Schutz vor transienten Spannungen

Um die an Stromverteilungssysteme angeschlossenen elektrischen Geräte vor den gefährlichen und schädlichen Bedingungen zu schützen, die durch transiente Spannungen entstehen können, hat die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) die Norm IEC 60204-1 eingeführt, um die Geräte nach ihrer Fähigkeit, Transienten zu tolerieren, zu kategorisieren und Anforderungen für bedingte Anforderungen an Kategorie festzulegen. Diese Norm mit dem Titel „Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von Maschinen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ identifiziert vier Kategorien der Toleranz für größenbasierte transiente 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.

OVC-Anforderungen

Der Hauptzweck der IEC-60204 besteht jedoch darin, zustandsabhängige Anforderungen für Geräte festzulegen, um eine bestimmte Kategorieeinstufung zu erreichen, die eine sichere Verwendung gewährleistet. Wie in der obigen Tabelle angegeben, müssen alle Leistungsgeräte und Verdrahtungen durch eine OVC-Einstufung kategorisiert werden. Basierend auf den Anschlussbedingungen, denen das Gerät ausgesetzt ist, kann es von der IEC gefordert werden, eine bestimmte OVC-Einstufung zu erfüllen. Wenn z. B. eine Roboteranlage direkt an eine Verteilertafel angeschlossen ist, verlangt die IEC-60204, dass die Verdrahtung zwischen der Tafel und den Geräten OVC III (Overvoltage Category / Überspannungskategorie) entspricht und die Stromversorgung innerhalb der Roboteranlage ebenfalls mit OVC III übereinstimmt.

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. Dabei reduziert der Trenntransformator die Spannung von der Verteilertafel und senkt damit die Anforderungen an die Kategorie der Stromversorgung der Roboteranlage und die Verkabelung auf nur OVC II. In vielen ähnlichen Fällen kann die Auswahl der Stromversorgung Kosten und Platzbedarf für den Eigentümer der Anlage mit sich bringen, wodurch zusätzliche Isolationsgeräte zur Unterstützung der Endbenutzergeräte erforderlich sein können.

Die Installationskategorien gemäß IEC 60204-1:2016 sind unten dargestellt und sind von der geringsten Wahrscheinlichkeit, transienten Hochspannungen zu begegnen, bis zur höchsten Wahrscheinlichkeit, transienten Hochspannungen ausgesetzt zu werden, geordnet:

Kategorie I Anforderungen gelten für Geräte, die an Stromkreise angeschlossen sind, in denen Maßnahmen getroffen werden, um transiente oder kurzzeitige Überspannungen auf ein niedriges Niveau zu begrenzen, wie z. B. Stromkreise, die vor Transienten Spannungen / Überspannungsbedingungen geschützt sind.

Kategorie II Anforderungen gelten für energieverbrauchende Geräte, die von einer festen Installation aus versorgt werden sollen, wie z. B. Geräte, tragbare Werkzeuge, Haushaltsverbraucher, Steckdosen, Beleuchtung und Anschlüsse, die mehr als 10 m von einer Quelle der Kategorie III entfernt sind.

Kategorie III Anforderungen gelten für Geräte in festen Installationen und für Geräte, an deren Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit besondere Anforderungen gestellt werden, wie z. B. Trenntransformatoren, Schaltanlagen und Geräte, die direkt mit einer Verteilertafel verdrahtet sind.

Kategorie IV Anforderungen gelten für Geräte, die am Ursprung der Installation zum Stromnetz verwendet werden, wie z. B. Stromzähler, Überstromschutzsysteme, Versorgungstransformatoren und Verteilertafeln. Bei Anwendungen der Kategorie IV sind transiente Hochspannungen sehr wahrscheinlich.

OVC-III-Stromversorgungen

Aus offensichtlichen finanziellen Gründen hat ein System, für dessen Nutzung keine zusätzlichen Geräte nötig sind, einen erheblichen Wettbewerbsvorteil gegenüber alternativen Produkten. Zudem verringert eine verminderte Teileanzahl in kritischen Anwendungen die möglichen Fehlerquellen. Die Verwendung qualifizierter OVC-Netzteile unter den richtigen Umständen erweist sich daher als besonders vorteilhaft. Beide RECOM-Baureihen RAC05-K/480 und RAC03E-K/277 von AC/DC-Netzteilen sind beispielsweise für die OVC-III-Anwendung mit einem ultragroßen Eingangsspannungsbereich qualifiziert. Die Baureihe RAC05-K/480 bietet einen Eingangsspannungsbereich von nominal 100-480VAC mit einer Ausgangsleistung von 5W, einer Isolation von 4kV und einer Ausgangsspannung von 5, 12 oder 15V.

Die kostengünstige Baureihe RAC03E-K/277 hat einen Eingangsspannungsbereich von nominal 100VAC bis zu erweitert 277VAC. Damit eignet sie sich weltweit für Anwendungen der Automatisierungssteuerung, Industrie 4.0, IoT und für die Haushaltsautomatisierung. Die Wandler der Baureihe RAC05-K/480 können direkt an eine Schalttafel angeschlossen und für zahlreiche Anwendungen verwendet werden, die 5V erfordern, beispielsweise Smart Grid, erneuerbare Energien, Smart Metering sowie Anwendungen im Internet der Dinge (IoT).

Falls eine Anwendung mehr Leistung erfordert, kann die RECOM-Baureihe RAC10-K/277 10W Ausgangsleistung bereitstellen bei einem Eingangsspannungsbereich von 85V - 277V sowie Ausgangsspannungen von 3,3V - 24V. Die Netzteile beider Baureihen RAC05-K und RAC10-K eignen sich besonders für stets eingeschaltete Anwendungen und 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 stets aktiven IoT-Anwendungen reduziert die Gesamtbetriebskosten, die Stückliste, Produktkomplexität sowie die Installationsanforderungen und kann Ihr Produkt von der Konkurrenz abheben.