Schutzeinrichtungen bei Konstantstromquellen bei >120V DC

[Alex870]

Hallo zusammen,

ich bin neu hier und hoffe mir kann jemand bei meinem Problem weiterhelfen.

Folgender Sachverhalt: Ich möchte hochleistungs-LEDs in einem Metallgehäuse mittels einer Konstantstromquelle betreiben. Die Sekundärseite ist zunächst potientialgetrennt und liefert einen absolut glatten Strom von ca. 1 A bei maximal 300 V. Ich möchte das System möglichst sicher für Mensch und Umgebung ausführen und habe dazu ein paar Fragen.

1. Die gebräuchlichste Variante wäre wohl einen Isolationswächter einzusetzen, der entsprechend im Erdschlussfall abschaltet. Da insgesamt 6 der Konstantstromquellen verbaut werden sollen, wäre das allerdings eine sehr teure Lösung, zumal kein IT Netz gefordert ist. Eine Idee wäre es die Sekundärseite einpolig zu erden, diesen Pol aufzuteilen und so ein TN-C-S Netz zu kreieren. Ein RCD Typ B würde dann bei einem Erdfehler auslösen. Kann man das so machen oder wird in jedem Fall zu einem Isolationswächter geraten?

2. Meines Wissens dient ein RCD nur dem zusätzlichen Schutz und ersetzt nicht die Schutzmaßnahmen zur automatischen Abschaltung. Dazu meine zweite Frage. Da es sich um eine Konstantstromquelle handelt kann eine automatische Abschaltung per Leitungsschutzschalter oder Ähnlichem nicht funktionieren. Meines Erachtens wäre hier die einzige Möglichkeit eine Spannungsüberwachung einzubauen und beim Unterschreiten eines Grenzwertes abzuschalten. Technisch würde ich sagen benötigt man keinen Leitungsschutz, da die Stromstärke in jedem Fall auf 1 A begrenzt ist aber was sagt die VDE dazu?

Ich hoffe ich habe mein Problem verständlich beschrieben. Vielen Dank schon mal für eure Mühe und Antworten.

Viele Grüße
Alex

 

[Carsten1972]

Ich möchte das System möglichst sicher für Mensch und Umgebung ausführen und habe dazu ein paar Fragen.

Ich auch.
Liegt die Verbindungsleitung zwischen KSQ und LED irgendwo außerhalb des Gehäuses?
Wenn nein: Was interessiert es, wenn innerhalb eines geschlossenen Gehäuses, welches nur mit Werkzeug zu öffnen ist, lebensbeendende Spannungen herrschen?

 

[EBC41]

Auf jeden Fall, das Metallgehäuse für die LEDs mit dem netzseitigen PE verbinden. Die Gleichstromleitung vom Netzteil zum LED-Gehäuse soll auch einen PE enthalten, der mit dem netzseitigen verbunden ist. Dann vor das Netzteil eine allstromsensitiven RCD 30mA setzen und einen Pol der Sekundärseite des Netzteils mit dem ausgangsseitigen N des RCDs verbinden. So würde ein Körperschluss auf der Gleichspannungsseite in jedem Fall einen Fehlerstrom für den RCD generieren und zur sofortigen Abschaltung führen. Ein Isolationsfehler in der DC-Zuleitung zwischen Plus und Minus, der zu einem Lichtbogen führt, würde sofort auch den PE kontaktieren und damit zur Abschaltung führen.

 

[Drehfeld]

Um welche Konstantstromquelle handelt es sich denn?

 

[Carsten1972]

Auf jeden Fall, das Metallgehäuse für die LEDs mit dem netzseitigen PE verbinden.

Ich habe schon den ein oder anderen LED-Scheinwerfer angeschlossen, der in SK II ausgeführt war und dessen LED-Betriebsspannung weit außerhalb des SELV-Bereichs lag - mit Metallgehäuse.

