oktober 2019 elektronik r e p t 0 - schukat
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Die österreichische Fachzeitung für Elektronik - seit 1977
elektronik www.elektronikreport.at r e p 0 r t
Stromversorgungen ••
www.industriemedien.at
"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.