La luce è energia Protezione da sovratensioni nell'illuminazione stradale a LED

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1 La luce è energia Protezione da sovratensioni nell'illuminazione stradale a LED Come contenere i costi grazie ad un funzionamento durevole e ad alta efficienza energetica La luce è OSRAM

2 La tecnologia a LED cambia volto all'illuminazione stradale Le tecnologie innovative aiutano urbanisti e comuni a ridurre i costi e i consumi energetici. I sistemi a LED per l'illuminazione stradale sono ritenuti particolarmente efficienti e favoriscono il risparmio energetico. I comuni che ancora utilizzano sistemi di illuminazione tradizionali, devono sostenere costi rilevanti per i consumi energetici dell'illuminazione stradale. In questo settore sussiste ancora un notevole potenziale di risparmio, soprattutto perché in diverse località trovano ancora impiego impianti di illuminazione stradale obsoleti. Grazie alla loro efficienza e durata, i sistemi a LED sono sempre più utilizzati nell'illuminazione outdoor, andando a sostituire le lampade ai vapori di mercurio usate fino ad oggi. Oltre ad offrire un vantaggio economico, i sistemi a LED sono facilmente controllabili. Infatti, durata e intensità della luce possono essere gestite in modo ottimale, adeguando l'illuminazione ad ogni specifica esigenza. Costi ridotti ed illuminazione in funzione delle reali necessità Gli apparecchi di illuminazione stradale a LED hanno ancora un costo di prima installazione elevato, che si ammortizza però molto rapidamente grazie ad una serie di vantaggi: lunga durata possono raggiungere fino a ore di esercizio ridotte percentuali di guasto i costi per la sostituzione/riparazione sono minimi consumo energetico contenuto nell'illuminazione stradale sono di solito sufficienti moduli LED da 20 a 60 W regolazione flessibile dell'intensità luminosa tramite reti di controllo e sensori appropriati, è possibile regolare l'intensità luminosa ad es. limitandola negli orari di traffico ridotto, con un conseguente risparmio energetico Requisiti in materia di consumo energetico e ambiente A partire da aprile 2015 il Regolamento CE n. 245/2009 (derivato dalla Direttiva EcoDesign) vieta l'immissione sul mercato delle lampade ai vapori di mercurio poiché non soddisfano più i requisiti in materia di efficienza energetica. Parallelamente la trasformazione degli impianti di illuminazione stradale già esistenti, può essere considerata sostenibile e razionale sia dal punto di vista economico sia ecologico. 2

3 I moduli LED richiedono di essere protetti da sovratensioni Un impiego economicamente vantaggioso degli apparecchi a LED è possibile soltanto se si raggiunge la durata di esercizio prevista. Eventuali benefici economici possono perdersi in caso di guasto anticipato e conseguente necessaria sostituzione dei moduli LED. Al contrario delle lampade ai vapori di mercurio, i diodi luminosi (LED) sono progettati esclusivamente per basse tensioni d'esercizio e sono pertanto più sensibili alle sovratensioni. Un discorso analogo vale anche per i dispositivi elettronici necessari per alimentarli (driver LED). Nell'impiego pratico è emerso che i moduli LED non sono in grado di resistere alle sovratensioni a cui possono essere sottoposti nelle installazioni stradali senza adeguate protezioni. Una protezione efficace dei sistemi di illuminazione a LED è dunque indispensabile. I produttori di sistemi a LED progettano tipicamente i driver LED per resistere a sovratensioni da 2 kv a 4 kv. Questa protezione, però, non è sufficiente per gli impianti di illuminazione stradale. Glossario Modulo LED Il modulo LED monta dei diodi luminosi su un circuito elettronico. L'alimentazione elettrica e il comando avvengono mediante il driver LED. Driver LED Il driver LED alimenta il modulo LED convertendo la tensione di rete in corrente costante. A seconda del modello, è possibile regolare l'intensità luminosa (funzione dimmer). Di solito il driver LED viene montato all'interno dell'apparecchio di illuminazione, a monte del modulo LED. 3