Doppelt isolierte Zuleitung zum Treiber, von dort Einzeladern mit verstärkter Isolation zur LED-Platine (und zusätzlich eine lustige lila Ader Potenzialausgleich).

einen Pol der Sekundärseite des Netzteils mit dem ausgangsseitigen N des RCDs verbinden. So würde ein Körperschluss auf der Gleichspannungsseite in jedem Fall einen Fehlerstrom für den RCD generieren und zur sofortigen Abschaltung führen.

Ein Isolationsfehler auf der Sekundärseite (ungeerdeter Leiter hat Schluss zum geerdeten Körper) führt zum Kurzschluss der Sekundärseite des Treibers und - wenn dessen Sekundärseite galvanisch von der Primärseite getrennt ist - nicht zum Ansprechen des FI.
Falls die Sekundärseite nicht galvanisch von der Primärseite getrennt ist, würde ich eine Verbindung eines beliebigen Leiters der Sekundärseite mit dem PE sicher nicht empfehlen.

Ich wüsste gerne, welches Betriebsgerät GENAU eingesetzt werden soll, wie das Gehäuse der Leuchte aufgebaut werden soll und welche Einsatzbedingungen vorgesehen sind.

 

[Alex870]

Hallo an alle,

erstmal vielen Dank für die schnellen und hilfreichen Antworten. Ich habe mal schnell 2 Skizzen gemacht. Die erste zeigt das System ohne Schutz. Bei der zweiten habe ich versucht nachzukonstruieren was EBC vorgeschlagen hat. Ich hoffe man kann die Miniaturansichten vergrößern.


An Carsten: Für ein IT Netz, welches ich sekundärseitig hätte, wenn noch das LED Gehäuse geerdet ist, ist zwingend ein Isolationswächter notwendig. Ich überlege eine Lösung zu finden mir diesen zu sparen. Dafür war der Gedanke aus der Sekundärseite ein TN-C-S Netz zu machen, indem ich beispielsweise den Minus-Pol Erde und anschließend in Schutzerde und Bezugspotential aufteile. Eigentlich analog zum Hausanschluss. Damit könnte ich einen RCD Typ B einsetzen (auch teuer, aber nicht ganz so teuer), um zumindest einen Erdfehler abzuschalten. Zwischen Stromquelle und LED Lampe liegen einige Meter, also nicht alles in einem Gehäuse.

An EBC: habe ich das so nachkonstruiert wie du es dir gedacht hast? Dann verstehe ich leider nicht wo genau sich bei dem eingezeichneten Fehler der Strompfad ausbildet, der beim RCD zu einer Differenz führt. Ich habe mal einige Punkte beschriftet. Vielleicht könntest du mir nochmal auf die Sprünge helfen.

An Drehfeld: Es handelt sich in der ersten Auswahl um ein Meanwell HLG-320h-c1050b. Ich muss gestehen, dass ich mich noch gar nicht direkt mit der Technik des Netzteils auseinandergesetzt habe und daher auch nicht weiß, ob es tatsächlich potentialtrennend ausgeführt ist. Aber die Frage schwebt mir schon länger im Kopf herum und bezieht sich auf das Problem im Allgemeinen, also bitte nicht auf dieses Netzteil festlegen. Es steht auch noch gar nicht fest ob genau dieses Netzteil verwendet werden wird.

Vielen Dank nochmal und Grüße
Alex

 

[Alex870]

Hallo Carsten,

ich habe deine Nachricht erst nach dem Senden gesehen. Ja deine bedenken bezüglich des RCDs auf der Primärseite teile ich, daher wollte ich hier nochmal nachhaken. Meine Idee war es ja diesen mit TN-C-S Netz sekundärseitig zu verwenden.

Zur Anlage: Es wird ein Kühlkörper mit langen LED Streifen in ein Glasrohr geschoben. Abgeschlossen wird das Rohr mit einem Edelstahlkopf in den dann auch das Zuleitungskabel geführt wird. Prinzipiell ist dieser Edelstahlkopf das einzige Teil, welches im Fehlerfall spannungsführend werden könnte. Dieser ist auch frei zugänglich.

