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Stromversorgungen ••

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"Einige Elektronik-Erfindungen

der letzten Dekaden haben die Zeit

überdauert und sind auch nach

50 Jahren nicht wegzudenken.1J

Ulf Timmermann, reichelt elektronik

Seite 12

Oktober 2019 5

Schutz gegen Uberspannungen Ausfälle in der Stromversorgung können durch Uberspannungen ausgelöst werden. Das bedroht die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Maschinen und Systemen.

Bei der Wahl der Stromversor­

gung ist es deshalb essentiell ,

auf ausreichend Schutz zu ach­

ten. Worauf kommt es hier für

Applikationen der Überspannungska­

tegorie 111 an? Weder Beleuchtungen

noch andere elektrische Betriebsmit­

te l weisen als Fo lge einer Überspan­

nung im Niederspannungsnetz eine

Funktion auf. Die Auswirkungen einer

Überspannung durch die elektrostati­

sche Entladung eines Blitzes sind in

der Regel am verheerendsten, dennoch

stellen nicht nur Gewitter eine Gefahr

für elektrische Betriebsmittel dar. Auch

durch andere Ursachen hervorgerufene

transiente Überspannungen, also sehr

kurzzeitig auftretende Überspannun­

gen über das Niederspannungsnetz,

begleiten uns kontinuierlich und sind

praktisch unvermeidbar. Diese Störun­

gen dauern nur einige Mikrosekunden

bis wenige Millisekunden an. Sie kön­

nen sehr klein sein und deshalb gänz-

lich unbemerkt bleiben, oder aber hoch

energetisch ausfallen. Dann beeinflus­

sen oder zerstören sie möglicherweise

die Geräte, die an das Versorgungsnetz

angeschlossen sin d, und ste llen im

Ernstfall ein Sicherheitsrisiko dar.

Überspannungen und ihre Ursachen

Zu den Ursachen für Überspannun­

gen im Niec!erspannungsnetz zählen

neben dem Blitzschlag auch Fehler im

Versorgungs netz, defekte elektrische Be­

triebsmittel in der Installation, das Ab­

schalten von induktiven Verbrauchern

wie z. B. Motoren sowie das Zu schal­

ten von mitunter großen Verbrauchern.

