Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 9 Jahren

4-2013

  • Text
  • Bild
  • Frequency
  • Wireless
  • Frequenzbereich
  • Software
  • Antennen
  • Signale
  • Applications
  • Amplifiers
  • Signalquelle
  • Mikrowellentechnik
HF-Praxis 4/2013

Messtechnik

Messtechnik Hochspannungsprüfung – die erforderlichen Tests verstehen Die Zertifizierung eines neuen Produktes nach den relevanten Sicherheitsnormen ist ein wesentlicher Bestandteil eines jeden Entwicklungsprozesses. Aber angesichts der Vielzahl von Normen benötigen Anwender manchmal Unterstützung hinsichtlich der Art und Durchführung der entsprechenden Tests. Dieser Artikel beschreibt einige der technischen Fragen an XP Power zu Hochspannungstests und den relevanten Normen. Kent Smith Applications Engineer XP Power www.xppower.com R – Lage der verstärkten Isolation B – Lage der Basisisolation O – Lage der Funktionsisolation Bild 1: Typische Isolationsstrecken in einem Netzteil Hochspannungsprüfung ( HV-Test) an Endgeräten Isolations- bzw. Hochspannungstests zwischen Primär und Sekundär werden typisch mit zwei verschiedenen Spannungen durchgeführt: 3 kVAC und 4 kVAC. Bei IT- und Industrie- Equipment, für das die Sicherheitsnorm IEC60950-1 gültig ist, wird bei AC/DC-Netzteilen in der Regel die Einhaltung einer Isolationsspannung von 3 kVAC zwischen Eingang und Ausgang gefordert. Die IEC61010, welche für Test- und Messgeräte gültig ist, fordert ebenfalls eine 3-kVAC-Isolation. Medizingeräte unterliegen der IEC60601-1 und müssen, um diese zu erfüllen, eine Isolationsfestigkeit von 4 kVAC zwischen Eingang und Ausgang einhalten. Bei der Durchführung von Hochspannungstests in Systemen kann es gelegentlich zu Missverständnissen kommen. Hierbei ist zu beachten, dass es zwei verschiedene Testversionen gibt. Dies sind der Test zur Gerätesicherheit sowie die Prüfungen in der Fertigung. Fehlinterpretation der relevanten Normen kann daher zu Hochspannungstests mit zu hohen Prüfspannungen führen. Die entsprechenden Normen sagen aus, dass bei der Prüfung der Isolationsfestigkeit der doppelten bzw. verstärkten Isolation darauf zu achten ist, dass keine der Isolierungen mit niedrigerem Grad überbeansprucht wird. Die 3-kVAC- bzw. 4-kVAC- Hochspannungsprüfung wird am Hauptübertrager außerhalb des Netzteils vorgenommen. Wenn die Prüfung mit diesen Spannungen am Fertiggerät durchgeführt wird, kommt es möglicherweise zu einem Isolationsfehler. Allerdings muss dies kein Ausfall der Isolationsbarriere zwischen Eingang und Ausgang sein, sondern es ist oft ein Ausfall der Basisisolation zwischen Eingang und Schutzleiter. Mit der 1500-VAC-Prüfung werden im Netzteil die beiden Isolationsstrecken zwischen Eingang und Ausgang, sowie zwischen Eingang und Schutzleiter geprüft. Bei der Durchführung der Tests müssen bestimmte Voraussetzungen beachtet werden um sicherzustellen, dass das Gerät diese bestehen kann. Wenn diese Voraussetzungen nicht eingehalten werden, kann es zu „falschen“ Ausfällen und darüber hinaus zum Defekt des Gerätes kommen. Typischerweise können hierbei die Kondensatoren und / oder die Isolation, welche zwischen Eingang bzw. Ausgang zum Schutzleiter eingebaut sind, beschädigt werden. Auch können eingangsseitig platzierte MOSFETs und Bauteile zur Surgefestigkeit geschädigt werden. Eine aktuelle Anfrage an das XP-Power-Applikationsteam verdeutlicht den Punkt der Tests mit den korrekten Prüfspannungen: Ein Gerät aus unserer fleXPowerserie, welche sowohl nach der IEC60950-1 als auch der IEC60601-1 zertifiziert sind, wurde einem Hochspannungstest zwischen Eingang und Ausgang mit 4242 VDC (der äquivalenten DC-Spannung von 3000 VAC) unterzogen. Dabei kam es zu einem Durchschlag zwischen Eingang und Chassis. Dies war nicht überraschend, da die Isolation zwischen Eingang und Chassis für ein Maximum von 1500 VAC (2121 VDC) ausgelegt ist und bei dem durchgeführten Test überbeansprucht wurde. Zur Prüfung kann entweder der Übertrager aus dem Gerät entfernt und mit 3000 VAC separat geprüft oder das Gerät aus dem Chassis ausgebaut, sowie alle Y-Kondensatoren entfernt werden. Dann wird es den Hochspannungstest mit 3000 VAC (4242 VDC) zwischen Eingang und Ausgang bestehen. Diese Punkte stellen bei Schutzklasse-I-Anwendungen, bei denen Schutzerde verwendet wird, um sicheren Betrieb zu gewährleisten, ein Problem dar. In Geräten der Schutzklasse II 18 hf-praxis 4/2013

