur unter bestimmten Bedingungen erlaubt. Diese sind in der der IEC/TR 63139 beschrieben sind. Die sicher relevanteste Bedingung ist die Begrenzung der maximalen Spannung der zugänglichen PELV-Pole – die bei 12V AC oder 30V DC liegt.

Wieso könnte PELV zukünftig in unseren Leuchten nützlich sein? Wie bereits erwähnt, ist die Hauptidee der Schutz der LEDs vor Transienten, es geht aber auch um die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Werden LEDs an einer SELV-Quelle betrieben, kann eine Potentialdifferenz zwischen den LED-Modulen und anderen Teilen der Leuchte, wie z.B. einem metallischen Gehäuse, auftreten. Dies verursacht die schädigende Spannungen. Die Problemlösung besteht darin, diese Bestandteile, also die LED-Schaltung und das Gehäuse miteinander zu verbinden, so dass die LEDs geschützt sind und zusätzlichen Spannungen nicht auftreten können.

Zur Realisierung der Erdung darf der Anschluss an die Schutzerde eines PELV-Kreises nicht zur Verbindung mit anderen Leuchten verwendet werden, um eine Überlastung des Leiters zu vermeiden. Die Spannungen der berührbaren freiliegenden Schaltungen werden auf 12 V rms und 30 V rms reduziert. Eine weitere wichtige Zusatzinformation ist, dass Klasse III-Leuchten ab sofort neben SELV auch in PELV geliefert werden können – sobald der EN Standard veröffentlicht wurde.

Stromversorgung über Ethernet – und USB

Der Einsatz von Power over Ethernet (PoE) bzw. USB bei der Stromversorgung ist der nächste logische Schritt in die »IT-powered« Beleuchtungswelt. Vernetzte Leuchten versprechen ein zweistelliges Wachstum und haben, wie hinlänglich bekannt, für viele Datenerfassungsanwendungen eine ideale Position im Raum. Die neue Version des Standards unterstützt also den Einsatz solcher »IT-Netzteile« in der Beleuchtungstechnik. Obwohl die Technologie seit Jahren in der IT-Welt etabliert ist – zum Beispiel zum Betrieb der Telekommunikationsinfrastruktur oder von Webcams –, gab es lange keinen Weg, um sie in der Beleuchtung zu verwenden. PoE könnte zur Stromversorgung von Leuchten bis 100 Watt eingesetzt werden – es gibt also ein breites Einsatzgebiet. Gleichzeitig eröffnet der Standard die Verwendung von USB-Stromquellengeräten.

Klasse III-Leuchten werden benötigt

Eine sichere Stromversorgung in der Welt der Informationstechnologie sollte der IEC 62368-3 (Audio-/Video-, Informations- und Kommunikationstechnologieausrüstung - Teil 3: Sicherheitsaspekte für die Gleichstromübertragung durch Kommunikationskabel und -anschlüsse) und einer Stromquelle (Power Source Equipment, PSE) entsprechen, die als ES1 klassifiziert wurde. Jetzt ist ES1 neu für die Lichtwelt, kann aber mit SELV gleichgesetzt werden. Ein solches Netzteil darf zukünftig zur Versorgung einer Leuchte der Klasse III verwendet werden. Damit formuliert die neue Version der Norm die Anforderungen an den Leuchtentyp (Klasse III) und formuliert keine Anforderung an die Stromquelle. Zusätzlich dazu werden neue Definitionen für Power Sourcing Equipment (PSE) – Power over Ethernet (PoE) – Universal Serial Bus (USB) und schließlich Informations-Technologie Verkabelung eingeführt.

Insbesondere für Tunnelleuchten ist die neue Schutzart IP X9 relevant.

Die neue Schutzart – IP X9

Es ist bekannt, dass die erste Ziffer das Schutzniveau gegen feste Partikel wie Staub und so weiter angibt. Die zweite Ziffer liefert eine Information bzgl. der Wasserdichtigkeit. Zusätzlich wird es zwei Temperaturen geben, bei denen der Test durchgeführt wird.

• Wassertemperatur von 80 (± 5) °C – IP X9

• Wassertemperatur von 15 (± 10) °C – IP X9 (15 °C)

Der Test

Der Test erfolgt bei hohem Druck und hoher oder niedriger Wassertemperatur. Für kleine Gehäuse – maximale Dimension bis 250 mm –  für 2 Minuten. Bei größeren Abmessungen (größer oder gleich 250 mm) beträgt die Prüfdauer 1 min/m2 der Gehäusefläche (ohne Montagefläche) mit einer Mindestdauer von 3 Minuten. Die Kraft, die dabei auf das Gehäuse einwirkt, muss zwischen 0,9 und 1,2 Newton bei einem Volumenstrom von 15 Litern pro Minute und der Druck zwischen 80 und 100 bar liegen.

Eine entsprechende Qualifizierung von Tunnelleuchten könnte eine der möglichen Anwendungen sein. Solche Leuchten werden im Betrieb mit heißem Wasser und hohem Druck gereinigt. So könnte die neue IP X9-Bewertung zu einem Unterscheidungsmerkmal werden, das dem Benutzer der Beleuchtungsanlage ein höheres Maß an Vertrauen in solche Produkte gibt.

36 weitere Änderungen

Wenn Sie weitergehende Informationen zu den hier behandelten Themen erhalten möchten und gleichzeitig an einem detaillierten Überblick über die weiteren 36 Änderungen interessiert sind, bieten wir Ihnen ein 60-minütiges On-Demand-Webinar in Englischer Sprache an. Dies können Sie sich jederzeit nach Registrierung anschauen.

UL-geprüfte LED-Lampe der Firma GE.

Wie UL helfen kann

Im Allgemeinen sollten IEC-basierte CB-Zertifikate, die einen Baustein für den globalen Marktzugang und schließlich die Grundlage für alle EN-Standards darstellen, nicht älter als drei Jahre sein. UL bietet Ihnen einen speziellen Service an, um Ihre vorhandenen Zertifikate zu analysieren und gegebenenfalls erforderliche Re-Testungen zu besprechen. Ein Update der IEC basierenden CB-Zertifikate ist folglich ab sofort möglich.

Gleichzeitig können Sie sich schon jetzt ein Bild davon machen, ob Produktdesignänderungen sinnvoll sind. Bei den heute vergleichsweise kurzen Produktlebenszyklen werden in der Regel derartige Modifikationen mit der nächsten LED-Generation implementiert, sodass die 36-monatige Übergangsfrist für das Update der ENEC-Zertifikate bzw. der CE-Erklärung nach erfolgter Publikation des Standard-Updates zur Adaption der Neuerungen ausreicht.

Autoren

Fausto Pozzi - Principal Design Engineer, UL
Dr. Hans Laschefski - Industry Marketing Manager, UL

[UL ist Sponsor der LICHT2021]