Ein breites Spektrum an Varistoren von EPCOS erfüllt die erweiterten Anforderungen der neu aufgelegten UL® 1449. Die dritte Ausgabe der Richtlinie für den Überspannungs-schutz ist am 29. September 2009 in Kraft getreten.
In den vergangenen Jahren hat die Elektroindustrie die Sicherheitsstandards für SPD (Surge Protective Devices) mehrmals überarbeitet – zum Teil mit wesentlichen Änderungen: So hat die Erstauflage der EN 60950-1 vorgegeben, dass Bauelemente zur Unterdrückung von Surges (auch Surge Suppressors genannt) zwingend erforderlich sind. Außerdem mussten sie der damals gültigen Richtlinie UL 1449 über TVSS entsprechen (Transient Voltage Surge Suppressors: Elemente zur Unterdrückung transienter Spannungsspitzen).
Laut der zweiten Auflage der EN 60950-1 gilt, dass ein Varistor, der in einer Eingangsschaltung verwendet wird, entweder der IEC 61051-2 oder der neuen UL 1449 3rd Edition entsprechen muss. Surge Suppressors vom Typ Non-VDR (Voltage Dependent Resistor) müssen weiterhin den Anforderungen gemäß der neuen UL 1449 entsprechen, wenn sie in anderen von UL zugelassenen Anwendungen eingesetzt und als sicherheitskritische Bauelemente eingestuft werden.
Änderungen durch UL 1449 3rd Edition
Als neuesten Standard haben die Underwriter Laboratories (UL) im September 2009 die UL 1449 3rd Edition für Schutzbauelemente vom Typ SPD veröffentlicht, welche die vorhergehende Auflage komplett ersetzt. Seitdem müssen Geräte, die auf den Markt gebracht werden, diese neuen Auflagen erfüllen, um mit dem UL-Zeichen versehen zu werden. Dadurch ergeben sich für Einkäufer und Entwickler unter anderem drei wichtige Neuerungen:
Erstens ändert sich die Terminologie. Ab jetzt ist nicht mehr von TVSS (Transient Voltage Surge Suppressors), sondern von SPD (Surge Protective Devices) die Rede. Außerdem ist UL 1449 3rd Edition jetzt ein American National Standard (ANSI).
Zweitens wurde der nominale Entladungsstrom in die Spezifikation aufgenommen. Die Messung der Spannungsbegrenzung erfolgt jetzt bei 6 kV und 3 kA.
Drittens werden die SPD in die Typklassen 1, 2, 3 und 4 unterteilt. Auch der Teststrom sowie die Abläufe des Spannungstests wurden überarbeitet, wobei der Lastzyklus-Test jetzt bei nominalem Entladungsstrom erfolgt.
Auswirkungen auf derzeit laufende Designs
Die neuen Anforderungen an SPD haben entscheidende Auswirkungen, da die IEC 60950-1 erstmals auch die generelle Verwendung von Bauelementen zur Unterdrückung von Surges in Geräten der Informationstechnik betrifft. Diese Anforderungen müssen Hersteller von Stromversorgungen für die IT-Branche und anderen IT-Geräten beachten, bei denen eine Verbindung mit der Netzspannung vorgesehen und ein entsprechendes Netzteil eingebaut ist, bei dem SPD in der Primärschaltung sind.
Da in den Primärschaltungen ausschließlich Varistoren zur Unterdrückung der Surges genutzt werden dürfen, wird diese Richtlinie wesentliche Folgen haben. So werden andere Schutzbauelemente wie Gasentladungsröhren oder Halbleiterbauelemente mit nichtlinearen Spannungs-Strom-Charakteristika nicht als VDR eingestuft. Ihre Nutzung in der Primärschaltung unterliegt nun Beschränkungen.
UL 1449 3rd Edition gilt für Geräte, die wiederholt transiente Spannungen in 50/60-Hz-Schaltungen bis 1000 V begrenzen müssen. Je nachdem wo sich das Gerät innerhalb des elektrischen Systems befindet, unterscheidet UL 1449 3rd Edition jetzt zwischen vier Typen von SPD. Um die richtige Klassifizierung (Typ 1 bis 4) sicher zu stellen, empfiehlt EPCOS den Entwicklern, den UL-Partner vor Ort zu kontaktieren.
Typ 1 spezifiziert Geräte mit permanenter Netzverbindung, die vor oder hinter der Panzersicherung installiert sind. Es handelt sich hierbei um SPD, die in der Regel ohne externen Überstromschutz eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass sie sich elektrisch zwischen der Sekundärseite des Transformators und der Netzseite der Panzersicherung befinden. Dieser SPD-Typ entspricht am ehesten den Bauelementen, die vor Einführung der UL 1449 3rd Edition als Secondary Surge Arresters (sekundäre Überspannungsableiter) bezeichnet wurden und vor allem in den USA zum Einsatz kamen.
