Schutz vor transienten Spannungen in der Leistungselektronik

Um elektrische Geräte, die an Stromverteilungssysteme angeschlossen sind, vor den schädlichen Auswirkungen transienter Spannungen zu schützen, hat die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) die Norm IEC 60204-1 eingeführt. Sie kategorisiert Geräte nach ihrer Fähigkeit, Transienten zu tolerieren, und definiert die jeweiligen Anforderungen für die Zuordnung zu einer Überspannungskategorie. Die Norm mit dem Titel „Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ beschreibt vier Kategorien der Toleranz gegenüber größenabhängigen transienten Spannungen bei unterschiedlichen Betriebsspannungen.


In dieser Tabelle sind verschiedene Betriebsspannungen und die tolerierten Schwellenwerte für transiente Spannungen nach Kategorien geordnet aufgeführt. Wenn zum Beispiel ein Gerät, das mit 300 V arbeitet, transienten Spannungen von 4000 V standhalten kann, wird es als Gerät der Kategorie III gelten.

Der Hauptzweck der IEC 60204 besteht darin, zustandsabhängige Anforderungen für Geräte festzulegen, um eine sichere Einstufung in eine bestimmte Überspannungskategorie (OVC) zu gewährleisten. Wie in der Tabelle gezeigt, müssen alle Leistungsgeräte und Verdrahtungen einer OVC-Kategorie zugeordnet werden. Je nach den Anschlussbedingungen kann die Norm vorschreiben, dass ein Gerät eine bestimmte OVC-Einstufung erfüllen muss. Ist beispielsweise eine Roboteranlage direkt an eine Verteilertafel angeschlossen, verlangt die IEC 60204, dass sowohl die Verdrahtung zwischen der Tafel und den Geräten als auch die Stromversorgung innerhalb der Anlage OVC III erfüllen.

Wenn die Stromversorgung der Roboteranlage nicht die OVC III-Nennwerte erfüllen kann, muss alternativ ein OVC III-Trenntransformator zwischen der Verteilertafel und der Roboteranlage installiert werden. Der Trenntransformator reduziert die Spannung von der Verteilertafel und senkt damit die Anforderungen an die Kategorie der Stromversorgung und Verkabelung der Roboteranlage auf OVC II. In vielen ähnlichen Fällen kann die Auswahl der Stromversorgung Auswirkungen auf Kosten und Platzbedarf für den Eigentümer der Anlage haben, sodass zusätzliche Isolationsgeräte zur Unterstützung der Endgeräte erforderlich sein können.

Die Installationskategorien gemäß IEC 60204-1:2016 sind nach der Wahrscheinlichkeit geordnet, mit transienten Hochspannungen konfrontiert zu werden – von der geringsten bis zur höchsten.

Aus wirtschaftlicher Sicht bietet ein System, das ohne zusätzliche Geräte auskommt, einen deutlichen Wettbewerbsvorteil gegenüber alternativen Lösungen. Eine geringere Anzahl von Bauteilen reduziert zudem in kritischen Anwendungen potenzielle Fehlerquellen. Die Verwendung qualifizierter OVC-Netzteile ist unter den richtigen Bedingungen daher besonders vorteilhaft. Beide RECOM-Baureihen, RAC05-K/480 und RAC03E-K/277, sind als AC/DC-Netzteile für OVC-III-Anwendungen mit einem besonders weiten Eingangsspannungsbereich ausgelegt. Die Serie RAC05-K/480 deckt einen Eingang von 100–480VAC ab, liefert 5W Ausgangsleistung, bietet eine Isolation von 4kV und stellt Ausgangsspannungen von 5V, 12V oder 15V bereit.

Die kostengünstige Baureihe RAC03E-K/277 verfügt über einen Eingangsspannungsbereich von 100VAC bis 277VAC. Sie eignet sich weltweit für Anwendungen in der Automatisierungssteuerung Industrie 4.0, dem IoT sowie der Haushaltsautomatisierung. Die Wandler der Serie RAC05-K/480 können direkt an eine Schalttafel angeschlossen werden und sind für zahlreiche 5V-Anwendungen einsetzbar, beispielsweise in Smart Grids, bei erneuerbaren Energien, im Smart Metering oder in IoT-Systemen.

Falls eine Anwendung mehr Leistung erfordert, kann die RECOM-Baureihe RAC10-K/277 10W Ausgangsleistung bereitstellen, bei einem Eingangsspannungsbereich von 85V bis 277V sowie Ausgangsspannungen von 3.3V bis 24V. Die Netzteile beider Baureihen, RAC05-K und RAC10-K, eignen sich besonders für stets eingeschaltete Anwendungen und den Standby-Betrieb, wie Prozessautomatisierung, IoT und intelligente Gebäudesysteme. Die Baureihe RAC20-K/277 kann außerdem projektspezifisch konstruiert werden, um OVC-III-Anforderungen ebenso zu erfüllen wie die Baureihe RACM40-K. Der Einsatz von OVC-III-qualifizierten Netzteilen in dauerhaft aktiven IoT-Anwendungen reduziert die Gesamtbetriebskosten, die Stückliste, die Produktkomplexität sowie die Installationsanforderungen und kann Ihr Produkt von der Konkurrenz abheben.