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Wie wirkt sich die IEC 61558 auf das Design mit Transformatoren und Stromversorgungen aus?

29. Juni 2021 von Ron Stull – Lesezeit: 5 Minuten

Wie wirkt sich die IEC 61558 auf das Design mit Transformatoren und Stromversorgungen aus?

Unter den vielen internationalen technischen Normen, die darauf abzielen, die Produktqualität und -sicherheit zu gewährleisten, ist die IEC 61558 wichtig für Entwickler, die mit Geräten arbeiten, die einen Transformator oder eine Stromversorgung enthalten.

Die IEC 61558 schützt Käufer vor unsicheren Produkten und ermöglicht es verantwortungsbewussten Lieferanten, die Einhaltung anerkannter Sicherheitsprinzipien nachzuweisen. Designer müssen die Prinzipien und den Geltungsbereich verstehen und wissen, wie sie die Einhaltung sicherstellen können. Eine solche Verpflichtung kann die Produktzertifizierung erleichtern und Zeit im Prüflabor sparen.

Die IEC 61558 ist eine Normenreihe, die vom IEC Technical Committee (TC) 96 – „Transformatoren, Drosseln, Stromversorgungsgeräte und deren Kombinationen“ – gepflegt wird. In der Dokumentation des TC96 wird erklärt, dass sich das Komitee mit „Transformatoren und Stromversorgungseinheiten, die die Anwendung von Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag ermöglichen sollen“ beschäftigt. Sie gilt nicht für Transformatoren, die für die Versorgung von Verteilungsnetzen bestimmt sind.

Im Allgemeinen ist der Geltungsbereich der IEC 61558 auf Geräte mit einer Eingangsspannung bis 1000 VAC und einer Ausgangsspannung bis 1000 VAC oder 1500 V wellenfreiem Gleichstrom (etwa 1000 V x √2) beschränkt. Die Quellfrequenz kann bis zu 500 Hz betragen. Die Ausgangsleistungen betragen typischerweise bis zu 25 kVA für einphasige Transformatoren oder lineare Stromversorgungen (40 kVA für 3-phasige) und bis zu 1 kVA für einphasige oder 3-phasige Schaltnetzteile.

Die IEC 61558 umfasst zwei Teile:

  • 61558-1 enthält allgemeine Spezifikationen
  • 61558-2 legt Anforderungen für bestimmte Produkttypen fest

Beachten Sie, dass die Teil-2-Spezifikationen zusätzliche oder andere Begrenzungen der Eingangs- und Ausgangsleistungen enthalten können. Alle Teil-1-Spezifikationen müssen erfüllt werden, es sei denn, sie werden durch eine Anforderung von Teil 2 außer Kraft gesetzt. Alle Produkte müssen einem anwendbaren Teil 2 entsprechen.

Die IEC 61558-Zertifizierung erfordert die Einhaltung der allgemeinen Anforderungen unter Teil 61558 und des entsprechenden Teils 2. Wenn zwei Teil-2-Bedingungen gelten, müssen beide erfüllt werden.

Verschiedene IEC-Produktnormen verweisen auf 61558 als Mittel zur Gewährleistung der Gesamtsicherheit von Produkten, die Transformatoren und/oder Netzteile enthalten. Einige Beispiele sind:

  • IEC 60335-1 Sicherheit von Haushalts- und ähnlichen Geräten
  • IEC 60204-1 elektrische Ausrüstung von Maschinen
  • IEC 60598-1 Leuchten
  • IEC 60730-1 automatische elektrische Steuerungen für den Haushalt und ähnliche Zwecke
  • IEC 61347-1 Lampensteuerungsgeräte

IEC-Produktnormen
Abb. 1: IEC-Produktnormen

Es gibt 18 Teil-2-Spezifikationen, die sich auf verschiedene Arten von Transformatoren beziehen, wie z. B. Trenntransformatoren, Steuertransformatoren, Isolationstransformatoren und produktspezifische Anwendungen, wie z. B. Transformatoren für den Einsatz in Spielzeugen oder in den Zündsystemen von Öl- und Gasbrennern. Schaltnetzteile werden in den Teilen 2-16 behandelt. Die Abbildung 2 zeigt diese Teil-2-Spezifikationen in Bezug auf die allgemeine IEC 61558-1-Anforderung.

Allgemeine Anforderungen nach IEC 61558
Abb. 2: Allgemeine Anforderungen nach IEC 61558

Funktionelle und schützende Isolierung

Was allgemeine Anwendungen für Transformatoren und Stromversorgungen betrifft, gibt es bestimmte Grundstandards. Zum Beispiel werden die Transformatorentypen in der linken Gruppe der Abbildung 2 durch das Isolationssystem zwischen den Eingangs- und Ausgangswicklungen definiert:

  • Trenntransformator: Transformator mit mindestens durch Basisisolierung getrennten Eingangs- und Ausgangswicklungen
  • Isoliertransformer: doppelte oder verstärkte Isolierung
  • Sicherheitstrenntransformator: Trenntransformatoren zur Lieferung von Schutzkleinspannung (Safety Extra-Low Voltage, SELV) oder Schutzkleinspannung (Protective Extra-Low Voltage, PELV)
  • Spartransformator: keine Isolierung

SELV ist definiert als eine Spannung unter 50 VAC oder 120 VDC. PELV hat die gleichen Parameter wie SELV und ermöglicht zusätzlich eine Funktionserdung.

