⚡ Störfestigkeit gegen Stoßspannungen (Surge) — Hybridgenerator 1,2/50 µs und 8/20 µs, bis 4 kV

Elektronik und EMV PN-EN 61000-4-5

Übersicht

Die Norm betrifft die Prüfung der Störfestigkeit elektrischer und elektronischer Betriebsmittel gegen energiereiche Stoßspannungen, die die Auswirkungen von Blitzeinschlägen und Schalthandlungen im Versorgungsnetz nachbilden. Die empfohlenen Prüfschärfegrade der Leerlaufspannung mit einer Toleranz von ±10 % betragen 0,5 kV, 1,0 kV, 2,0 kV und 4,0 kV; der Schärfegrad „x“ ist nicht festgelegt und kann in den technischen Anforderungen an das Produkt angegeben werden. Die Schärfegrade werden abhängig von den Installationsbedingungen gewählt, und die Installationsklassen sind in Anhang B der Norm angegeben. Die Anforderungen an die Störfestigkeit müssen bei allen Spannungen der niedrigeren Prüfschärfegrade erfüllt werden.

Die Norm sieht zwei Generatoren vor. Der Hybridgenerator liefert einen Spannungsstoß der Form 1,2/50 µs unter Leerlaufbedingungen und einen Stromstoß der Form 8/20 µs im Kurzschluss, bei einer Einstellbarkeit der Spannung mindestens im Bereich von 0,5 kV bis 4,0 kV; der Kurzschlussstrom beträgt mindestens 0,25 kA bei einer eingestellten Leerlaufspannung von 0,5 kV und mindestens 2,0 kA bei 4,0 kV. Der zweite Generator, für Telekommunikationsleitungen bestimmt, liefert einen Stoß der Form 10/700 µs im selben Spannungsbereich, mit einem Strom von mindestens 100 A bei einer Leerlaufspannung von 4,0 kV.

Die empfohlene Prüfstrategie besteht darin, zunächst die Funktion des Betriebsmittels bei einem niedrigen Prüfschärfegrad, zum Beispiel 0,5 kV oder 1 kV, zu überprüfen und anschließend bei einem höheren Schärfegrad, zum Beispiel 2 kV oder 4 kV, zu prüfen. Polnische akkreditierte Laboratorien führen diese Prüfung an ein- und dreiphasigen Versorgungsanschlüssen, an Gleichstrom-Versorgungsanschlüssen sowie an Eingangs- und Ausgangsleitungen durch.

Prinzip der Methode

Der Hybridgenerator erzeugt einen Stoß, dessen Form von der Lastimpedanz abhängt: unter Leerlaufbedingungen ist es eine Spannungskurve 1,2/50 µs, im Kurzschluss eine Stromkurve 8/20 µs; der Generator hat eine festgelegte effektive Ausgangsimpedanz. Die Stöße werden zwischen die Leiter der Leitung oder zwischen einen Leiter der Leitung und Erde eingekoppelt; bei der Prüfung Leitung gegen Erde wird die Prüfspannung nacheinander zwischen jeden Leiter der Leitung und Erde gelegt, sofern nichts anderes festgelegt ist. Ohne andere Anforderungen werden die Stöße synchron zur Phase der Wechselspannung erzeugt: im Nulldurchgang sowie im Scheitelwert der Kurve, positiv und negativ. An den gewählten Punkten werden mindestens fünf positive und fünf negative Stöße aufgebracht, bei einer Folge von höchstens einem Stoß pro Minute, weil die Schutzelemente des Prüflings eine geringe mittlere Verlustleistung haben.

