Verstehen der IEC-Überspannungskategorien
27. April 2021 von Ron Stull – Lesezeit: 5 Minuten
Um die Sicherheitsanforderungen der Industrie zu erfüllen, muss sichergestellt werden, dass die an die Hochspannungsversorgung angeschlossenen Geräte eine geeignete Überspannungsfestigkeit gemäß den IEC-Spezifikationen aufweisen.
Überspannung und Sicherheit
Überspannungstransienten auf Stromleitungen können die daran angeschlossenen Geräte beschädigen und Ausfälle verursachen, die nicht nur lästig und teuer sind, sondern auch die Benutzer einer Gefahr aussetzen können. Zur Konstruktion elektrischer Geräte, die in der Lage sind, wahrscheinlichen Transienten standzuhalten, um Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten, sollten Techniker mit den von der IEC definierten Überspannungskategorien (auch als Installationskategorien bezeichnet) vertraut sein.
Es werden vier Überspannungskategorien definiert:
- Kategorie I ist die niedrigste Überspannungskategorie und gilt für Schaltungen, die Maßnahmen zur Begrenzung von Überspannungstransienten auf ein niedriges Niveau enthalten.
- Kategorie II beschreibt Transienten, die auf Geräte angewendet werden können, welche von einer festen Installation aus versorgt werden. Im häuslichen Bereich müssen beispielsweise Geräte, die für den Anschluss an Steckdosen im Haus vorgesehen sind, wie Elektrowerkzeuge, Fernseher oder Ähnliches, Überspannungen der Kategorie II standhalten.
- Kategorie III gilt für Geräte innerhalb der festen Installation, wie z. B. Schalter in einer Haushaltssicherung, oder für Geräte, die fest mit der festen Installation verbunden sind, wie z. B. fest mit der Wechselstromversorgung verdrahtete Klimageräte oder Industriemaschinen.
- Kategorie IV ist die höchste Überspannungskategorie und gilt für Geräte, die am Ursprung der Installation verwendet werden, d. h. direkt an der Versorgungsseite angeschlossen sind. Beispiele sind Verteilertafeln, Netztransformatoren und Zähler.
Das folgende Diagramm hilft, diese Kategorien in einen Zusammenhang zu bringen.
In der Kategorie IV sind große Spannungstransienten zu erwarten. Transienten, die von Geräten der Kategorie III wahrgenommen werden, werden dagegen aufgrund der Verdrahtungsimpedanz und der Auswirkungen der im System vorhandenen Sicherungen und Schutzschalter verringert.
Bei der Kategorie II, die für die Verbraucherseite der festen Installation gilt, sind die transienten Spannungen aufgrund der zusätzlichen Impedanz der Verdrahtungsstromkreise niedriger als bei der Kategorie III. Wandsteckdosen werden in der Regel als Quellen der Kategorie II betrachtet, dank der transienten Unterdrückungseigenschaften der Stromverteilungsinfrastruktur innerhalb des Gebäudes. Die Grenzwerte der Kategorie II gelten auch für Geräte wie Lichtschalter, die mehr als 10 Meter von einer Quelle der Kategorie III entfernt sind.
Tabelle 1 fasst die Überspannungsanforderungen zusammen, die für Geräte der verschiedenen Kategorien entsprechend der Arbeitsspannung oder Nennspannung gelten. Beachten Sie, dass eine Interpolation der Nennspannung nicht zulässig ist. Daher müssen Geräte, die in einer Kategorie-II-Anwendung mit 250 V betrieben werden sollen, für Überspannungstransienten bis zu 2500 V ausgelegt sein.
| Zulässige transiente Spannung | |||
|---|---|---|---|
| Nennspannung (VAC) | Kategorie I | Kategorie II | Kategorie III |
| 50 | 330 | 500 | 800 |
| 100 | 500 | 800 | 1500 |
| 150 | 800 | 1500 | 2500 |
| 300 | 1500 | 2500 | 4000 |
| 600 | 2500 | 4000 | 6000 |
| 1000 | 4000 | 6000 | 8000 |
Auf diese Überspannungskategorien wird in verschiedenen Normen zur Gerätesicherheit verwiesen, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) IEC 60664-1, die Isolationsanforderungen für Geräte mit Nennspannung bis 1000 VAC beschreibt, IEC 60209-1, die Sicherheitsnorm für Solarstromumrichter, IEC 60204-1, die die Sicherheit von Maschinen abdeckt, und IEC 61010-1, die elektrische Geräte für Zwecke wie Test- und Messgeräte, Prozesssteuerung und Laborgeräte abdeckt.
Konstruktion nach Sicherheitsstandards
Zu den wichtigsten Aspekten der Gerätekonstruktion, die die Überspannungsfähigkeit beeinflussen, gehören die Nennspannung der Schutzisolierung, die Isolierung durch elektrische Komponenten wie Transformatoren und optische Isolatoren, Kriech- und Luftstrecken sowie die Querschnitte von Kabeln und Verbindungen. Konstrukteure müssen auf diese achten, um die erforderliche Leistungsfähigkeit zu erreichen. Dies gehört zur Sicherstellung der allgemeinen Einhaltung des geltenden Sicherheitsstandards.
Wenn das Gerät mit einem handelsüblichen Netzteil ausgelegt werden soll, ist es wichtig, bei der Auswahl eines geeigneten Netzteils die Überspannungskategorie zu prüfen. Nur ein Netzteil der Kategorie III kann direkt an eine Quelle der Kategorie III angeschlossen werden. Geräte, die für eine Stromversorgung der Kategorie II ausgelegt sind, können jedoch von einer Quelle der Kategorie III gespeist werden, wenn ein geeigneter Trenntransformator zwischen der Quelle und dem Stromversorgungseingang angeschlossen ist.
Ein Netzteil der Kategorie II kann direkt an eine Quelle der Kategorie II angeschlossen werden, wie z. B. eine Steckdose. Sie können ein Netzteil der Kategorie III anschließen, wenn eine hohe Zuverlässigkeit oder Verfügbarkeit der angeschlossenen Geräte wichtig ist. Andererseits ist ein zusätzlicher Schutz erforderlich, um Geräte der Kategorie I an eine Wandsteckdose anzuschließen. Dies kann ein Trenntransformator sein, wie zuvor, oder ein Netzteil, das für die Unterdrückung der Transienten der Kategorie II ausgelegt ist.
Auswahl der Stromversorgung
CUI verfügt über eine Reihe von Standard-Stromversorgungen für Anwendungen der Kategorie II und III. Interne Standard-AC/DC-Netzteile wie die VGS-100W Serie sind für Anwendungen der Kategorie II ausgelegt. Serien wie die VGS-100D sind mit höherer Eingangsüberspannungsfähigkeit für den Einsatz in ortsfesten Anlagen der Kategorie III ausgelegt. Beide Serien verfügen über robuste Konstruktionsmerkmale mit eingebautem Überspannungs-, Kurzschluss- und Überstromschutz am Ausgang, einem breiten Eingangsspannungsbereich bis 305 VAC und einer allgemeinen Sicherheitszertifizierung nach IEC/EN/UL62368. Die Geräte entsprechen außerdem der IEC/EN 61558 für Stromversorgungen und Transformatoren sowie der IEC/EN 60335 für Haushaltsgeräte.
Das könnte Ihnen auch gefallen
Haben Sie irgendwelche Kommentare bezüglich dieses Beitrags oder Themen, die wir in der Zukunft besprechen sollten?
Senden Sie eine E-Mail an powerblog@cui.com
Ron Stull
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.