Nonstop LED Licht
passend zum Blackout in Berlin haben einige Prepper bemerkt, daß die Akkus ihrer Taschenlampen regelmässig gewartet werden müssen. Wenn die Taschenlampen zum Stromausfall schon passend am Start waren, ist das bei mehreren Tagen auch eine Frage der Kapazität. Da kommt man schnell auf die Idee mit stationären Akkus mit Nachlademöglichkeit über PV oder Blockheizkraftwerk, wenn sowas nicht sowieso schon vorhanden ist. Selbst die Mobilfunkanbieter sind in Berlin zwischen ihren Basisstationen hin und her gefahren um mit Notstromdieseln nachzuladen.
Zwei unabhängige Versorungsspannungen
Um nicht zwei Beleuchtungen für jede Spannung völlig getrennt montieren zu müssen, hier ein handelsübliches LED Einlegepanel, welches sowohl an 48Volt DC als auch gleichzeitig an 230 Volt AC angeschlossen wurde. Das bedeutet nur eine physisch vorhandene Leuchte zum Betrieb mit zwei unabhängigen Spannungsversorgungen und einer Schaltstelle. Eine mit mehreren Schaltstellen erweiterte Version ist derzeit noch in Erprobung.
Links oben im Schaltbild sind die beiden Spannungsversorgungen 230V AC und 48V DC. Der AC Lichtkreis ist mit einer 6 Amp Neozed Sicherung, einem 6 Amp Automaten oder mit einer sonst in der Installationstechnik üblichen Sicherung abgesichert. Der Schalter dazu ist ein gewöhnlicher zweipoliger Lichtschalter in welchem auch die dazugehörigen Beleuchtungen funktionieren. Im Prinzip alles ohne weitere Tricks nach alter Handwerks-Art installiert.
Als Schaltnetzteil bzw. Konstantstromquelle wurde bei meiner Leuchte ein VTAC Modell SKU-11339 mitgeliefert. Es kann aber auch jedes beliebige andere Netzteil verwendet werden solange es SELV ist und mit der Spannung klarkommt. Die Markttrends gehen derzeit durch bessere LED Wirkungsgrade zu deutlich auf kleineren Leistungen und Ströme mit nur 36W oder auch 24Watt für eine Einlegeleuchte bei gleicher Lichtausbeute. Die im Schaltbild dazu angegeben Modelle müssen daher vermutlich im Mondphasenrythmus nachgeführt werden.
Die Absicherung der 48Volt Versorgung erfolgt mit einer 19mm Autosicherung in der Bauform “normOTO”. Beim Auftrennen einer 48Volt Leitung ist ein Lichtbogen zu erwarten, welcher erst bei eine Länge von mehr als 5mm unterbrochen werden kann. Dieser Abstand wird bei den Autosicherungen mit 5,7mm nur knapp überschritten, weshalb diese korrekterweise nur für Spannungen bis 32 Volt spezifiziert sind. Wie man im Foto bei einer abgeschmolzenen 5 Amp normOTO Sicherung an der schwarzen Füllung sehen kann, geht es mit dem Lichtbogen dabei schon ganz gut zur Sache. Aus diesem Grund ist es ein Vorteil, die nur unwesentlich teureren und im Schaltbild angegebene Autosicherungen vom holländischen Hersteller iMaxx im Keramikgehäuse mit Sandfüllung zu verwenden. Diese Sicherung ist auch im Datenblatt zur Verwendung mit DC Spannungen bis 80 Volt spezifiziert.