Ich hoffe das war die Antwort auf deine Frage.
Viele Grüße und vielen Dank!
Alex

 

[werner_1]

Hallo Alex,
ich habe mal kurz alles überflogen. Wenn die Sekundärseite des Netzteils galv. getrennt ist, interessiert einem primärseitigen FI ein sekundärseitiger Fehler in keinster Weise - egal wie du ihn beschaltest. Der Einsatz eines FI (B) in der Sekundäseite, bei gerdetem DC-Netz, könnte funktionieren. Aber hast du mal bei einem Hersteller nachgeschaut/nachgefragt, ob der Einsatz im DC-Netz zulässig ist.

 

[Alex870]

Hallo Werner,

das ist natürlich der Punkt, der dann auf mich zukommt. Mir ist klar, dass DC schalten einen viel höheren Anspruch darstellt als AC schalten. Aber da es sich hier um maximal 1 A handelt bin ich mal zuversichtlich, dass es den ein oder anderen Hersteller gibt, der mir hier etwas anbieten kann. Am Ende stellt sich ganz klar die Frage, ob das Ganze tatsächlich günstiger als ein Isolationswächter mit DC-Lastschalter ist aber die Diskussion ist ja auch allgemeiner Natur. Auch die Frage, inwiefern die VDE auch bei Konstantstromquellen LSS oder anderen Leitungsschutz vorsieht liegt mir auf dem Herzen, da mir technisch kein Grund dafür einfällt.

Grüße Alex

 

[werner_1]

Was soll ein LSS hinter einer KSQ machen? Bei einem Kurzschluss fließt max. 1A (in deinem Fall).

 

[Alex870]

Genau. Technisch gibt es erstmal keinen Grund. Aber es könnte beispielsweise ein Netzteil mit doppelter oder verstärkter Isolierung vorausgesetzt sein, um auf den Leitungsschutz zu verzichten. Damit die Primärspannung unter keinen Umständen auf die Sekundärseite überschlägt, ähnlich wie es z.B. bei SELV/PELV vorgeschrieben ist. Nur weiß ich leider nicht wo ein solcher Fall gegebenenfalls in der Norm festgehalten ist.

 

[werner_1]

Hier ein Artikel zum Einsatz von RCDs in DC-Systemen (Seite 3): https://www.bender.de/fileadmin/con...icle/de/Elektrische_Sicherheit_DC_2013_DE.pdf

 

[Carsten1972]

Für ein IT Netz, welches ich sekundärseitig hätte, wenn noch das LED Gehäuse geerdet ist, ist zwingend ein Isolationswächter notwendig.

Ich halte den Begriff "IT-Netz" bei einer Leuchtenanschlussleitung für falsch.
Ich habe allerdings keinen Zugriff auf Normen für die Herstellung von Leuchten.
Du hast (vermutlich, da noch "geheim"?) eine nicht isolierte Konstantstromquelle. Der Versuch, einen der beiden LED Ausgänge zu "erden" dürfte zur sofortigen Zerstörung der KSQ führen.

Ich würde die Verbindungsleitung zwischen KSQ-Gehäuse und LED-Glasröhre mit einer geeigneten, doppelt isolierten Verbindungsleitung ausführen.
Ich würde vielleicht für diese Verbindung eine Leitung mit geerdetem Schirm benutzen, etwa YSLYCY.

 

[werner_1]

Du hast (vermutlich, da noch "geheim"?) eine nicht isolierte Konstantstromquelle. Der Versuch, einen der beiden LED Ausgänge zu "erden" dürfte zur sofortigen Zerstörung der KSQ führen

Folgender Sachverhalt: Ich möchte hochleistungs-LEDs in einem Metallgehäuse mittels einer Konstantstromquelle betreiben. Die Sekundärseite ist zunächst potientialgetrennt und ...

 

[EBC41]

Ein Isolationsfehler auf der Sekundärseite (ungeerdeter Leiter hat Schluss zum geerdeten Körper) führt zum Kurzschluss der Sekundärseite des Treibers und - wenn dessen Sekundärseite galvanisch von der Primärseite getrennt ist - nicht zum Ansprechen des FI.

