Voedingen voor toepassingen binnen de overspanningscategorie III

Het concept van overspanningscategorieën is van toepassing op elektrische installaties die zijn aangesloten op een lage netspanning (< 1000 Vac). De overspanningscategorie (OVC: Overvoltage Category) bepaalt het kortstondige overspanningsniveau door bijvoorbeeld bliksem of instabiele vermogens om zo de locatie te vast te stellen voor de elektrische installatie of de voeding. Dit moet er voor zorgen dat de tijdelijke spanningspiek aan de primaire zijde geen doorgang vindt naar de secundaire zijde om daar een voldoende hoog veiligheidsniveau te kunnen garanderen (zie figuur rechtsboven).

De laatste tijd is er voor verschillende toepassingen steeds meer behoefte aan OVC categorie III. Bijvoorbeeld bij industriële besturingen en in de gebouwautomatisering. Dit artikel behandelt de verschillende soorten beschikbare voedingen en stelt criteria om de juiste keuze te maken.

Indeling overspanningscategorieën

• Volgens IEC 60664-1 (2007) ‘Coördinatie van isolatie voor inrichtingen binnen laagspanningssystemen – Deel 1: Uitgangspunten, eisen en beproevingen’ zijn er vier categorieën:
• OVC I: apparatuur gekoppeld aan elektrische circuits waarbij maatregelen zijn genomen om de pieken of kortstondige overspanning op een gepast laag niveau te houden. Deze maatregelen zorgen ervoor dat de mogelijk tijdelijke overspanning voldoende laag blijft zodat de piekwaarde de toegestane spanning niet overschrijdt (zie tabel 1). Een typische toepassing heeft elektrische circuits tot op dit niveau afgeschermd. Tenzij de circuits zo ontworpen zijn dat ze bestand zijn tegen een tijdelijke overspanning mag apparatuur die tot deze categorie behoort niet rechtstreeks worden aangesloten op de netvoeding;
• OVC II: Apparatuur gevoed via een vaste installatie. De typische toepassingen zijn elektrische toestellen, draagbaar gereedschap en elektrische huishoudelijke apparatuur. Apparatuur uit deze categorie is veelal thuis of in een fabriek aangesloten via een netstekker of stopcontact, zoals getoond in figuur 2. Indien er specifieke eisen aan deze apparatuur worden gesteld, voor wat betreft betrouwbaarheid en beschikbaarheid, dan is overspanningscategorie III van toepassing;
• OVC III: Dit betreft apparatuur in vaste installaties voor toepassingen waar de betrouwbaarheid en de beschikbaarheid van de apparatuur onderworpen is aan specifieke eisen. Bijvoorbeeld schakelaars in een vaste installatie en apparatuur voor industrieel gebruik met een permanente verbinding aan de vaste installatie;
• OVC IV: Apparatuur gebruikt aan de bron, het beginpunt, van de installatie. Typische toepassingen zijn elektriciteitsmeters en installaties primair gericht op overstoombeveiliging.

Tabel 1. Spanningspuls voor applicaties rechtstreeks aangesloten op een lage netspanning (IEC 60664-1). 

Tabel 1 toont de indeling van de piekspanningen of spanningspulsen voor OVC III. Deze ligt op 4000 V bij de Europese netstroom op 230 Vac. Het niveau voor dezelfde categorie bedraagt in Noord-Amerika echter slechts 2500 V, omdat daar de netstroom op 120 Vac ligt. Let erop dat de spanningspuls niet hetzelfde is als de spanning die vermeld staat op de datasheet van een voeding. Er is wel een rekenkundige relatie (√2) tussen beide. Dat wil zeggen dat de kortstondige spanningspuls van 4000 V overeenkomt met een effectieve spanning van 2800 V. Tabel 1 toont enkel het niveau voor de basisisolatie. Indien de voeding ontworpen is voor een verdubbelde of versterkte isolatie, dan geldt een spanningswaarde van een niveau hoger. Met een voeding voor OVC III zit je overigens altijd goed als OVC II of OVC I is vereist (‘downwards compatible’).

Toepassingen van OVC III voedingen

Door de recente opkomst van ‘Smart Industry’ (ook wel ‘Industrie 4.0′) dienen sommige geautomatiseerde besturingssystemen te voldoen aan de norm IEC60204-1. Daarvoor is een extra seriegeschakelde AC-transformator nodig tussen het elektriciteitsnet en de voeding (figuur 3).
Indien de voeding zelf voldoet aan de eisen van OVC III, dan is een AC-transformator overbodig. Het systeem zal dan nog steeds voldoen aan de norm IEC60204-1. Dit bespaart niet alleen ruimte en gewicht, het drukt ook de kosten van het product.

Industriële apparatuur of niet los te koppelen apparatuur, bevestigd aan een vaste installatie, zijn andere toepassingen voor deze categorie voedingen. Enkele normen/standaarden die daarbij van toepassing kunnen zijn en waarvoor OVC III geldt zijn weergegeven in tabel 2.

Tabel 2. Normen voor apparatuur waarvoor ook OVC III geldt. 

Selectie van voedingen conform OVC III

Voedingen met de EN61558-veiligheidsgoedkeuring voldoen volgens de huidige norm IEC 61558-1:2017 aan de OVC III-eisen. Naar eigen zeggen geldt dat ook voor de voedingen van Mean Well. Ter verduidelijking zijn daarom de productspecificaties gewijzigd en uitgebreid met de informatie over OVC III, met uitzondering voor de OWA-reeks. Die productspecificaties blijven ongewijzigd omdat deze ontworpen is als een eindproduct met een AC-stekker. Over het algemeen volstaat dan OVC II.

De aangepaste productspecificaties tonen aan dat de voedingen voldoen aan de eisen van OVC III tot een hoogte van 2000 meter. Voor grotere hoogten geldt OVC II. Hoewel het product voorziet in een gepaste ‘clearance distance’ bij 5000 meter (deze ‘kortste afstand door de ruimte’ is 1,48 keer meer dan bij 2000 m), moet het product ook nog onderworpen worden aan de spanningspulstest volgens de IEC61558-norm. De maximale testspanning voor OVC III is enkel gedefinieerd en getest tot 2000 meter. Er gelden dus minder strenge eisen boven een hoogte van 2000 meter. Hierdoor zal de vereiste spanningspuls nooit groter zijn dan de geteste spanningspuls.

Illustratie overspanningscategorie (OVC). 

OVC II-voeding voor OVC III-toepassingen

Hoe gebruikt men de voeding binnen OVC III-toepassingen zonder te beschikken over het EN61558-1-veiligheidscertificaat? Hiervoor bestaan twee oplossingen. De eerste is door een wisselstroomtransformator voor de OVC II-voeding te schakelen om zo de desbetreffende afstanden te vergroten. Als alternatief kun je een geschikte overspanningsbeveiliging gebruiken. Zet bijvoorbeeld een overspanningsbeveiliging van type 2/3* vooraan om het niveau van de ingangsspanning onder controle te houden, zodat de volgende toepassing de voeding van een categorie OVC II ontvangt. Hoewel beide oplossingen de prijs en de vereiste ruimte doen toenemen, zijn ze het overwegen waard.

OVC categorie II of III voedingen voor roboticatoepassingen. 

Conclusie

De voeding ontworpen volgens de EN61558-1-veiligheidsregelgeving is geschikt voor OVC III-toepassingen. In vergelijking met de vorige genoemde oplossing met de OVC II-voeding levert een OVC III-voeding het voordeel van een lagere prijs en een kleinere afmeting voor het totale systeem. Mean Well blijft er aan werken om te voldoen aan het OVC III-ontwerp voor nieuw ontwikkelde producten. Dit om het niveau van systeemintegratie te verhogen en om in staat te zijn om een breed productassortiment van gestandaardiseerde voedingen voor de energie-industrie aan te bieden.

Dit artikel is gebaseerd op het Engelstalige artikel van Mean Well ‘Power supply for Overvoltage

Category III applications’. Voor meer informatie, zie: www.koningenhartman.nl.