Block- und Laschen-Varistoren gemäß Typ 1
Block-Varistoren
B40 mit Spannungen von 130 VRMS bis 750 VRMS
B60 mit Spannungen von 75 VRMS bis 1100 VRMS
B80 mit Spannungen von 130 VRMS bis 1100 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-1-Applikationen mit IN von 20 kA.
B32 mit Spannungen von 75V bis 750 VRMS
B40 mit einer Spannung von 75 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-1-Applikationen mit IN von 10 kA.
| | ABBILDUNG 1: BLOCK- UND LASCHENVARISTOREN GEMÄSS TYP 1 |
 | | Block- und Laschenvaristoren (l. und r.) von EPCOS sind für Nennspannungen bis 1100 VRMS und IN bis 20 kA ausgelegt. |
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Laschen-Varistoren
L*40/41/42 und L*50 mit Spannungen von 130 VRMS bis 750 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-1-Applikationen mit IN von 20 kA.
L*40/41/42 mit einer Spannung von 75 VRMS
L*3422 mit Spannungen von 75 VRMS bis 750 VRMS
L*32 mit Spannungen von 75 VRMS bis 750 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-1-Applikationen mit IN von 10 kA.
Typ 2 bezeichnet permanent mit der Netzspannung verbundene Geräte, die nach der Panzersicherung montiert sind. Diese Elemente sind auch für die Lastseite der Panzersicherung einschließlich der Unterverteilerkästen gedacht. Typ 2 ersetzt somit die fest verdrahteten TVSS. Dabei können externe Trennschalter und Sicherungen in Kombination mit Typ-2-Elementen zum Einsatz kommen. Dieser SPD-Typ entspricht am ehesten den Schutzbauelementen, die vor Einführung der UL 1449 3rd Edition als Transient Voltage Surge Suppressors bezeichnet wurden. Zum Typ 2 gehören beispielsweise Sicherungsautomaten, Händetrockner, Motoren wie auch Netzteile.
Scheibenvaristoren gemäß Typ 2
S25: B72225S* mit Spannungen von 115 VRMS bis 750 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-2-Applikationen mit IN von 5 kA.
Q20: B72220Q* mit Spannungen von 150 VRMS bis 680 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-2-Applikationen mit IN von 5 kA.
Q14: B72214Q* mit Spannungen von 130 VRMS bis 680 VRMS
Diese Varistoren werden gelistet für Typ-2-Applikationen mit IN von 3 kA.
UL Status: Zulassung erfolgt mit Ausnahme der Typen K175 bis K440. Dafür ist die Zulassung beantragt.
| | ABBILDUNG 2: SCHEIBENVARISTOREN GEMÄSS TYP 2 |
 | | Typische Scheibenvaristoren für Typ 2-Anwendungen. Der rechts dargestellte Typ bietet verbessertes Derating und Multi-Puls-Fähigkeit. Dies wird in der Bestempelung durch das Kürzel K1 dargestellt. |
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EPCOS-Multi-Pulse-Varistoren mit verbessertem Derating
S14 MP: B72214P2*K101
Scheibendurchmesser: 14 mm
Spannungen von 130 VRMS bis 680 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-2-Applikationen mit IN von 3 kA. Als Kennzeichnung tragen sie die Beschriftung K1.
S20 MP: B72220P3*K101
Scheibendurchmesser: 20mm
Spannungen von 130 VRMS bis 680 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-2-Applikationen mit IN von 5 kA. Als Kennzeichnung tragen sie die Beschriftung K1.
Die Varistoren der Serien S14 MP und S20 MP bieten folgende Vorteile:
- Mehrfache Pulsbeaufschlagung mit stabiler Klemmspannung möglich
- Geeignet für Applikationen mit häufig wiederkehrenden Überspannungsimpulsen mit geringer Amplitude
- Geeignet für Typ-2-Applikationen entsprechend UL 1449 3rd Edition
- Sie entsprechen IEC 60950-1 Rev 2 Annex Q and IEC 60065:2002 § 14.12
Typ 3 spezifiziert SPD, die unmittelbar am Netz eingesetzt werden und über eine mindestens 10 m lange Leitung (entsprechend IEEE C62.41-199 Category A) mit dem Verteilerkasten verbunden sind. In diesen 10 m Leitungslänge sind keine Leiter enthalten, die ausschließlich zur Verbindung des SPD dienen. Zu den Typ-3-SPD gehören beispielsweise über Kabel verbundene SPDs, direkt in die Steckdose eingesteckte SPDs und unmittelbar in der Steckdose untergebrachte SPD. Typ-3-Elemente durchlaufen nicht den Nominalstromentladungstest, so lange sie nicht als Typ-2-Element getestet werden. Weitere Beispiele sind Mehrfachsteckdosen mit integrierten SPD oder Netzteile für elektronische Geräte. Es ist auch zu beachten, dass hier mit dem Kurzschlussstrom IK (Short Circuit Current) und nicht dem Nominalstrom IN gemessen wird.