4 Come si origina una sovratensione? Si parla di sovratensione quando il valore della tensione nominale in rete viene superato in modo signifi cativo. La sovratensione può avere cause diverse, e può essere provocata da uno dei seguenti fenomeni: Processi di commutazione/modifica del carico nella rete elettrica Questi fenomeni generano sovratensioni fi no a 6 kv e si presentano molto più spesso rispetto a sovratensioni dovute alla caduta di fulmini (fi no a qualche decina di volte ogni anno). Caduta di fulmini nelle vicinanze dell'installazione Attraverso accoppiamenti induttivi o capacitivi, questo fenomeno genera sovratensioni molto elevate fi no a diverse decine di kv in funzione della distanza dal punto di caduta del fulmine. Caduta di fulmini direttamente sull'apparecchio stradale Questo fenomeno genera impulsi ad alta energia che non possono essere deviati dal sistema a LED con protezioni economicamente sostenibili. Scarica elettrostatica Questa sovratensione deriva da elettricità per attrito e si verifi ca soprattutto durante gli interventi di manutenzione, se non si applicano adeguate misure protettive da ESD (Electro Static Discharge). 4

5 Quali sono gli effetti delle sovratensioni? Sovratensioni di ridotta entità non comportano necessariamente l'immediato guasto di moduli LED o driver LED privi di protezione, ma se si verificano ripetutamente possono provocare il deterioramento precoce dei LED e, di conseguenza, una durata ridotta limitando il vantaggio economico della tecnologia LED. Elevate sovratensioni, ad es. quelle che possono presentarsi in caso di caduta di fulmini, si traducono invece nel guasto immediato dei moduli LED o driver LED, nel caso in cui non siano state attuate misure protettive efficaci. Le sovratensioni provocano correnti elevate (impulsi di energia) nel driver LED e nel modulo LED. Questo fenomeno può avere diversi effetti: guasto parziale o totale dei moduli LED deterioramento più rapido dei moduli LED e, di conseguenza, durata ridotta guasto del driver LED guasto dell'interfaccia di comando Differenze per aree geografi che In Europa, la caduta di fulmini non avviene in maniera uniforme su tutto il territorio. Ad esempio, in Germania si contano in media tra 1,5 e 2,5 milioni di fulmini caduti ogni anno, con sensibili differenze tra una regione e l'altra. Oltre alla frequenza regionale, si registra anche un picco di frequenza stagionale. In particolare nei caldi mesi estivi la frequenza dei fulmini aumenta. Nella progettazione delle misure di protezione antifulmine bisognerebbe tenere conto delle differenze geografiche (v. mappa). I driver LED OSRAM adottano una protezione integrata da sovratensione sufficiente nella maggior parte delle situazioni. In aree geografiche con un'elevata frequenza di fulmini si consiglia l'impiego di misure di protezione antifulmine integrative. 70 N N N N Densità dei fulmini (fulmini per km2 all'anno) N 10 W 0 10 O 20 O 30 O 0 British Crown Copyright Fonte: Met Office Mappa della densità dei fulmini in Europa: per aree geografiche specifiche consultare Internet inserendo la chiave di ricerca "densità fulmini". 5

6 Protezione da sovratensione, cosa fare? Come si può realizzare la miglior protezione possibile da sovratensioni? Non esiste una soluzione standard. Nella progettazione occorre tenere in debita considerazione le condizioni esistenti a livello locale, poiché le sovratensioni e la caduta di fulmini possono differire sensibilmente a livello di area geografi ca e le misure da adottare dipendono dalle altre installazioni esistenti. Protezione da sovratensione nel driver LED Il driver LED dovrebbe già avere incorporata una protezione di base da sovratensione. I driver LED standard garantiscono una protezione da sovratensione da 2 kv a 4 kv. I driver LED OSRAM delle serie OPTOTRONIC 2DIM, 3DIM e 4DIM integrano un'effi cace protezione da sovratensione e possono sopportare sovratensioni fi no a 8 kv a seconda della famiglia di prodotto. Nella valutazione delle protezioni da sovratensione, occorre distinguere tra sovratensioni di modo comune, misurate tra l alimentazione di rete (fase e neutro) e la messa a terra, e sovratensioni di modo differenziale (tra la fase (L) e il neutro (N)). 2. Protezione di modo differenziale Nell'impiego pratico, tra fase (L) e neutro (N) non si presentano sovratensioni così elevate perché i picchi di tensione vengono soppressi da altri apparecchi collegati alla rete. Per questa ragione è suffi ciente una protezione più bassa da sovratensione. A seconda della famiglia di prodotto, OSRAM integra quindi una protezione fi no a 6 kv. I valori di tensione indicati sono ottenuti nella classe di isolamento I e nella classe di isolamento II. Ciò è di particolare importanza soprattutto per le installazioni realizzate in tempi recenti, poiché queste rientrano principalmente nella classe di isolamento II. 1. Protezione di modo comune Le sovratensioni di modo comune sono ad esempio generate dalla caduta di fulmini. Tipicamente i valori di sovratensione possono raggiungere livelli molto elevati. A seconda della famiglia di prodotto, OSRAM integra quindi una protezione fi no a 8 kv. Modulo LED-Modul Driver LED-Treiber con protezione mit da sovratensione Überspannungsschutz 6