Um die Sicherheit der Benutzer elektrischer Geräte zu gewährleisten, müssen Mittel vorhanden sein, die verhindern, dass sie mit gefährlichen Spannungen in Berührung kommen. In der Praxis wird dies durch eine Kombination aus Isolierung und Erdung oder durch die Sicherstellung, dass nur geringe Spannungen im System vorhanden sind, erreicht. Einen tieferen Einblick in den Anwenderschutz und die empfohlenen Betriebsbedingungen für Stromversorgungen finden Sie in unserem Blog Isolierung, Isolation und Arbeitsspannung.

Die IEC 61558 bezieht sich hinsichtlich des Schutzes auf drei Trafoklassen:

  • Transformator der Klasse I: Basisisolierung mit dem Zusatz einer Erdungsklemme zum Anschluss an den Schutzleiter in der festen Verdrahtung der Anlage, um zu verhindern, dass bei Ausfall der Basisisolierung zugängliche leitfähige Teile unter Spannung stehen.
  • Transformator der Klasse II: Basisisolierung mit zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen wie doppelte Isolierung oder verstärkte Isolierung. Eine Erdungsklemme kann vorhanden, aber von zugänglichen Flächen isoliert sein.
  • Transformator der Klasse III: Der Schutz gegen elektrischen Schlag beruht auf einer Versorgungsspannung von SELV oder weniger. Es werden keine höheren Spannungen als die von SELV erzeugt.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Blog zu den Unterschieden zwischen den IEC-Schutzklassen für Stromversorgungen.

Außerdem erlaubt die Norm ausfallsichere, nicht kurzschlussfeste und kurzschlussfeste Transformatoren:

  • Ausfallsicher: Gerät wird bei Überlast oder Kurzschluss durch Öffnen einer Wicklung oder Unterbrechung der Eingangsschaltung (entgegen seiner Funktion) dauerhaft gesperrt.
  • Nicht kurzschlussfest: Überlast-/Kurzschlussbedingungen, die durch einen nicht vorgesehenen, aber durch Kennzeichnung geforderten externen Schutz abgesichert werden.
  • Kurzschlussfest: überschreitet die Temperaturgrenzen bei Überlast/Kurzschluss nicht. Kann sich auf einen Überstromschutz stützen, muss es aber nicht.

Schaltnetzteile

Werfen wir einen kurzen Blick auf die IEC 61558-2-16, die für Schaltnetzteile (Switch Mode Power Supplies, SMPS) gilt. Um in den Anwendungsbereich der Spezifikation zu kommen, wird das SMPS mit einer Versorgungsspannung von weniger als 1100 VAC und einer Quellfrequenz von 500 Hz betrieben, obwohl die interne Schaltfrequenz bis zu 100 Mio. Hz betragen kann.

Der SMPS-Ausgang kann bis zu 1000 VAC betragen, wenn ein Trenn- oder Spartransformator verwendet wird, bis zu 500 VAC, wenn ein Isoliertransformator verwendet wird, und 50 VAC, wenn ein Sicherheitstrenntransformator verwendet wird. Für ein unabhängiges Schaltnetzteil – d. h. ein Schaltnetzteil, das für den Einsatz in anderen Geräten ohne zusätzlichen Schutz gegen elektrischen Schlag vorgesehen ist – ist die Leerlaufleistung nicht kleiner als 50 VAC, wenn ein Trenn- oder Spartransformator verwendet wird.

Anwendung von IEC 61558

Die Quintessenz ist, dass jeder, der mit der Herstellung oder dem Einsatz von Transformatoren und Stromversorgungen in seinen Designs zu tun hat, die IEC 61558 untersuchen sollte, um zu verstehen, wie man die richtigen Komponenten für die Zielanwendung auswählt.

Wenn Sie ein Hersteller von Transformatoren sind, müssen Sie sicherstellen, dass die von Ihnen in Verkehr gebrachten Produkte nach IEC 61558 zertifiziert sind.

Wenn Sie Produkte auf den Markt bringen, die einen Transformator (möglicherweise haben Sie Ihr eigenes Netzteil in der Box entworfen) oder ein Netzteil von einem unabhängigen Anbieter enthalten, sollten Sie prüfen, ob die geltende Sicherheitsnorm auf Produktebene eine IEC 61558-Zertifizierung für diese Teile vorschreibt.

Weitere Informationen entnehmen Sie bitte der CUI-Auswahl an internen AC/DC-Netzteilen, zertifiziert nach 61558.

Kategorien: Grundlagen, Sicherheit und Konformität

Zusätzliche Ressourcen


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Senden Sie eine E-Mail an powerblog@cui.com

Ron Stull

Ron Stull

Stromversorgungsingenieur

Seit Ron Stull 2009 zu CUI kam, hat er eine Reihe von Kenntnissen und Erfahrungen in den Bereichen der analogen und digitalen Stromversorgung sowie der AC/DC- und DC/DC-Energieumwandlung gesammelt. Er spielt eine Schlüsselrolle im Engineering-Team von CUI, mit Verantwortlichkeiten wie Anwendungsunterstützung, Test und Validierung sowie Design. Außerhalb der Energietechnik spielt Ron Gitarre, joggt und unternimmt mit seiner Frau Ausflüge in die Natur. Sie haben vor, alle US-Nationalparks zu besuchen.

 
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