Wenn, wie ich in #3 schrieb, ein Pol der Gleichstromquelle mit dem ausgangsseitigem N des allstromsensitiven RCD verbunden ist, löst dieser bei einem sekundärseitigem Schluss zum PE aus.

Wenn die Sekundärseite des Netzteils galv. getrennt ist, interessiert einem primärseitigen FI ein sekundärseitiger Fehler in keinster Weise - egal wie du ihn beschaltest.

Doch! Wenn, wie ich schon in #3 schrieb, der eine Pol der Sekundärseite mit dem ausgangsseitigen N des allstromsensitiven RCD verbunden ist. Der Gleichfehlerstrom fließt durch den N-Pfad des RCD zurück ins Netz.

 

[EBC41]

An EBC: habe ich das so nachkonstruiert wie du es dir gedacht hast? Dann verstehe ich leider nicht wo genau sich bei dem eingezeichneten Fehler der Strompfad ausbildet, der beim RCD zu einer Differenz führt. Ich habe mal einige Punkte beschriftet. Vielleicht könntest du mir nochmal auf die Sprünge helfen.

Im Schaltplan, die rot gezeichnete Linie, wäre der Weg des Gleichfehlerstroms. Und da er den RCD nur einmal durchfließt (im N-Pfad) muss er auslösen.




Ich habe diese Anordnung in keiner Norm gefunden. War nur eine Idee von mir. Ich stelle sie einfach mal in die Diskussion. Aber mir erscheint sie wirkungsvoll. Falls jemand erkennt, dass es damit Probleme geben könnte, bitte gerne erläutern. Vielleicht denke ich ja auch falsch?

 

[Carsten1972]

In der Skizze wird ja nun eine Modellbezeichnung genannt: Meanwell HLG-320H-C1050B.
Das ist tatsächlich eine KSQ mit isoliertem LED-Ausgang.

Mir ist dennoch unklar, warum der TE meint, diese Verbindungsleitung zwischen KSQ und LED-Glaskolben (wo bleibt eigentlich die Abwärme?) stelle ein "IT-Netz" dar.
Es soll doch offensichtlich genau ein Leuchtenkörper mit genau einer KSQ verbunden werden. Selbst wenn es ein "IT-Netz" darstellen würde, so würde ich das analog zu einem Trenntrafo (oder einem Generator) mit genau einem Betriebsmittel ansehen.
Der erste Fehler (Zusatzisoliereung defekt) führt zu nichts.
Der zweite Fehler (Basisisolierung defekt) führt zu nichts.
Der dritte Fehler (Basisisolierung eines zweiten Leiters defekt) führt entweder zur gefährlichen Berührungsspannung, oder (wenn es sich beide Male um Isolationsfehler zum PA handelt) zum Kurzschluss der KSQ.

Damit ist dieses Konstrukt genauso sicher (oder von mir aus auch "unsicher") wie ein Trenntrafo, Stromgenerator oder Wechselrichter - Geräte, die millionenfach tagtäglich zulässigerweise im Einsatz sind.

Das "Neutralisieren" eines Ausgangsleiters der KSQ führt dazu, dass im Fall "Basis- und Zusatzisolierung defekt" des nicht mit dem N verbundenen Ausgangsleiters nicht "nichts" passiert, sonder eine gefährliche Berührungsspannung sofort entsteht. Ja, beim Berühren wird dann ein vom FI detektierbarer Differenzstrom fließen.

Aber wenn es darum geht, sich vor dem "dritten Fehler" schützen zu wollen, warum setzt man dann keine SELV-KSQ ein? Warum will man unbedingt mit kleinem Strom und hoher Spannung arbeiten? Das ergibt doch alles keinen Sinn.

Ach so: CE Kenzeichnung, Produkthaftung. Schon mal darüber nachgedacht?

