EMI-Filter für die Straßenbeleuchtung

Elektromagnetische Interferenz (EMI) wird oft als „elektrostatische Energie“ oder „Interferenz“ bezeichnet. Es handelt sich um eine von außen erzeugte Störung, die die Leistung eines elektrischen Schaltkreises beeinträchtigen kann. Können Sie sich noch an die Zeiten erinnern, als auf dem Fernsehbildschirm Linien erschienen, wenn gleichzeitig ein Staubsauger oder ein Mixer lief? Es handelte sich um eine Folge von EMI. EMI kann sich insbesondere auf AM-Radio auswirken, aber auch auf UKW-Radio, Mobilfunk und andere Kommunikationsgeräte wie Fernbedienungen, Notrufgeräte, Fernsehgeräte und manchmal sogar Hörgeräte.

LED-Beleuchtung erzeugt keine EMI. Die EMI wird von den elektronischen Treibern erzeugt, die die LED mit Strom versorgen. Die Einführung dieser Treiber ersetzt die elektromagnetischen Vorschaltgeräte, welche mit einer viel niedrigeren Frequenz (60 Hz) arbeiten. Elektronische Treiber arbeiten mit 20–60 kHz, also mit der 50–200-fachen Frequenz eines magnetischen Vorschaltgeräts, und erzeugen aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeit wesentlich höhere EMI-Werte. Der Preis dafür ist, dass diese Treiber mit höheren Frequenzen viel kleiner, leichter, leiser und effizienter sind.

Leider gibt es in der Beleuchtungsindustrie nur sehr wenige Vorschriften in Bezug auf EMI. Die Hersteller von Beleuchtungsanlagen halten sich daher an die FCC-Spezifikation und verwenden Ferritperlen und verschiedene Abschirmungstechniken. Diese Technik reicht aus, um die FCC-Spezifikation Teil 15 zu erfüllen, was für Laborbedingungen ausreichend ist – aber für die Anwendung in der Straßenbeleuchtung nicht ausreicht.

Genau das war der Fall, als die Stadt Amarillo, Texas, die Montage einer Reihe von LED-Straßenlaternen testete. Ein „besorgter Bürger“ berichtete, dass es nach der Montage der LED-Leuchten zu erheblichen Radiointerferenzen auf der AM-Frequenz kam. Nach einer eingehenden Analyse wurde festgestellt, dass die Leuchte die Ursache des Problems war. Eine geringe Menge an HF-Rauschen kann sich in die Strom- oder Erdleitung einkoppeln, die dann als Strahlungsantenne dient. Die Länge der Stromleitung, die das Rauschen koppelt, bestimmt, welche Frequenzen gut abgestrahlt werden. Da es viele verschiedene Leitungslängen gibt, können die Auswirkungen für jedes Haus in ein und derselben Nachbarschaft unterschiedlich ausfallen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass diese Interferenz (Störung bzw. Rauschen) durch die Leitungsführung in die Leuchte zurückgeführt werden und durch Resonanzen im Stromkreis oder das Fehlen einer speziellen Erdungsleitung verstärkt werden.

Wie verhindern wir also, dass diese Störquellen unsere anderen Geräte stören? Wir stoppen sie an der Quelle, bevor sie Probleme verursachen können. EMI-Filter sind so konzipiert, dass sie störende hohe Frequenzen mithilfe eines Tiefpass- oder L-C-Filters herausfiltern. Diese Filter bestehen in der Regel aus passiven Bauteilen wie Drosseln (L) und Kondensatoren (C). Die Drossel ist gegenüber niederfrequenten oder Gleichströmen durchlässig, während sie hochfrequente Ströme blockiert. Der Kondensator bietet einen niederohmigen Pfad, um das hochfrequente Rauschen vom Eingang des Filters weg und entweder zurück in die Stromversorgung oder in den Masseanschluss zu leiten. Im folgenden Schaltplan werden die Widerstände zur Ableitung der „gefilterten“ Last verwendet, um das Rauschen abzufangen – noch bevor es sich mit anderen Teilen des Systems verbinden kann.

Der Filter muss nicht nur die EMI-Vorschriften erfüllen, sondern auch die Sicherheitsnormen einhalten. Bei Netzbetrieb wird die Erwärmung des Induktors gemessen und der elektrische Mindestabstand zwischen Leitung, Nullleiter und Erde kontrolliert. Dadurch wird die Gefahr von Bränden und Stromschlägen verringert. Die Kondensatoren sind je nach ihrer Position im Stromkreis auch einzeln sicherheitszertifiziert. An den Eingangsklemmen werden spezielle „X“-Kondensatoren verwendet, um einen Kurzschluss und eine mögliche Brandgefahr zu verhindern. „Y“-Kondensatoren sind vom Wechselstromkreis mit der Erde verbunden und verhindern die Möglichkeit eines elektrischen Schlags.
Die EMI-Filter der FB-Serie von TE bieten die ideale Lösung für derartige Probleme bei der Straßenbeleuchtung. Diese Serie ist für 277 V AC zugelassen, was für die meisten Beleuchtungsanwendungen geeignet ist. TE hat auch die UL-Anerkennung und eine UL-Zulassung erhalten. Die FB-Serie unterstützt ebenfalls die Verwendung von massiven Kupferzuleitungen, welche von der Beleuchtungsindustrie bevorzugt wird. Fast alle EMI-Filter sind bis nur 250 V AC zugelassen, was das Produkt von TE zu einer sofortigen Lösung für Beleuchtungskunden macht. Wie unten gezeigt, sollte der EMI-Filter so nah wie möglich am Vorschaltgerät oder Treiber platziert werden, um zu verhindern, dass sich HF über die Leiter ausbreitet und wie eine Sendeantenne wirkt.

Obwohl das Hinzufügen eines EMI-Filters die Kosten für das Gesamtdesign erhöht, werden potenzielle Beschwerden von Anwohnern oder anderen Benutzern der Straßenbeleuchtung vermieden, die aufgrund von EMI-Interferenzen auftreten. Durch den Vorabschutz wird eine komplexe und kostspielige Analyse der Störungsquelle vermieden. Die FCC-Spezifikation besagt Folgendes: „Die für die Konformität der Geräte verantwortlichen Parteien sollten beachten, dass die in diesem Teil angegebenen Grenzwerte schädliche Interferenzen nicht unter allen Umständen verhindern können.“ (FCC Teil 15, Abschnitt 15.15, Absatz c).
Das bedeutet, dass eine Leuchte unter Laborbedingungen zulässig ist, jedoch nicht, wenn sie von Verteileranlagen, Umspannwerken und Übertragungsleitungen sowie anderen potenziellen Störquellen umgeben ist.