Messtechnik Bild 2: Für den Typtest kann der Ausbau von Bauteilen erforderlich sein. wird zum sicheren Betrieb doppelte oder verstärkte Isolation eingesetzt, ohne die Notwendigkeit des Schutzleiters. Beim Einsatz von Schutzklasse- II-Netzteilen kann der Anwender die Isolation bei IT-Equipment mit 3000VAC (oder 4242 VDC) und bei medizinischen Geräten mit 4000 VAC (5656 VDC) prüfen. Ein weiteres gutes Beispiel wie wichtig die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Netzteilhersteller ist, zeigt der nachfolgende Vorgang, der bei einem unserer Kunden während der Systemzulassung auftrat. Unser Kunde testete ein neues System zur Überwachung von Handynetzen. Es wurden alle Prüfungen bestanden, mit Ausnahme der Hochspannungsprüfung. Dies war insofern überraschend, da das eingesetzte Netzteil zusätzlich zu den IT-Zulassungen auch über die Medizingerätezulassungen verfügt was bedeutet, dass die Isolation des Netzteils die Anforderungen der zutreffenden Norm deutlich überschreitet. Nachdem sich bestätigte, dass das Netzteil korrekt installiert und das Prüfverfahren richtig war, stellte sich die Frage nach der Prüfspannung. Wir fanden heraus, dass die Prüfspannung zwischen Eingang und Schutzleiter deutlich über 1500 VAC war. Es war zunächst nicht ersichtlich warum das Gerät mit höherer Prüfspannung getestet wurde, aber das Testhaus bestand darauf, dass dies richtig ist. Nach weiteren Untersuchungen und einem gemeinsamen Gespräch zur Klärung des Testprozesses mit dem Kunden und dem Testhaus wurde festgestellt, dass der Kunde sein System mit dem für das Netzteil spezifizierten Eingangsspannungsbereich (80 – 264 VAC) gekennzeichnet hatte. Dies veranlasste das Testhaus, basierend auf der Eingangsspannungsangabe auf dem Typenschild des Gerätes, die Prüfspannung höher anzusetzen. Nach der Korrektur der Eingangsspannung auf dem Systemtypenschild und der Wiederholung des Hochspannungstests mit nun 1500 VAC wurde dieser wie erwartet bestanden. XP, der Kunde und das Testhaus waren in der Lage professionell für einen erfolgreichen Abschluss zusammenzuarbeiten: Die Sicherheitszulassung des Kundensystems. ◄ AWR ® , der Innovationsführer bei Hochfrequenz-EDA-Soft ware, liefert Software, welche die Ent wick lung von High- Tech-Produkten beschleu nigt. Microwave Office ® für die Entwicklung von MMICs, Modulen und HF-Leiterplatten AXIEM ® für 3D-Planar- Laden Sie eine KOSTENLOSE 30-Tage- Testversion herunter und über zeugen Sie sich selbst. www.awrcorp.com Elektromagnetik-Analyse Mit AWR als Ihre Hochfrequenz- Analog Office ® für das Design von Design-Plattform können Sie neu ar tige, RFICs preiswerte Produkte schneller und zuverlässiger Visual System Simulator für die ent wickeln. Konzeptionierung von Kommu ni ka- info@awrcorp.com tionsarchi tek turen AWR +49 89 4111 23 702 hf-praxis Finden Sie 4/2013 heraus, was AWR für Sie Germany 19 tun kann:

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel