SELV in eigensicheren Stromkreisen

Für ein »zugehöriges eigensicheres Betriebsmittel«  ist bei Anschluss an einen SELV-Stromkreis eine »Common mode voltage U_m« und eine »Differential mode voltage U_r« einzuhalten, für die das Gerät ausgelegt ist.

Betrachten wir hierzu eine reale Diskussion unter Fachleuten, die in diesem Zusammenhang nach einer Lösung suchen. Vielleicht ließe sich ihrer Meinung nach ja anhand der Ex-Schutznorm ableiten, wie dies zu bewerkstelligen sei. Es hat für einige den Anschein, dass bei SELV-Stromkreisen keine Common-mode-Spannung auftritt – die verstärkte Isolation zwischen Primär- und Sekundärstromkreis solle die Common-mode-Spannung ja unterbinden. Eine geäußerte Befürchtung lautet, dass in Industrieumgebungen zu erwartende AC-Einkopplungen primär- und sekundärseitig ggf. zu größeren Spannungen gegen Erde führen könnten. Diese könne man ja durch Filterkapazitäten bzw. spannungsbegrenzende Bauteile (z. B. Varistoren) limitieren.

Bei PELV-Versorgung würde sich dieses Pro­blem nicht stellen, da U_m nicht größer werden kann als U_r – so die Theorie. Man stellt sich nun die Frage, ob eine Begrenzung der Gleichtaktspannung gegen Erde bei Netzteilen mit SELV-Ausgängen wirklich inhärent gegeben ist. Müsse man anderenfalls nicht sogar zusätzliche Maßnahmen ergreifen? Es kommen Befürchtungen auf, dass die erforderliche verstärkte Isolation des Netzteils hierfür nicht ausreicht. Die Kopplungskapazitäten zwischen Primär- und Sekundärkreis könnten ja die Einkopplungen auf der Primärseite an die Sekundärseite ohne weitere Maßnahmen 1:1 weitergeben. Es existieren Vorschläge, z. B. auf den Einsatz von Überspannungsschutzklemmen zuückzugreifen. Allerdings bleibt die Frage offen, ob eine solche Maßnahme für SELV-Stromkreise zulässig ist.

Frage nach Spannungsüberwachung

Offensichtlich geht es den zuvor erwähnten Fachleuten ganz allgemein und produktunabhängig darum, ob in bestimmten Fällen die Spannung auf der Seite eines SELV-Stromkreises überwacht werden müsste, um zu gewährleisten, dass die maximal zulässigen Grenzen der zulässigen Spannung nicht überschritten werden. Insbesondere dreht sich die Diskussion um »eigensichere Stromkreise« nach DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7). In dieser Norm wird das Problem angeschnitten.

Betrachten wir zunächst die Problemstellung der »Spannungsüberwachung«. Diesbezüglich gibt es in der Sicherheitsgrundnorm DIN EN 61140 (VDE 0140-1), die ja die Schutzziele für Anlagen und Betriebsmittel vorgibt, keinerlei Hinweise oder Festlegungen. Im Abschnitt 5.2.6 von DIN EN 61140 (VDE 0140-1):2016-11 wird klar zum Ausdruck gebracht, dass die Begrenzung der Spannung wie folgt erreicht wird, wenn die zwei folgenden Bedingungen erfüllt sind: ­

»

• a) Die Berührungsspannung überschreitet unter keinen Umständen folgende Werte:
  1. AC 25 V Effektivwert oder DC 60 V oberwellenfrei, sofern das Betriebsmittel normalerweise nur in trockener Umgebung verwendet wird und großflächiger Kontakt von aktiven Teilen mit dem menschlichen Körper nicht zu erwarten ist;
  2. AC 6 V Effektivwert oder DC 15 V oberwellenfrei, in allen anderen Fällen.
• b) Der Sicherheitsgrad entspricht dem von SELV oder PELV und wird durch eine der folgenden Stromquellen versorgt:
  1. einen Sicherheitstransformator; Anmerkung: Sicherheitstransformatoren erfüllen die Anforderungen nach IEC 61558-2-6.
  2. eine Stromquelle mit einer gleichwertigen Sicherheit wie ein Sicherheitstransformator (z. B. Motor Generator);
  3.  elektrochemisch (z. B. Batterie). Es muss beachtet werden, dass der genaue Wert der Spannungsgrenze von einer erheblichen Anzahl von Einflussfaktoren abhängt (wie z. B. Umweltbedingungen, Kontaktfläche).«