Ob es sich um eher harmlose Störun­

gen handelt, die durch das Abschalten

kleiner Lasten im Eigenheim entstehen,

oder um das Schalten sehr großer Ver­

braucher direkt beim Energieversorger

- der Energiegehalt der potenziell da­

ra us resultierenden Überspannungen

im Stromnetz kann sehr unterschied­

lich sein. Durch die zunehmende Au­

tomation verschärft sich die Sensibilj­

tät des Themas zusätzlich. Denn po­

tentiell e Störer wie regel bare Antriebe

und Motoren sowie hochempfindliche

Steuerungen kommen verstärkt in im­

mer komplexeren Elektroinstallationen

zum Einsatz. Werden zu erwartende

Überspannungen bei der Auswahl einer

Stromversorgung nicht ausreichend be­

rücksichtigt oder der Bedarf eines zu­

sätzlichen Überspannungsschutzes ig­

noriert, kann es zu einem Ausfall der

Komponente kommen. Ein sehr hoher

Anteil an Ausfällen im Feld ist auf Über­

spannungen zurückzuführen . Denn die

Zuverlässigkeit von Maschinen und Sys­

temen hängt stark von der Fähigkeit der

Stromversorgung ab, diesen Überspan-

Fortsetzung auf Seite 3

inhalt COVERSTORY

Schutz gegen Überspannungen .......... 01

ENERGIEEFFIZIENTE LÖSUNGEN

NBl und Ml: Mobilfunk für das loT ...•.•. 04

Batterien und mehr ... . .. . .......... ... 05

Digital und zukunftsweisend . .... . . . . . . . 06

Effiziente Teile . .... , ....... . . . .. .. • .... 08

Agile Entwicklung für Wireless . ........ . . 10

Board-to-Board-Steckverbinder . . . .... . . . 11

SYSTEME & KOMPONENTEN

Fünf revolutionäre Erfindungen . . .. . . . . .. 12

Elektronik-Neuheiten .... . ........... . . . 14

Sicherheitszuhaltung & Safety Box . ...... 16

Workstations, CPUs, Switches ... . ... . . . .. 17

AKTUELL

productronica 2019 ..................... 20

Sensor + Test 2019+2020 .. . . . . .... . ...... 21

Alltagshelden für Obdach . . . . . .... ... ... 22

VDI-Wissensforum . ...... . . . .• • ... • . ... 22

MCD Top Innovator .... . . . .... . . . ... .. .. 23

Rutronik & AP Memory .... .• ........ 23

ABB Bilanz .... . . ... .. ... ....... 23

Eplan: Neue Zentrale . .... . . .. 24

Impressum ........... 24

nungen standzu halten . Wie robust und

sicher eine Stromversorgung gegenüber

kurzzeitigen Überspannungen tatsäch ­

lich ist, darüber geben standardisierte

Surge-Test-Verfahren sowie die Angabe

der Überspannungskategorie in der

techni schen Dokumentation der Pro­

dukte Auskunft. $ r 1.2150 "' Imp"". wavofonn Secondary side

A '\VI

fizieren bzw. zertifizieren. Zu berück­

sichtigen ist h ier die Auslegung der

Y-Kondensatoren: Um die Vorgaben

zu erfü ll en, kö n nen ausschließlich

Yl -Kon densatoren verwendet werden.

~ Für Produkte wie z. B. einige Roboter­

~ steuerun gen, die den IEC/EN60204-l-

1L Standard erfü llen müssen, lässt sich ein

Definition der Überspannungskategorie

Power supply: ~ zusätzlicher AC-Transformator in Reihe

Primary side DIN-Rail ~ zwischen dem Stromnetz und einem

Enclosed ~ OVC II-Schaltnetzteil installieren , um

Für Betriebsmitte l, die vom Nieder­

spannungsnetz gespeist werden, gibt es

das Schema der Überspannungskatego­

rien : In vier Stufen definiert es für jede

Kategorie eine Impulsfestigkeit gegen

unterschiedli ch hohe Überspannun­

gen. Dabei besteht das wichtigste Ziel

darin, den Schutz des Anwenders zu ge­

währleisten. Demnach ist ein Durch­

sch lagen der Überspa nnung auf die Se­

kundärseite des Netzteils und das damit

verbundene Sicherheitsrisiko zwingend

zu vermeiden. Die Auslegung der lm­

pu lsfestigkeit hängt stets von der Appli­

kation ab . Sie wird nach dem Konzept

der Überspannungskategorien über den

Einbauort des Geräts innerhalb der In­

sta ll ation bestimmt. Grundsätzlic h

gil t: Je näher sich das Bet riebsmitte l

am Punkt der Einspeisung des Nieder­

spa nn ungsnetzes befindet, desto h ö­

her ist die zu berücksichtigende Über-

Open frame ~ die Impulsfestigkeit zu gewährleisten. ... etc -'--______________________ _______ ---'0" Deutl ich komfortabler ist jedoch die

Anwenderschutz: Ein Durchschlagen der Überspannung auf die Sekundärseite wird vermieden. Verwendung eines zusätzlichen Über­