7 Il collegamento EQUI, una caratteristica speciale di OSRAM I driver LED OSRAM delle serie OPTOTRONIC 2DIMLT2, 3DIMLT+ e 4DIMLT2 sono provvisti di un collegamento EQUI (equipotenziale). Collegamento EQUI (equipotenziale): EQUI Questo collegamento permette di collegare parti diverse dell'impianto di illuminazione allo stesso potenziale, e riduce sensibilmente le sovratensioni presenti sul modulo LED. Con il concetto di collegamento EQUI messo a punto da OSRAM si può realizzare una protezione da sovratensione più elevata rispetto ai driver LED standard senza compensazione del punto equipotenziale. In caso di impulso di sovratensione, il collegamento EQUI permette la sua deviazione attraverso il dissipatore del modulo LED o l'involucro dell'apparecchio di illuminazione. In questo modo la corrente dell'impulso di sovratensione non attraversa più il modulo LED. Ohne Senza EQUI: Energieimpuls l'impulso di energia geht attraversa il das modulo LED-Modul durch kv EQUI-Anschluss Collegamento EQUI Con Mit EQUI: l'impulso Energieimpuls di energia wird über viene Potentialausgleich abgeleitet scaricato tramite il collegamento equipotenziale kv Efficace protezione integrata nel driver LED La protezione integrata nei driver LED OSRAM delle serie 2DIM, 3DIM e 4DIM impedisce, a seconda della famiglia di prodotto, danni da sovratensione fi no a 8 kv. Questa protezione di base è spesso già suffi ciente per aree con densità di fulmini ridotta o media. In aree con maggiore frequenza di fulmini, la protezione può essere migliorata con l'ausilio di misure integrative nella cabina principale di distribuzione e nelle relative scatole di derivazione alla base del palo. Glossario Classe di isolamento I (PC I) Tutti le parti accessibili ed elettricamente conduttive del sistema di illuminazione sono collegate alla terra di protezione della rete elettrica. In caso di guasto, l'interruttore differenziale scollega la rete dalle parti accessibili ed elettricamente conduttive. Classe di isolamento II (PC II) I sistemi di illuminazione di classe di isolamento II devono essere provvisti di un isolamento doppio, in modo da garantire due barriere di sicurezza. In questo modo si evitano pericoli in caso di guasto di una delle due barriere. In questo caso non è presente il conduttore di terra di protezione. 7

8 Protezione da sovratensione integrata nella cabina di distribuzione principale della rete di illuminazione stradale La cabina principale dell'impianto di illuminazione stradale è l'elemento centrale di distribuzione dell'energia elettrica. Qui avviene la distribuzione dell'alimentazione dall'allacciamento principale ai singoli apparecchi di illuminazione stradale. In questo punto le sovratensioni che si presentano nella rete di alimentazione provocate direttamente o indirettamente dalla caduta di fulmini, possono essere soppresse centralmente con una protezione da sovratensione prima che possano raggiungere i singoli apparecchi. La protezione da sovratensione nella cabina di distribuzione è facilmente accessibile in caso di manutenzione. In caso di guasto, è possibile una sostituzione rapida a costi contenuti. I dispositivi di protezione nella cabina proncipale sono fondamentalmente varistori e spark-gap, i quali sopprimono l'alta energia degli impulsi fi no a qualche decina di ka. Installare un dispositivo di protezione di tipo 1 & 2 da sovratensione nella cabina principale è comunque un investimento corretto dal punto di vista economico. Protezione Überspannungsschutz da sovratensione im nella cabina Straßenbeleuchtungs-Hauptverteiler di distribuzione principale dell'illuminazione stradale Protezione da sovratensione integrata nella scatola di derivazione Il collegamento dell'apparecchio di illuminazione alla rete elettrica viene effettuato nella scatola di derivazione alla base del palo. Una protezione da sovratensione integrata in questa posizione protegge da sovratensioni derivanti da caduta diretta o indiretta di fulmini nella linea di alimentazione posta a valle della cabina di distribuzione dell'illuminazione stradale. La protezione da sovratensione nella scatola di derivazione è facilmente accessibile per il suo montaggio, o per interventi di manutenzione e sostituzione. Questa misura supplementare ha davvero senso se la distanza del palo dalla cabina di distribuzione è grande, e se la frequenza di caduta di fulmini è elevata. Protezione Überspannungsschutz da sovratensione im nella Kabelübergangskasten scatola di derivazione Protezione da scarica elettrostatica La scarica elettrostatica rappresenta un pericolo per i moduli LED, soprattutto in fase di montaggio e manutenzione. Il personale addetto alla manutenzione dovrebbe pertanto verifi care che il collegamento all'equipotenziale sia conforme da un punto di vista ESD (ad es. svolgimento dei lavori con un bracciale di messa a terra). Ciò vale soprattutto per i moduli LED senza protezione ESD integrata. 8

