5 IEC 60950-21

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IEC 60950-21
Zum Zeitpunkt der Drucklegung existiert IEC 60950-21 nur als FDIS mit der
Nummer 108/22/FDIS. Einer Veröffentlichung als internationale Norm IEC
60950-21, als Europäische Norm EN 60950-21 und einer Umsetzung als nationale
Norm DIN EN 60950-21 (VDE 0805 Teil 21) steht jedoch nichts mehr im Wege.
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Zwei gleichwertige Prinzipien
In der künftigen DIN EN 60950-21 (VDE 0805 Teil 21) stehen sich zwei gleichwertige Prinzipien gegenüber. Ein ähnlicher Fall ist bereits in DIN EN 60950-1
(VDE 0805 Teil 1) bei den Rufspannungen entsprechend Anhang M bekannt. Auf
diesen Fall soll jedoch hier nicht näher eingegangen werden. Die beiden unterschiedlichen Fernspeiseprinzipien beruhen auch auf unterschiedlichen Sicherheitsprinzipien. Entwickelt haben sich beide Fernspeisearten unabhängig in verschieden
Gebieten der Erde. So wurden RFT-V-Fernspeisungen in Nordamerika und RFTC-Fernspeisungen in Europa entwickelt. Die tatsächliche Verbreitung hängt mit
den Wirtschaftbeziehungen zu den oben genannten Kontinenten und den marktführenden Firmen ab.
5.1.1 RFT-C-Fernspeisung
Der strombegrenzte Fernspeisekreis RFT-C beruht auf der Begrenzung des Stroms
auf 60 mA, der bei Berührung den menschlichen Körper durchströmen könnte. Der
Grenzwert ist dabei nach den verschiedensten Gesichtspunkten festgelegt.
• Der Grenzwert hat einen entsprechenden Abstand (mindestens Faktor 2) vom
Grenzwert c1 (siehe Bild 2). Oder
• Der Grenzwert errechnet sich aus der Grenzwertkurve b (siehe Bild 2) dividiert
durch den Herzstromfaktor (etwa 0,4) für die Beeinflussung von Hand zu Hand.
Der Herzstromfaktor ist allerdings bei Gleichstrom nicht exakt definiert. Oder:
• Dies ist zwar kein Sicherheitsargument, aber die langjährige Erfahrung aus früheren Systemen und den nationalen Normen führt zum selben Grenzwert.
Nimmt man alle drei verschiedenen Dimensionierungsregeln her, so erfüllt der
Grenzwert von 60 mA alle diese drei Anforderungen mit entsprechendem Sicherheitszuschlag.
5.1.2 RFT-V-Fernspeisung
Die spannungsbegrenzte Version einer Fernspeisung nimmt für sich folgende Kriterien in Anspruch:
• Ähnlich den Bedingungen von TNV-Stromkreisen wird die Berührfläche sehr
klein angenommen. Das heißt, dass der Hautübergangswiderstand sehr hoch ist
und damit der Strom durch den menschlichen Körper sehr gering bleibt.
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• Mit der Begrenzung der Spannung auf Werte unterhalb von 200 V gegen Erde,
bei einer eventuellen Unsymmetrie, ist auf jeden Fall gewährleistet, dass die
Hautdurchschlagsspannung nicht erreicht oder gar überschritten wird. Damit
bleibt der Hautübergangswiderstand als strombegrenzendes Element erhalten.
5.1.3 Vor- und Nachteile
Beide Prinzipien haben deutliche Vor- und Nachteile. An Hand von Bild 6 sollen
verschiedene Fernspeisungen einander gegenübergestellt und die speziellen Vorteile aufgezeigt werden. Verglichen werden die Speisereichweiten (Schleifenwiderstand der Fernspeisestrecke) einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung bei folgenden
Systemwerten:
1. TNV-Speisung mit 120 V,
2. RFT-V-Fernspeisung mit 140 V,
3. RFT-V-Fernspeisung mit 280 V,
4. RFT-C-Fernspeisung mit 400 V / 60 mA
Diese vier Fälle wurden bewusst gewählt, um Grenzen aufzuzeigen. Es handelt
sich dabei sowohl um technische als auch um wirtschaftliche Argumente. Bevor
genauer auf Bild 6 eingegangen wird, sollten erst alle Nebenbedingungen festgelegt werden.
Zu Fall 1: Eine Speisung innerhalb der Grenzen von TNV-Stromkreisen ist nur bis
maximal 120 V möglich. Wird über das Telekommunikationsnetz gespeist, was
hier berücksichtigt wurde, muss auch der Strom auf 1,3 A begrenzt werden. Eine
weitere Grenze bei größeren Schleifenwiderständen ist die Leistungsanpassung.
Hierbei liegt am Verbraucher gerade noch die halbe Speisespannung an und stellt
eine physikalische Grenze dar.
Zu Fall 2 und Fall 3: Eine Begrenzung des Stroms auf Werte unterhalb von 1,3 A
ist nur für den Kurzschlussfall relevant. Die Speiseleistung ist auf Werte kleiner
100 W zu begrenzen. Auch hier gelten für höhere Schleifenwiderstände die Bedingungen der Leistungsanpassung.
Zu Fall 4: Bei der RFT-C-Fernspeisung ist der Strom auf 60 mA begrenzt. Erst
oberhalb von 3000 Ω Schleifenwiderstand ist mit Leistungsanpassung zu rechnen.
Man kann aber auch bei größeren Schleifenwiderständen noch mit Konstantstrom
arbeiten; die übertragbare Leistung wird dann geringer als im Bild 6 dargestellt. In
unserem Bespiel würde bei Konstantstrom 60 mA, Speisespannung 400 V und einem Schleifenwiderstand von 6667 Ω die übertragbare Leistung bis auf null sinken.
Alle im Bild 6 berechneten Leistungen sind theoretische Werte. Es wurden nur
Maximalwerte benutzt. In der Praxis müssen von den in der Norm festgelegten
Maximalwerten entsprechend der verwendeten Technik Sicherheitsabstände eingehalten werden. Weiter ist zu berücksichtigen, dass die übertragbaren Leistungen
als Eingangsleistungen zu verstehen sind. Bei Verwendung einer Stromversorgung
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in der gespeisten Einrichtung ist auch deren Wirkungsgrad zu berücksichtigen. All
diese Faktoren mindern die übertragbare Leistung.
Vergleich verschiedener Fernspeisungen
W
theoretische übertragbare Leistung
1000
100
10
1
0,1
10
100
1000
Ω
10000
Schleifenwiderstand
TNV 120V
RFT-V 280V
RFT-V 140V
RFT-C 400V
Bild 6 Vergleich verschiedener Fernspeisungen einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
Die Auswahl der geeignetsten Fernspeisung muss wohl in erster Linie nach den
Betriebsparametern (maximaler Schleifenwiderstand und benötigte Eingangsleistung) erfolgen. Eine wesentliche Rolle spielt auch die Netzstruktur. So hat bei einer Parallelschaltung der gespeisten Einrichtungen die RFT-V-Fernspeisung Vorteile. Bei Serienspeisung ist im Allgemeinen eine RFT-C-Fernspeisung besser geeignet.
Aus wirtschaftlichen Gründen sollte eine Speisung mit möglichst geringer Spannung gewählt werden. Eine Speisung mit einer TNV-Spannung wird sicherlich die
günstigste Variante darstellen. Gehen wir aber davon aus, dass eine Fernspeisung
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