spannungssch utzes (SPD, surge pro-

Sicherheitsnormen

Für die Impulsfestigkeit ist die Ausle­

gung der Luftstrecken maßgeblich ent­

scheidend. Die zu berücksichtigenden

Luftstrecken fü r Produkte mit verstärk­

ter Isolierung sind nach Vorgabe ver­

sch iedener Normen aufgeführt . Bis auf

die IEC/EN60950-l mit einer Luftstre­

cke von 6 mm weisen alle genannten

Sicherheitsnormen 5,5 mm Luftstrecke

la ut IEC/EN60664-l auf. Mit der Ab­

lösung der IEC/EN60950-l d urch die

neue Sicherheitsnorm IEC/EN62368-l

wird sich a uch

hier der Abstand

auf 5,5 mm redu-

zieren. Die Strom-

spannungskategorie . Hier liegt die versorgungen von

Annahme zugrunde, dass eine Über- MEAN WELL sind

spannung am Einspeisepunkt voraus- oftmals nach der

sichtlich energetischer sein wird als am Sicherheitsnorm

Ende einer Installationskette und sich IEC/EN60950- l

über diese hinweg absch wächt. Wel- zertifi zier t und

che Über spannungs kategorie berück- als OVC lI-Gerät

sichtigt werden muss, lässt sich auch ausgelegt. Jedoch

nach der Art der Anwendung festlegen. ne h men Anfra -

Als Geräte der Überspannungskatego- gen nac h OVC

rie I (OVC I) sind solche definiert, die III-Produkten ver-

an Stromkreise angeschlossen werden,

in denen bereits Vorkehrungen zur Be­

grenzung möglicher Überspannungen

unterhalb des definierten Pegels getrof­

fen wurden . Dazu zählt z. B. IT-Equip­

ment wie ein Laptop mit vorgeschaite­

tem Tischnetzteil. OVC I-Geräte lassen

sich nicht direkt ans Niederspannungs­

netz anschließen. Zur Überspannungs­

kategorie /I (OVC TI) zählen Geräte, die

einen Stecker besitzen und über eine

feste Installation wie eine Netzsteck­

dose gespeist werden, z. B. weiße Ware

und Konsumelektronik. Die Überspan­

nungskategorie III (OVC III) umfasst

Geräte in festen Installationen, z. B. in

der Hausverteilung. Das sind u. a. Netz­

teile im Schaltschrank fü r die Gebäu­

dea utomation . Geräte der Überspan­

nungskategorie IV (OVC IV) befinden

sich direkt am Anschlusspunkt des Nie­

derspannungsnetzes, z. B. Smart Meter

(intelligente Zähler). All diese Punkte

sind in der IEC/EN60664-l Norm zur

Festlegungen der Isolation skoordina­

tion für Betriebsmittel in Niederspan­

nungsan lagen definiert. Am 230-Volt­

Netz ergibt sich eine zu berücksichti­

ge nd e Überspannungsfestigkeit von

2.500 V bei OVC /I sowie 4.000 V bei

OVC 111 . Die Werte beziehen sich auf

Produkte mit Basisisolierung und einer

Betriebshöhe von maximal 2.000 Me­

tern. Für Produkte mit doppelter oder

verstärkter Isolierung ist der nächsthö­

here Wert zu berücksichtigen.

mehrt zu , insbesondere in der Industrie

und Gebäudeautomation . Deshalb hat

der Hersteller bereits eine große Aus­

wahl an OVC III-Netzteilen nach IEC/

EN61558-l zertifiziert oder deren elek­

trisches Design danach ausgelegt. Ge­

mäß der aktuellen Version dieser Norm,

IEC 61558-1: 2005 + AMD1: 2009, ist

defin iert, dass eine Stromversorgung

dann den Anforderungen der OVC III

entspricht, wenn sie zwischen der Pri­

mär- und Sekundärseite eine doppelte

oder verstärkte Isolation aufweist.

Faktor Betriebshöhe

Nach der aktuellen Version der IEC/

EN61558-1 erfü llen die genannten Pro­

dukte die Anforderungen an d ie OVC

III, jedoch nur bis zu einer Betriebshöhe

von maximal 2.000 Metern. Oberhalb

dieser Höhe weist das Datenblatt der

Geräte deshalb eine OVC II aus, ob­

wohl bei den Produkten an hand des

• •

Frank Stocker, Field Application

Engineer Schukat electronic

und Dr. Wen Wu,

Product Manager

MEAN WELL Europe.

Multiplikationsfaktors für die Luftst re­

cken eigentli ch ausreichend Abstände

für eine Betriebshöhe bis 5.000 Meter

berückSichtigt wurden (Faktor 1,48).

Dennoch m uss auch der Impulsspan­

nungstest der IEC/EN6l558-l beach­

tet werden. Hier ist d ie maximale Test­

spannung vo n 6 kV für doppelte und

verstärkte Isolation fü r OVC III jedoch

nur für eine Betriebshöhe von maxi­

mal 2.000 Metern :;pezifiziert . Da die

Norm keine Testspann ung oberhalb

dieser Höhe angibt, ist es notwendig,

OVCIV

Transformer

tection device), wie dem SPD-20HP

von MEAN WELL. Denn der Einsatz

eines Überspannungsschutzes Typ 2

n ach IEC/EN6l643-11 (Anforderun­

gen an Überspannungsschutzgeräte)

ermöglicht zum Beispiel die Verwen­

dung ein es OVC /I-Netzteils in einer

OVC III-Applikation. Der vorgeschal­

tete Schutz sch wächt ein e maximal

anzunehmende Überspannung der

Kategorie 111 derart ab, dass eine Über­

spann ung am n achgeschalteten Netz­

teil die maximale Impulsspannung der

OVC II nicht übersch reitet. Obwohl

Distribution

Je nach Installationsort müssen die Überspannungskategorien 11 bis IV berücksichtigt werden.

für solche Anwendungen auf die niedri­

gere Testspannung der OVC II (4 kV für

doppelte Isolation) zu reduzieren . Da­

bei darf die erforderliche Impulsspan­

nung unter Berücksichtigung der Kor­

rekturfaktoren für die anzunehmende

Betriebsh öh e d ie maximal getestete

Impulsspannung von 6 kV nicht über­

sch reiten. Bei 4 kV Testspannung, mul­

tip liziert mit dem Faktor 1,48 für einen

Betrieb bei 5.000 Metern, ergeben sich

5,92 kV Impulsspannung. Das gewäh r­

leistet eine OVC II bis zu 5.000 Meter.

