Die aktuelle LED Beleuchtung ist im Betrieb sehr sparsam. Beim Einschalten wird aber kurzzeitig ein sehr hoher Strompeak erzeugt. Dieser Einschaltstrom entsteht durch das kapazitive Verhalten von LED Lampen. In diesem Artikel erfährst du die Hintergründe des Einschaltstroms und welche Auswirkungen dadurch entstehen können. Außerdem findest du Möglichkeiten zur Begrenzung des Einschaltstroms.
LED Einschaltstrom
Vielleicht bist du gerade in folgender Situation: Du hast die neue LED Beleuchtung installiert und willst diese zum ersten Mal einschalten. Nach dem Druck auf den Lichtschalter löst jedoch sofort die Sicherung aus. Die neuen Lampen bleiben dunkel. Ein zu hoher Einschaltstrom kann gerade bei Schaltkreisen mit mehreren LED Lampen die Ursache für das Auslösen der Sicherung sein.
Natürlich könnte auch eine defekte Lampe die Sicherung auslösen. Um das auszuschließen, solltest du die LED Leuchtmittel nach Möglichkeit einmal einzeln testen. Funktionieren alle Lampen beim Einzelbetrieb, stellt der hohe Einschaltstrom in Summe das Problem dar.
Technischer Hintergrund
Der Einschaltstrom ist der elektrische Strom, der direkt nach dem Einschalten der Lampe fließt. Bei den alten Glühlampen entsteht der Einschaltstrom durch die kalte Glühwendel und kann das bis zu 15-fache der normalen Leistungsaufnahme erreichen. Dieser hohe Strom fließt nur direkt nach dem Einschalten und klingt innerhalb von ca. 50 Millisekunden auf die normale Stromaufnahme ab.
Einschaltstrom bei LED Lampen
LED Lampen sind im Betrieb sehr sparsam. Das Problem mit dem Einschaltstrom hat sich bei der Verwendung von LEDs jedoch verschärft. Für die korrekte Funktion einer LED wird eine kleine Gleichspannung benötigt. Diese wird in den meisten Leuchtmitteln durch ein integriertes Netzteil bzw. einen LED Treiber aus der 230V Netzspannung erzeugt. Die dabei verwendeten Schaltnetzteile stellen eine kapazitive Last dar.
Diese Schaltnetzteile erzeugen Einschaltströme vom bis zu 100-fachen Nennstrom. Der extrem hohe Strom hält bei LED Lampen aber nur für wenige Mikrosekunden an. Für die Auslösecharakteristik der im Haushalt verwendeten Sicherungsautomaten stellt diese Form des Einschaltstroms im Normalfall kein Problem dar.
Durch Parallelschaltung mehrerer LED Lampen addieren sich jedoch die Einschaltströme. Ab einer gewissen Anzahl kann das zu den hier beschriebenen Problemen führen.
Einschaltstrom bei LED Trafos
Ein LED Trafo kommt bei allen Niedervolt Installationen zum Einsatz. Typischerweise werden mehrere LED Leuchtmittel von dem Netzteil gespeist. Jedes Leuchtmittel enthält einen eigenen LED Treiber. In dem Treiber sind Kondensatoren verbaut, die beim Einschalten erst aufgeladen werden müssen. Dieser Ladestrom sorgt für den Einschaltstrom des Leuchtmittels.
Auch der Trafo selbst besitzt ein kapazitives Verhalten, was für einen hohen Einschaltstrom sorgt. Der Effekt lässt sich auch bei vielen Steckernetzteilen beobachten. Beim Einstecken in die Steckdose ist oft ein Funken oder Knistern zu erkennen. Der Einschaltstrom beim LED Trafo entsteht also sowohl durch den Trafo selbst, als auch durch alle damit versorgten Leuchtmittel. Die Ströme aller LED Treiber und des Trafos summieren sich.
Durch Parallelschaltung mehrerer LED Leuchtmittel an einem Trafo addieren sich die Einschaltströme. Ab einer gewissen Anzahl kann das zu den hier beschriebenen Problemen führen.
Einschaltstrom berechnen
Der Einschaltstrom kann theoretisch mit Hilfe des ohmschen Gesetzes berechnet werden. Die Betriebsspannung für die Berechnung ist bekannt. Der Innenwiderstand (Ersatzwiderstand) einer LED Lampe oder eines Trafos im Moment nach dem Einschalten ist aber unbekannt. Deshalb lässt sich der Einschaltstrom aufgrund der fehlenden Angabe nicht berechnen.
Der Einschaltstrom kann höchstens mit einem entsprechend schnellen Messgerät an der jeweiligen Elektroinstallation gemessen werden. Ein Blick ins Datenblatt vom LED Treiber oder Netzteil kann aber weiterhelfen. Hier wird die gesuchte Angabe aber selten als Einschaltstrom bezeichnet. Häufiger findest du dort die Bezeichnung Inrush current. Nicht alle Hersteller geben den Wert im Datenblatt an.
Da die Berechnung des Einschaltstroms in den meisten Fällen nicht möglich ist, hilft nur ein Blick ins Datenblatt. Ist hier kein Inrush current angegeben, könnte eine Nachfrage beim Hersteller weiterhelfen.