Anwendungen

• Störfestigkeitsprüfungen von Netzteilen, Steuerungen und Industriegeräten gegen Netzüberspannungen
• Beurteilung der Wirksamkeit eingebauter Überspannungsschutzgeräte
• Prüfung von Telekommunikationsleitungen mit dem Generator 10/700 µs
• Prüfungen der Übereinstimmung von Produkten mit der Richtlinie über die elektromagnetische Verträglichkeit
• Abnahmeprüfungen von aus dem Niederspannungsnetz versorgten Geräten in akkreditierten Laboratorien

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 61000-4-5:2014-10

Titel (PL)

Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) — Część 4-5: Metody badań i pomiarów — Badanie odporności na udary

Title (EN)

Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-5: Testing and measurement techniques — Surge immunity test

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Wahl des Prüfschärfegrads

   Den Schärfegrad abhängig von den Installationsbedingungen wählen und dabei die Installationsklassen aus Anhang B der Norm heranziehen; die Anforderungen an die Störfestigkeit müssen auch bei allen Spannungen der niedrigeren Schärfegrade erfüllt sein.

2. Prüfplan

   Im Plan Prüfaufbau, Generator und übrige Einrichtungen, Prüfschärfegrade für Spannung und Strom, Innenimpedanz des Generators, Polarität des Stoßes, Art der Auslösung, Anzahl der Prüfungen, Folgefrequenz, geprüfte Ein- und Ausgänge, repräsentative Betriebsbedingungen des Betriebsmittels, Folge der Stöße, Phasenwinkel sowie die tatsächlichen Installationsbedingungen festlegen, zum Beispiel einen geerdeten Neutralleiter im Wechselstromnetz oder einen geerdeten Plus- oder Minuspol im Gleichstromnetz.

3. Kalibrierung der Generatoren

   Die Kennwerte und technischen Parameter der Generatoren überprüfen und ihre Kalibrierung gemäß den entsprechenden Abschnitten der Norm durchführen: Spannungskurve im Leerlauf und Stromkurve im Kurzschluss.

4. Aufbau des Prüfplatzes

   Den Generator über das Koppel-/Entkoppelnetzwerk mit dem Prüfling verbinden, entsprechend dem geprüften Anschluss und der Art der Einkopplung des Stoßes.

5. Vorprüfung bei niedrigem Schärfegrad

   Die Funktion des Prüflings bei einem niedrigen Prüfschärfegrad, zum Beispiel 0,5 kV oder 1 kV, überprüfen, um die Richtigkeit des Aufbaus und das Verhalten des Betriebsmittels vor der Beaufschlagung mit dem vollen Schärfegrad zu bestätigen.

6. Aufbringen der Stöße

   An jedem gewählten Punkt mindestens fünf positive und fünf negative Stöße aufbringen, mit einer Folge von höchstens einem Stoß pro Minute. Bei Wechselstromversorgung die Stöße im Nulldurchgang sowie im positiven und negativen Scheitelwert auslösen.

   ⏱ Zeit: Abstand min. 1 min

7. Prüfung Leitung gegen Erde

   Bei der Prüfung zwischen Leitung und Erde die Prüfspannung nacheinander zwischen jeden Leiter der Leitung und Erde legen, sofern nichts anderes festgelegt ist.

8. Bewertung und Bericht

   Die Funktion des Betriebsmittels nach den Bewertungskriterien aus den Produktanforderungen beurteilen. Im Bericht Generator, Schärfegrade, Polaritäten, Phasenwinkel, Anzahl und Folge der Stöße, geprüfte Anschlüsse und Ergebnis angeben.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Stöße mit einer Spannung bis 4 kV und einem Kurzschlussstrom bis 2 kA — geschlossener Prüfplatz, Verriegelungen, kein Zugang zu den Klemmen während der Beaufschlagung
• Die Stoßenergie reicht aus, um Geräte zu beschädigen und einen elektrischen Schlag zu verursachen — Bedienung nur durch geschultes Personal
• Der Prüfling bleibt während der Prüfung an Netzspannung — Schutz gegen elektrischen Schlag und Not-Aus
• Schutzelemente im Prüfling können bei zu häufigen Stößen überhitzen — Abstand von mindestens einer Minute einhalten
• Entladen der kapazitiven Kreise des Generators vor jedem Eingriff in die Verbindungen

Häufige Fragen