Beim Schalten der 48 Volt Versorgung gibt es das gleiche Problem mit dem Lichtbogen. Handelsübliche Installationsschalter für 230 Volt AC haben in der Regel kaum ausreichende Kontaktabstände von mehr als 5mm. Auch beim Einschalten fliesst ein aussergewöhnlich hoher Ladestrom für den obligatorischen 470uF Kondensator welcher wegen der Induktivität der Zuleitung direkt an den Pins des Meanwell Wandlers angelötet sein muß. Obwohl eine direkte Abschaltung wahrscheinlich sogar funktioniert, wäre auf jeden Fall mit einem entsprechenden Verschleiß des Schalters zu rechnen. Glücklicherweise hat Meanwell an seiner NLDD Baureihe aber einen Enable Pin herausgeführt, so daß das völlig verschleißfreie Einschalten von dem eingebauten Mosfet übernommen werden kann. Der Enable Eingang ist ein CMOS Eingang mit Pullup. Zieht man diesen auf GND, so wird der Lampenstrom abgeschaltet. Nach Meanwell Datenblatt ist dieser Eingang für ein PWM Signal sogar zum Dimmen gedacht. Auch längere Zuleitungen zur Schaltstelle können so bei Bedarf mit einfachem Klingeldraht installiert werden. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen AC Installation wird der bei 48Volt kritische Spannungsabfall dabei nicht von den Leitungslängen zur Schaltstelle belastet.
Eine beleuchtete Schaltstelle
Für eine Notbeleuchtung sollte die Schaltstelle zur besseren Orientierung beleuchtet sein. Die Schaltstelle besteht aus zwei getrennten Schaltern, womit man sich aussuchen kann, mit welcher Spannung man das Licht anschalten möchte. Möglicherweise gibt es auch beleuchtete Doppelschalter, wahrscheinlich noch zu einem deutlich besseren Preis wie die Modelle von Jung welche ich hier verwendet habe. Die LED Leuchteinsätze müssen bei Jung getrennt gekauft werden. Eine LED von Jung kostet im Elektrogroßhandel 8 Euro zzgl. Mwst. Dafür bekommt man eine steckbare LED im Spritzgußgehäuse mit Platine und zwei Kontaktfedern in verschiedenen Farben welche man im Schalter ohne Löten einfach einstecken kann. Die im Foto sichtbare gelbe LED ist im Jung Katalog nicht erhältlich. Ich habe die gelbe PLCC-4 Diode selbst eingelötet. Die 48Volt LED kommt mit einer Konstantstromquelle, welche um einen BC847 Transistor aufgebaut ist. Die Helligkeit der LED bleibt damit in einem weiten Bereich von 6 bis 60 Volt nahezu gleich. Weil ich die 48V LED mal versehentlich mal im 230V Schalter gesteckt habe, ist sie mir mit lautem Krachen um die Ohren geflogen. Zur Reparatur des 9 Euro Teils musste ich mir die Platine etwas genauer anschauen, weshalb ich hier gleich die Schaltung davon aufgemalt habe.
Verriegelungen
Die beiden Stromquellen Meanwell und VTAC sind über je eine Diode 1N5402 als “wired or” zusammengefasst. Mit 1 Amp kann man auch 1N4007 aus der Grabbelkiste nehmen, hat dann aber keine weiteren Leistungsreserven.
Bei zwei Schaltern besteht nun die Gefahr, daß beide Schalter gleichzeitig eingeschaltet werden. Aus diesem Grund ist in der Verteilerdose neben den Stromquellen eine mit Relais aufgebaute Verriegelung. Es kommt das Relais von Eltako ER61-UC zum Einsatz. Die Spulenspannung arbeitet ohne Konfiguration sowohl mit 230VAC wie auch mit 48V DC was hier aber gar nicht genutzt wird. Das Relais wurde wegen seiner kleinen Bauform zur Montage in der Verteilerdose und dem niedrigen Stromverbrauch ausgewählt. Im Inneren werkelt ein PIC Mikrocontroller mit mechanisch bistabilem Relais. Der Schliesserkontakt bildet eine Parallelschaltung mit dem manuell bedienbaren 48Volt Schalter. Nach der De-Morganschen Regel (beide Siganle invertieren, dann UND mit ODER Funktion vertauschen) erhält man trotz Parallelschaltung eine ODER Funktion. Beide Kontakte müssen geöffnet sind, damit die Lampe leuchtet. Schaltet ein Kontakt ODER der andere Kontakt ODER beide Kontakte auf Null, bleibt die Lampe aus.