Modifikationen

Passen die verfügbaren OVC III-Netz­

teile aufgrund ihrer Bauform oder an­

derer Gegebenheiten nicht zur Applika­

tion, lassen sich medizinische Netzteile

nach IEC/EN60601-1 häufig nach den

Vorgaben der IEC/EN6l558-l modi-

elektronikreport I seite 3

diese Lösungen Kosten un d Platzbe­

darf erhöhen, könnten sie dennoch

eine akzeptable Lösung unter System­

betrachtung darstellen, sofern passende

OVC III-Netzteile n icht zur Verfügung

stehen.

Passende Stromversorgung finden

In den qualitativ hochwertigen Strom­

versorgungen von MEAN WELL für un­

terschiedlichste Applikationen stecken

über 35 Jahre Erfah rung in der Entwick­

lung und Prod uktion von Sch alt netz­

teilen. Mit den Serien LRS und RSP

in geschlossener Bauform sowie der

HDR-Serie und KNX-20E fü r die Hut­

schienenmontage bietet der Hersteller

eine breite Palette an OVC III-Netztei­

len an, die nach EN6l558-l zertifiziert

sind. Die Vorgaben der Norm erfü llen

zudem die UHP-Serie (im-U-Profil) und

die vergossene IP67-Serie OWA. Auch

bei den Neuentwicklu ngen wird die

OVC III berücksicht igt, um die Aus­

wahl geeigneter Produkte weiterhin

zu gewährleisten und zu erh öh en. Als

einer der größten europäischen MEAN

WELL-Distributoren b ietet Schu kat

die Netzteile des Herstellers ab Lager

an. Bei kundenspezifischen Fragen zu

Überspannungskategorien und bei al­

len Fragen rund um das Th ema Strom­

versorgung berät zudem das techn ische

Vertriebsteam von Schukat. •

Der agile Lötkolben Im Management-Sprech gehört ,,Agili­

tät" seit ein paar Jahren zu den Lieb­

lingsworten. Wahrscheinlich, weil es

selber so agil ist: agiles Arbeiten, agiles

Projektmanagement, agile Methoden

- das passt einfach überall dazu und

gibt so eine pfiffige, moderne, schnelle

Note. So ähnlich, wie wenn man Basi­

likum auf eine rustikale Käsespätzle­

pfanne streut: Das wirkt gleich viel ele­

ganter, leichter, italienischer.

Natürlich ist Agilität trotzdem ein sinn­

volles Konzept. Gerade wenn sich die

technischen Anforderungen und die

Marktbedingungen so schnell ändern

wie es im Moment der Fall ist, dann

sind starre Projektpläne, hierarchische

Abläufe und komplexe Organigramme

einfach nicht mehr zu handeln. Auf

Seite 10 in diesem Heft finden Sie bei­spielsweise ein paar Gedanken dazu,

wie agile Dienstleistungen dazu beitra­

gen können, noch mehr Effizienz in die

Entwicklung von Wireless-Lösungen zu

bringen: Also in einem Feld, in dem der

Zeitdruck ganz besonders hoch ist.

Ein diametraler Gegensatz dazu ist der

Beitrag auf Seite 12 über fünf bahn­

brechende Entwicklungen in der Elek­

tronik, die in den letzten 100 oder

sogar mehr Jahren alle Veränderun­

gen überlebt haben und noch immer

unverzichtbar sind. Ein Beispiel dafür

ist der elektrische Lötkolben, der von

dem deutschen Erfinder Ernst Sachs

1921 zum Patent angemeldet worden

ist. Mir drängt sich da die Frage auf,

ob Sachs bei der Entwicklung des Löt­

kolbens eigentlich "agil" gearbeitet hat.

Was meinen Sie?

Ohne die Geschichte dieser Erfindung

im Detail zu kennen, vermute ich: Ja,

hat er! Oder glauben Sie, dass er an

seinem Schreibtisch einen ordentlichen

Ablaufplan samt To-Do-Check-Liste und

einen Plan möglicher Projektpartner er­

stellt hat, ehe er zur Entwicklungstat in

der Werkstatt schritt?

Die Stärke von Agilität ist es, Kreativi­

tät wieder mehr aus dem Korsett der

bürokratischen Abläufe zu befreien.

Vielleicht denken Sie daran, wenn Sie

das nächste Mal zu einem Lötkolben

greifen: Der war auch nicht immer da,

der ist "agil" erfunden worden, bevor es

das Wort gab - und heute kommt kein

Elektroniker ohne ihn aus.