9 La sfida per progettisti e gestori Progettisti e gestori di impianti di illuminazione stradale si trovano ad affrontare la sfida di trovare soluzioni di illuminazione il più possibile economiche attenendosi, allo stesso tempo, alle direttive e alle norme attualmente vigenti. Questo non è compito facile. I driver dei sistemi di illuminazione a LED OSRAM con protezione da sovratensione sono perfettamente idonei a soddisfare questo requisito. Norme importanti Per le soluzioni di illuminazione a LED in ambito stradale sussistono in Europa delle norme rilevanti che devono essere osservate tassativamente. Di seguito è riportato un estratto delle norme principali: IEC , ED7, ED8 Apparecchi di illuminazione Parte 1: Prescrizioni generali e prove IEC Parte 2-3: Prescrizioni speciali per apparecchi per illuminazione stradale IEC Prescrizioni di immunità EMC IEC Immunità a scariche elettrostatiche (ESD) IEC /8 Campi elettromagnetici ad alta frequenza IEC Transitori elettrici veloci IEC Immunità ad impulso IEC Immunità ai disturbi condotti, indotti da campi a radiofrequenza La scelta di una soluzione economicamente lungimirante La protezione integrata nel driver LED, invece, dovrebbe essere prevista in ogni caso ed essere il più possibile efficace. Il vantaggio economico è molto rilevante in proporzione ai costi. In molte regioni è già sufficiente una resistenza alla sovratensione di 6 kv e non sono necessarie misure aggiuntive. Nelle norme IEC si richiede una resistenza alla sovratensione da 1 kv a 6 kv, a seconda dell'impiego dell'apparecchio di illuminazione. In applicazioni outdoor sono richiesti almeno 6 kv. 9

10 OPTOTRONIC Driver LED di OSRAM I driver LED OSRAM dimmerabili delle serie OPTOTRONIC 2DIMLT2, 3DIMLT+ e 4DIMLT2 sono concepiti per l'impiego in ambito outdoor, e sono pertanto perfettamente idonei anche all'impiego per l'illuminazione stradale. L'elettronica di sovratensione integrata garantisce protezione fi no a 8 kv a seconda della famiglia di prodotto. Panoramica driver LED OSRAM per esterni OPTOTRONIC 2DIMLT2 3DIMLT+ 4DIMLT2 Protezione da sovratensione Protezione da sovratensione L - N 6 kv / 2 Ohm 4-6 kv / 2 Ohm 6 kv / 2 Ohm Protezione da sovratensione StepDIM - N 4-6 kv / 2 Ohm 6 kv / 2 Ohm Protezione da sovratensione L/N-terra 6 kv / 12 Ohm 4-6 kv / 12 Ohm 8 kv / 12 Ohm Funzioni DALI X X 0-10 V X StepDIM (commutazione seminotturna) X + relè est. X + relè est. X AstroDIM X X X Comandato a presenza X + relè est. X + relè est. X MainsDIM (dimmerabile mediante riduzione della tensione di rete) X Flusso luminoso costante X X X Interfaccia LED indipendente dal produttore LEDset (Gen2) X X Fattore di tuning X Le guide tecniche applicative per i driver LED di OSRAM sono disponibili online all'indirizzo 10

11 Esclusione di responsabilità Tutte le informazioni contenute nel presente manuale sono state raccolte, analizzate e verificate da OSRAM con estrema cura. OSRAM non si assume tuttavia alcuna responsabilità per la correttezza e la completezza delle informazioni contenute in questo manuale e non risponde di eventuali danni dovuti all'applicazione o alla fiducia espressa nei confronti del contenuto di questo manuale. Le informazioni contenute in questo manuale rispecchiano lo stato delle conoscenze nel giorno della pubblicazione. 11

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