Daraus ergibt sich, dass z. B. durch die Verwendung eines Sicherheitstransformators die Einhaltung der Spannungsgrenzen erfüllt werden kann. Auf eventuell mögliche Einkopplungen wird aber an keiner Stelle eingegangen. So kann zumindest bezüglich des Schutzes gegen elektrischen Schlag davon ausgegangen werden, dass keine zusätzlichen Maßnahmen angewendet werden müssen. Allerdings lässst sich aus Sicht des Autors nicht ausschließen, dass es Anwendungsbereiche gibt, bei denen die max. Spannungshöhe eine entscheidende Rolle spielen kann – z. B. bei medizinischen Geräten nach DIN EN 60601-1 (VDE 0750-1).

Eigensichere Stromkreise

• Normenreihe DIN EN 61010 (VDE 0411)
• DIN EN 61010-2-201 (VDE 0411-2-201) DIN EN 61140 (VDE 0140-1)
• DIN EN 60950-1 (VDE 0805-1)
• DIN EN 60079-11(VDE 0170-7)
• DIN EN 62328, IEC/TS 61201:2007-08 DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1)
• DIN EN 60601-1 (VDE 0750-1)

Mögliche Spannungsbegrenzung

Für die Spannungsbegrenzung des eigensichern Stromkreises kann z. B. der Abschnitt 7.5.2 von DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7):2012-06 zur Anwendung kommen, wo u. a. Folgendes ausgesagt wird: »Beim Schutzniveau ‚ia‘ dürfen drei unabhängige aktive Halbleiterschaltkreise zur Spannungsbegrenzung in zugehörigen Betriebsmitteln unter der Voraussetzung verwendet werden, dass die Übergangsbedingungen nach 7.5.1 eingehalten sind. Diese Schaltkreise müssen auch nach 10.1.5.3 geprüft werden.« Weitere Informa­tionen hierzu können auch der DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1) entnommen werden.

Zum Schluss noch einige Worte zu der Auswahl von Betriebsmitteln zur Erreichung einer Spannungsbegrenzung. Hierfür lassen sich keine pauschale Aussagen treffen. Der Einsatz solcher Betriebsmittel hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Für eigensichere Stromkreise können Zenerbarrieren ein ausreichendes Mittel darstellen. Eine Risikoanalyse kann aber auch ergeben, dass Maßnahmen gegen Blitz- und sonstige Überspannungen notwendig sein können. Die konkrete Eignung entsprechender Betriebsmittel muss mit dem jeweiligen Hersteller geklärt werden.

Fazit

Es wird in den VDE-Bestimmungen nicht möglich sein, alle relevanten Möglichkeiten aufzuzeigen. Dies ergäbe auch keinen Sinn, da sich dann jegliche Innovationen ausschließen würden, wenn nur die vorgegebenen Lösungen angewendet werden dürfen. Die notwendigen Schutzziele müssen erfüllt werden. Ggf. bedarf es einer Risikobetrachtung.

Normen zum Beitrag

Normenreihe DIN EN 61010 (VDE 0411)
DIN EN 61010-2-201 (VDE 0411-2-201) DIN EN 61140 (VDE 0140-1)
DIN EN 60950-1 (VDE 0805-1)
DIN EN 60079-11(VDE 0170-7)
DIN EN 62328, IEC/TS 61201:2007-08 DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1)
DIN EN 60601-1 (VDE 0750-1)

Autor

Werner Hörmann, Gelernter Starkstrommonteur und  viele Jahre als Projektant für Schaltan­lagen und Steuerungen bei Siemens tätig. Aktive Normung in verschiedenen Komitees und Unterkomitees der DKE.

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net