Überspannungskategorien in Stromversorgungssystemen

Die meisten Benutzer netzbetriebener Geräte gehen davon aus, dass sie ihr Gerät einfach an eine Steckdose anschließen können und dass dies ordnungsgemäß, sicher und zuverlässig funktioniert. Strenge und verbindliche internationale Normen für Netzteile unterstützen diesen Gedanken. Sogar ein modulares Produkt, das in ein anderes Gerät eingebettet ist, muss ein Mindestmaß an elektrischer Sicherheitsisolation und elektromagnetischer Verträglichkeit erfüllen, einschließlich der Störfestigkeit gegen Spannungsspitzen und Transienten.

Tatsache ist, dass überall im Haus, im Büro oder in der Fabrik, wo Netzstrom aus Steckdosen kommt, eine Umgebung geschaffen wird, in der der Netzstrom relativ „sauber“ ist - ohne übermäßige Spannungsspitzen, die das Endgerät beschädigen könnten. Wenn jedoch schrittweise über die Infrastrukturverkabelung zu einem Verteiler und dann weiter zum Wechselstrom-Versorgungsanschluss eines Gebäudes zurückgekehrt wird, können Überspannungen durch externe Ereignisse wie Blitzeinschläge und Lastabfälle von anderen Installationen im Versorgungsnetz auftreten, die offensichtliche Risiken darstellen.

Netzteile für OVC III Bereiche benötigen verbesserte Spezifikationen für Spannungsfestigkeiten und Abstände gegenüber den gängigeren Typen mit Einstufung für OVC II. Diese können mit einem vorgeschalteten Transformator erfüllt werden, um Transienten auf die OVC II Werte zu senken. Das ist jedoch häufig eine unhandliche und teure Lösung. Besser ist eine Konstruktion des Netzteils derart, dass es in einer OVC-III-Umgebung direkt an das Stromnetz angeschlossen werden kann.

Eine Auswirkung auf die Konstruktion der AC/DC-Stromversorgung ist, dass Abstände zwischen Leitung und zugänglichen Teilen erheblich vergrößert werden müssen. Ein AC/DC-Produkt mit Basisisolierung für die Verwendung in einer OVC-II-Umgebung erfordert einen Mindestabstand von 3,0mm für Isolationsbarrieren mit einer Nennspannung von 4kV, doch in einer OVC-III-Umgebung erhöht sich die Impulsspannung auf 6kV und erfordert 5,5mm Mindestabstand (Tabellen F1 und F2 in der Norm IEC 60664-1). Die meisten AC/DC-Wandler haben jedoch verstärkte Isolationsbarrieren. Die Norm verlangt, dass “der Wert entsprechend der nächsthöheren Impulsspannung” verwendet wird. Das bedeutet, dass ein verstärkter Trennwandler für OQVC-II-/OVC-III-Installationen entsprechend Abstände von 5,5mm/8,0mm benötigt.

IEC 60664-1 und IEC 61558-1 spezifizieren auch Spannungen für die Spannungsfestigkeitsprüfung bei 50/60Hz, die so hoch wie der Impulsprüfwert sein können. IEC 61558-1 erfordert zum Beispiel eine dielektrische Prüfspannung von 4200Veff = 5938Vpk für 300Veff Arbeitsspannung und OVC III/verstärkte Isolierung ohne Angabe der Höhenlage (Tabelle 14 in der Norm IEC 61558-1). Dies ist ähnlich zum Impulsprüfwert gemäß IEC 60664-1, der 6kV bei 2000m Höhenlage beträgt. Ein Test betrifft jedoch die Spannungsfestigkeit für 60 Sekunden und der andere eine kurzzeitige transiente Impulsspannung.

Der am besten geeignete Sicherheitsstandard für einen Spannungswandler hängt von der tatsächlichen Anwendung ab. Produkte für die Verwendung in einer OVC-III-Umgebung werden häufig von der Norm IEC 61558-1 zum Thema „Sicherheit von Transformatoren, Reaktoren, Netzteilen und Kombinationen davon“ am besten abgedeckt. In dieser Norm bezieht sich Anhang R auf die Pegel von IEC 60664-1 für die Impulsprüfspannungen. Glücklicherweise sind die Anforderungen für Sicherheitsabstände in IEC 61558-1 identisch zu denen in IEC 60664-1. Beide Normen verwenden dieselben Höhenkorrekturfaktoren oberhalb von 2000m.

Anwender können wahlweise auch die Norm IEC 62477-1 über „Sicherheitsanforderungen für leistungselektronische Wandlersysteme und –ausrüstung“ für ihre Produkte in OVC-III-Bereichen anwenden. Diese Norm bezieht sich auch auf die Impulswerte, Kriechstrecken/Abstände, dielektrischen Prüfspannungen und Höhenkorrekturfaktoren gemäß IEC 60664-1.

Die Norm IEC 61010-1 über „Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte“ ist am besten für Mess- und Prüftechnik in OVC-III-Bereichen geeignet. Diese Norm spezifiziert einen Sicherheitsabstand von 6mm für 300VAC verstärkte Isolation (Tabelle K.3 in der Norm IEC 61010-1) im Vergleich zu 8mm in der Norm IEC 60664-1. Die Höhenkorrekturfaktoren sind gleich. Die anderen Prüfanforderungen in der IEC-Norm 61010-1 sind jedoch etwas strenger. Beispielsweise beträgt die Impulsprüfspannung in einer OVC-III-Umgebung mit 300Veff für eine verstärkte feste Isolierung 6400V (Tabelle K.6 in der Norm IEC 61010-1) im Gegensatz zur Norm IEC 60664-1, die eine Impulsprüfspannung von 6000V spezifiziert.

Die allgemeine Sicherheitsnorm IEC/EN/UL 62368-1 über „Sicherheitsanforderungen für Audio-/Video-, Informations- und Kommunikationstechnik“ verweist auf die Norm IEC 60664-1 für die Anforderungen für OVC-III- und OVC-IV-Umgebungen. Die veraltete Norm IEC 60950-1 erforderte 6mm Abstand für 300Veff in OVC-III-Bereichen (Tabelle 2H der Norm IEC 60950-1), wie in der Norm IEC 61010-1 angegeben, aktuell entspricht jedoch die Ersatznorm IEC 62368-1 der Norm IEC 60664-1 und erhöht die Abstandsanforderung auf 8mm.

Früher war es möglicherweise schwierig, kostengünstige AC/DC-Netzteile zu finden, die für die Installation in OVC-III-Umgebungen ausgelegt sind, doch heutzutage sind sie bei Herstellern wie RECOM zunehmend erhältlich. Eine Diskussion mit den technischen Support-Teams der Hersteller kann zeigen, dass Produkte mit medizinischer Zertifizierung mit einfachen Änderungen auch die OVC-III-Anforderungen erfüllen können, da sie bereits den weniger strengen Sicherheitsanforderungen für die Industrie entsprechen.