Die 230 Volt Versorgung kickt also die 48 Volt Versorgung raus, indem die Stromquelle abgeschaltet wird. Wegen der Reaktionszeit des Relais sieht man bei mutwillig gleichzeitigem Einschalten beider Versorgungsspannungen für wenige Millisekunden einen etwas helleren Blitz an welchem die Lampe von zwei Stromquellen mit doppeltem Nennstrom versorgt wird. Ich habe den Betrieb mit doppeltem Nennstrom absichtlich im Bereich von Minuten ausprobiert. Man kriegt die LED Lampe damit nicht kaputt. Sie bringt zunächst deutlich mehr Licht, wird aber heiss was den Wirkungsgrad wieder stark verringert. Insgesamt ist ein Betrieb ausserhalb der Spezifikation natürlich nicht zu empfehlen da er deutlich auf die gesamte Lebensdauer wirkt. Eine kurze Umschaltung im Bereich von Millisekunden bei versehentlich gleichzeitigem Einschalten beider Versorgungen (=Fehlbedienung) ist thermisch und damit bei der Lebenserwartung in keiner Weise relevant.
Umgekehrt - also mit einem Vorrang der 48V DC Versorgung - funktioniert die Umschaltung wegen der im Kondensator vorhandenen Restenergie deutlich langsamer. Obwohl das Eltako UC Relais auch auch bei 48V DC anzieht, und auch die 230Volt AC schalten kann, ist diese Variante nicht zu empfehlen.
Sicherheitsaspekte
Im Foto sieht man einen schwarzen Steckverbinder aus dem System “Winsta” von Wago. Das System wurde zur einfachen Installation von Yachten, Kreuzfahrtschiffen, Krankenhäusern, Wohnheimen mit wiederkehrenden Schaltungsgruppen entwickelt. Es ist wiederverwendbar und die Leitungen können industriell vorkonfektioniert werden, so daß für die gesamte Elektroinstallation selbst auf dem Papier kein Handwerksmeister mehr erforderlich ist. Die Komponenten werden nur noch zusammengesteckt. Obwohl Winsta selbst keinen Funktionserhalt garantiert, habe ich es mit 5x2,5mm² orangem NHXH (E30) mit einer einzigen 16 Amp Absicherung als Ringleitung durch das gesamte Gebäude verlegt. An einem Stecker können zwei 5 adrige Leitungen angeschlossen werden, so daß auch ohne die abgebildete Verteilerdose ein Doppelabzweig möglich wird. Der Vorteil für die Notstromversorgung ist, daß bei Arbeiten an einem bestimmten Bereich nicht die gesamte typisch im Gebäude weit verteilte Notstromversorgung abgeschaltet werden muß. Es wird einfach der betreffende Zweig ausgesteckt und alles Andere läuft weiter. Dafür muß man bei der Projektierung aber ein entsprechend passende Baumstruktur festlegen.
Normalerweise dürfen Leitungen mit zwei verschiedenen Spannungen in der Installationstechnik nach der Leitungsanlagenrichtlinie LAR noch nicht einmal im gleichen Kabelkanal verlegt werden. Das war mitunter eine Ursache, welche bei unserem Hauptstadtflughafen in Berlin wahnsinnig hohe Kosten erzeugt hat. Weil nach der ersten Projektierung immer mehr Shops und Klimbim hinzugekommen ist, waren die Kabelpritschen viel zu klein dimensioniert. Die Elektroninstallateure haben die Leitungen für die Allgemeinversorung (AV) deshalb in die Pritschen der Sicherheitsversorgung (SV) mit eingelegt. Am Flughafen sollte schliesslich rechtzeitig irgendwas fliegen. Wie bekannt, ist das kräftig daneben gegangen weil die Brandschutzabnahme anschliessend zu einem kompletten Abriss der elektrischen Anlage mit vollständiger Neuprojektierung geführt hat.
Die eigenwillige Interpretation der VDE 0108-100/EN50172 für die Beschaffenheit von Sicherheitsbeleuchtungen ist im privaten Bereich allerdings weniger kritisch. Sicherheitsrelevante Funktionen sind im privaten Bastelkeller im Gegensatz zum Hauptstadtflughafen baurechtlich nicht erforderlich, weshalb ich mir hier etlichen Frevel erlaubt habe an welchen man sich bei der Fehlersuche in ein paar Jahren aber auf jeden Fall wieder erinnern sollte.