 

[Alex870]

Guten Morgen an alle,

erstmal zu dem Thema RCD auf der Primärseite. Prinzipiell leuchtet mir der Strompfad ein und in meinem Fall ist das Ganze auch fest verdrahtet. Aber was wäre bei einem Schuko Anschluss des Netzteils. Zu 50% würde man dann das Bezugspotential sekundärseitig auf Phase legen, was bedeuten würde, dass der Plus Pol bei 300V Differenz Spitzenwerte von 625V erreichen würde. Oder bin ich hier falsch?

An Carsten. Der Kühlkörper wird wassergekühlt. Und ja, der einzige Fall, den ich mir vorstellen könnte, der gefährlich werden könnte ist, wenn durch einen ersten Fehler ein Schluss zum Kopf entsteht und jemand (meinetwegen weil das Glas bricht) irgendwie an den anderen Pol langen kann. Ich stelle mir das genauso unwahrscheinlich vor wie du, da es sich ja eben nur um 1 Betriebsmittel handelt aber ich hätte gerne gewusst, was die Norm dazu sagt oder in welchem Abschnitt es stehen könnte

CE ist natürlich ein Thema, daher würde ich gerne im Vorfeld schon mal den Grundaufbau normgerecht halten und mich nicht darauf verlassen, was ich persönlich als unwahrscheinlich erachte.

Vielen Dank nochmal für eure Antworten!
Grüße Alex

 

[EBC41]

Das "Neutralisieren" eines Ausgangsleiters der KSQ führt dazu, dass im Fall "Basis- und Zusatzisolierung defekt" des nicht mit dem N verbundenen Ausgangsleiters nicht "nichts" passiert, sonder eine gefährliche Berührungsspannung sofort entsteht. Ja, beim Berühren wird dann ein vom FI detektierbarer Differenzstrom fließen.

Also sicherheitsmäßig im Prinzip die gleiche Auswirkung, wie in einem nach dem 30mA RCD liegenden gewöhnlichen Wechselstromkreis. Solche Kreise wären nach aktueller Ansicht ja optimal gesichert. (Wenn man von der Steigerung AFDD Schalter mal absieht)

Aber was wäre bei einem Schuko Anschluss des Netzteils. Zu 50% würde man dann das Bezugspotential sekundärseitig auf Phase legen, was bedeuten würde, dass der Plus Pol bei 300V Differenz Spitzenwerte von 625V erreichen würde. Oder bin ich hier falsch?

Ja, das wäre richtig. Aber in unserem Fall gehen wir davon aus, dass der N durch Festanschluss auch ein N bleibt. In der Skizze des TE ist ja auch keine Steckverbindung erwähnt.

 

[Alex870]

Hallo zusammen,

ich wollte nur noch meine Erkenntnisse teilen.

Doppelt isolierte Zuleitung zum Treiber, von dort Einzeladern mit verstärkter Isolation zur LED-Platine

Damit hast du absolut recht. Bei Anschluss eines einzigen Verbrauchers kann der Anschluss sogar von Laien vorgenommen werden. Werden also alle Voraussetzungen nach dem Schutz durch Schutztrennung erfüllt, ist keine weitere Schutzmaßnahme erforderlich. Wohl gemerkt nur bei einem Verbraucher. Und damit hast du auch recht, dass der Begriff IT-Netz bei einem Verbraucher zu spitzfindig gedacht war.

Jetzt gilt es für mich zu prüfen, ob das Netzteil mit einem Trenntransformator nach der Norm VDE 0570-1 ausgeführt ist und wie die sichere Isolation der Netzteile und Kabel gegen alle anderen Stromkreise und Erde, nach Norm DIN VDE 0100-410 Teil 4-41, sichergestellt werden kann.

Falls gängige Netzteile die Anforderungen nicht erfüllen, kann ich entweder beim Hersteller nachfragen, wie man sich den Anschluss aus Sicherheitsaspekten gedacht hat, oder ich setze den Isolationswächter mit entsprechender Trennvorrichtung ein.

Wenn euch noch etwas dazu einfällt bin ich weiterhin um jeden Input dankbar.

Danke euch allen und viele Grüße
Alex