Auswirkungen und Nebenwirkungen
Ein hoher Einschaltstrom ist durch das kapazitive Verhalten von LED Lampen nicht untypisch. Bei den meisten Anwendungsfällen im Haushalt stellt dieser Einschaltstrom auch kein Problem dar. Schwierigkeiten treten meist dann auf, wenn eine größere Anzahl an Leuchtmitteln an einem Schaltkreis betrieben werden. Dabei können folgende Auswirkungen entstehen.
Sicherung löst aus
Die heutzutage verwendeten Sicherungsautomaten besitzen zwei Schutzmechanismen. Zum Einen gibt es einen Überlastschutz, welcher durch Erwärmung zeit- und stromabhängig ausgelöst wird. Der zweite Mechanismus ist ein Kurzschlussschutz, welcher stromabhängig arbeitet und sehr schnell auslöst. Bei einem zu hohen Einschaltstrom löst der Kurzschlussschutz der Sicherung aus.
Wenn die Sicherung beim Einschalten regelmäßig auslöst, ist ein zu hoher Einschaltstrom die Ursache. Die hier beschriebene Begrenzung des Einschaltstroms sollte Abhilfe schaffen.
Lichtschalter verschleißt
Ein sehr hoher Einschaltstrom beansprucht die mechanischen Schaltkontakte innerhalb eines Lichtschalters sehr stark. Das kann zu einem erhöhten Verschleiß und damit zu einer kurzen Lebensdauer des Lichtschalters führen. Dein Lichtschalter könnte davon betroffen sein, wenn es beim Einschalten sichtbar funkt oder wenn ein knistern zu hören ist.
Wenn der Lichtschalter nach dem Umstellung auf LED plötzlich funkt oder knistert, ist ein zu hoher Einschaltstrom die Ursache. Die hier beschriebene Begrenzung des Einschaltstroms sollte Abhilfe schaffen.
Relais klebt fest
In modernen Elektroinstallationen werden immer weniger klassische Lichtschalter verwendet. Stattdessen wird hier mit einem Taster oder einer Fernbedienung ein Schaltaktor angesteuert. Dieser Schaltaktor enthält meistens ein Relais, welches letztendlich den Schaltkreis mit der LED Beleuchtung einschaltet. Das Relais besitzt wiederum mechanische Kontakte, um den Stromfluss herzustellen.
Ein sehr hoher Einschaltstrom sorgt für eine Funkenbildung innerhalb des Relais. Ähnlich wie bei einem klassischen Lichtschalter verschleißen dadurch die Kontakte sehr schnell. Im schlimmsten Fall können die Kontakte sogar festkleben. In diesem Fall lässt sich die Beleuchtung nicht mehr ausschalten. Der Schaltaktor muss ausgetauscht werden.
Wenn die Relaiskontakte im Schaltaktor festkleben, ist ein zu hoher Einschaltstrom die Ursache. Die hier beschriebene Begrenzung des Einschaltstroms sollte Abhilfe schaffen.
Einschaltstrom begrenzen
Wenn die zuvor aufgeführten Probleme auftreten, ist der Einschaltstrom der LED Beleuchtung definitiv zu hoch. In diesem Fall sollte der Einschaltstrom mit technischen Mitteln begrenzt werden. Gängige Einschaltstrombegrenzer arbeiten mit einem NTC-Widerstand oder einem Nulldurchgangsschalter.
NTC Einschaltstrombegrenzer
Ein NTC-Widerstand ist ein sogenannter Heißleiter. Die Abkürzung NTC steht dabei für Negative Temperature Coefficient. Im kalten Zustand besitzt ein NTC einen hohen Widerstand, im erwärmten Zustand sinkt dessen Widerstand. Durch dieses Verhalten kann der Einschaltstrom von kleinen LED Installationen auf einfache Weise reduziert werden.
Ein Einschaltstrombegrenzer mit einem NTC-Widerstand ist ein passives Element. Diese Module sind günstig und kompakt und lassen sich beispielsweise in der Schalterdose oder im Lampengehäuse installieren. Eine gängige Variante ist das eQ-3 ESB1 Modul.
Bei zu hohen Einschaltströmen von mobilen Elektrogeräten ist der eQ-3 ESB 54 in Form eines Zwischensteckers die bessere Wahl.
Nulldurchgangsschalter
Ein Nulldurchgangsschalter ist ein aktiver Einschaltstrombegrenzer. Hier sorgt eine elektronische Schaltung dafür, dass die angeschlossenen LED Lampen im Nulldurchgang der Sinuskurve der 230V Wechselspannung eingeschaltet werden. So lässt sich der Einschaltstrom effektiv und wiederholgenau reduzieren.
Ein Einschaltstrombegrenzer mit einem Nulldurchgangsschalter ist ein aktives Modul. Nulldurchgangsschalter sind leistungsmäßig für größere Installationen ausgelegt und werden meistens im Sicherungskasten installiert. Eine professionelle Lösung ist das Finder Relais FIN 77.11.8.230.8250.
Fazit
Der Einschaltstrom von LED Lampen wird oftmals beim Parallelbetrieb mehrerer Leuchtmittel zu einem Problem. Sicherungen lösen regelmäßig aus oder Schaltkontakte verschleißen sehr schnell. Mit einem Einschaltstrombegrenzer lässt sich der Einschaltstrom effektiv reduzieren.