Frevel Nr. 1: Normalerweise hat Installationsleitung NYM einen Schutzleiter (NYM-J). Um nicht zwei Leitungen nebeneinander legen zu müssen, habe ich das in der Installationstechnik übliche NYM 5x1,5mm² verwendet. Die Version NYM-O ohne Schutzleiter ist 5 adrig im Gegensatz zu 3 und 7 Adern aus unerfindlichen Gründen ziemlich schlecht erhältlich. Aus diesem Grund habe ich vorhandenes NYM 5x1,5mm² genommen und den grüngelben Schutzleiter zum Pulldown des Enable Signals an der Konstantstromquelle zweckentfremdet. Man kann die abisolierten Enden mit schwarzem Edding anmalen. Das hat aber wenig Sinn wenn danach ein ahnungsloser Elektroinstallationsmeister kommt und zwischendrin im Leitungsweg eine Anzapfung einflickt. Aus diesem Grund darf man sich derartige Dinge nur dann leisten, wenn man persönlich stets dafür sorgen kann daß niemand anderes an der Installation rumfummelt. Damit es nicht ganz so offensichtlich auffällt, ist die Aderfarbe im Schaltbild mit grün anstelle grüngelb angegeben.
Frevel Nr. 2: Möchte man den 48 Volt Schalter in einer beleuchteten Version, ist es nicht mehr mit einem zweipoligen Modell getan. Selbst wenn über den Pullup auf dem Enable Pin genügend LED Strom fliessen würde und auch die LED für 5 Volt ausgelegt wäre, wurde sie nur leuchten wenn die Lampe eingeschaltet ist. Der 48Volt Schalter ist nämlich nullschaltend. Die Lampe wäre aus, wenn der Schalter geschlossen ist. Deshalb benötigt man einen sogenannten Kontrollschalter, welcher für die LED Beleuchtung einen eigenen Anschluss hat. Im Gegensatz zum zweipoligen Schalter leuchtet die LED dann auch nicht nur wenn die Lampe aus ist, sondern ständig wenn die 48V Spannung an ist. Besonders aus dem Wohnmobilbereich sind aber Sicherungshalter üblich, welche eine LED zur Anzeige von defekten Sicherungen eingebaut haben. Löst die Sicherung aus welchem Grund auch immer aus, ergibt sich eine Reihenschaltung als Schalterbeleuchtung und LED Fehleranzeige im Sicherungshalter. Man bekommt also eine Anzeige am Schalter obwohl die 48V DC Spannung wegen abgeschmolzener Sicherung gar nicht mehr zur Verfügung steht.
Leider kostet der im Schaltbild angeführte Kontrollschalter 602KOA zumindest bei Jung über 25 Euro zzgl. transparentes Fenster/Lichtsymbol (0,9€) zzgl. LED (9€). Damit hört der Spaß auf, denn ein einzelner Schalter kostet einen mehrfachen Preis der eigentlichen LED Leuchte welche es in letzter Zeit bereits ab 12 Euro aufwärts inklusiv Schaltnetzteil gibt. Möglicherweise gibt es billigere Hersteller und Marken. Milos, ChilliTek, MC-Power (1,85€ inkl. Mwst. für Kontrollschalter kmplt mit LED) sind einige ungetestete Kandidaten. Zuletzt habe ich mal deutlich günstigeres Panasonic Installationsmaterial ausprobiert. Ist halbwegs ok, kommt aber nicht an die Qualität von Jung, Busch-Jäger, Gira, Berker heran und anschliessend hat man Probleme mit der Lieferfähigkeit wenn man was nachbestellen möchte.
Als Kompromiss habe ich deshalb einen vorhandenen Jung Wechselschalter mit 3 Anschlüssen genommen. Den Schalteinsatz der AP600 Aufputz Serie kann man zerlegen, indem man unten zwei Plastiknieten aufbohrt. Um zu verhindern daß die 48V der LED auf den Enable pin der Stromquelle gelangen, habe ich den Wechselkontakt im Inneren des Jung Schalters einfach mit dem Seitenschneider amputiert. Der Kontaktierungspunkt der LED liegt auf dem Federblech vor der abgeschnittenen Stelle. Der Zusammenbau gestaltet sich mit den vorhandenen Rastnasen unkompliziert. Ein erneutes Vernieten ist nicht erforderlich.
Also braucht es einen besseren Standort.