Scheibenvaristoren gemäß Typ 3
S10 MP: B72210P2*K101
Scheibendurchmesser: 10 mm
Spannungen von 130 VRMS bis 680 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-3-Applikationen mit Ik von 3 kA. Als Kennzeichnung tragen sie die Beschriftung K1.
UL Status: Für die Typen S10K275E2K1 bis S10K680E2K1 ist die Zulassung erfolgt. Für die Typen S10K130E2K1 bis S10K250E2K1 ist die Zulassung beantragt.
S20: B72220*
Spannungen von 115 VRMS bis 1000 VRMS
Diese Varistoren sind gelistet für Typ-3-Applikationen mit IK von 3 kA.
| | ABBILDUNG 3: SCHEIBENVARISTOREN GEMÄSS TYP 3 |
 | | Diese Varistoren werden für Spannungen zwischen 115 VRMS und 1000 VRMS angeboten. Sie sind für Kurzschlussströme von bis zu 3 kA ausgelegt. |
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Typ 4 bezeichnet SPD in Form von diskreten Bauelementen oder Bauelemente-Gruppen. Ein Element des Typs 4 kann somit ein einzelner diskreter Metalloxid-Varistor von EPCOS sein, aber auch ein Modul beziehungsweise ein Subsystem, das aus unterschiedlichen SPD-Bauelementen besteht. Zu diesen Bauelementen zählen die Metalloxid-Varistoren, Kondensatoren und Überstrom-Schutzbauelemente von EPCOS. Bei Typ 4 handelt es sich somit um ein SPD auf Bauelementeebene oder um ein aus mehreren Bauelementen aufgebautes SPD-Subsystem, das für seine Einsatzumgebung entsprechend getestet ist (Typ 1, 2 oder 3).
Alle in der Tabelle aufgeführten Varistoren von EPCOS entsprechen Typ 4.
Nominaler Entladestrom
Neue Maßnahmen im Rahmen von UL 1449 3rd Edition sind der nominale Entladungsstromtest sowie der darauffolgende Lastzyklustest. Der Wert des nominalen Entladungsstroms wird vom Hersteller gewählt und kann bei einem SPD, vom Typ 1 entweder 10 kA oder 20 kA betragen, während bei SPD vom Typ 2 Werte von 3 kA, 5 kA, 10 kA oder 20 kA vorgesehen sind. Das Bauelement wird dabei 15 Impulsen ausgesetzt, die dem vom Hersteller gewählten nominalen Entladestrom entsprechen.
Um diesen Test zu bestehen, darf das Bauelement keinen Stromschlag auslösen beziehungsweise darf keine Feuergefahr während des Tests von ihm ausgehen. Außerdem dürfen während oder nach dem Test keine Beschädigungen der Isolierung im Überspannungspfad entstehen. Dabei sind sämtliche ergänzenden internen oder externen Schutz- oder Überstrom-Elemente wie Sicherungen oder Trennschalter mit eingeschlossen.
Der Test mit nominalem Entladestrom schließt sämtliche internen oder externen Überstromelemente ein. Viele Entwickler spezifizieren und nutzen externe Überstrom-schutzelemente, um das Überspannungsschutz-Bauelement während länger anliegender Überspannung zu schützen. Um die neuen Tests zu bestehen, muss das externe oder interne Überstromelement den gleichen 15 Impulsen bei den vom Hersteller ausgewählten nominalen Entladungsströmen ausgesetzt werden. Der Betrag des nominalen Entladungsstroms wird auf dem Typenschild des SPD vermerkt.
Begrenzungsspannungs-Test
Der Measured-Limiting-Voltage-Test im Rahmen von UL 1449 3rd Edition nutzt eine Kombinations-Welle von 6 kV/3 kA zur Feststellung des VPR-Werts (Voltage Protection Rating) des SPD. Dieser Test ähnelt der Ermittlung des SVR-Werts (Suppressed Voltage Rating) in UL 1449 2nd Edition. Der wesentliche Unterschied zwischen den Tests der 2nd Edition und der 3rd Edition besteht darin, dass der vorgegebene Absolutwert des für den Test zu verwendenden Stroms in der 3rd Edition sechsmal größer ist als in der 2nd Edition. Durch diesen wesentlich höheren Strom ist die gemessene begrenzende Spannung ebenfalls deutlich größer. Höhere Stromwerte führen zu höheren begrenzenden Spannungen. Ein gemäß UL 1449 3rd Edition mit einem VPR-Wert von 700 V getestetes Element weist also nicht eine höhere begrenzende Spannung auf als ein gemäß UL 1449 2nd Edition getestetes Element mit einem SVR-Wert von 400 V.
Zusammenfassung
Hersteller von Antrieben und von großen Kompressoren, die bisher Varistoren mit kleinen Durchmessern oder manchmal sogar überhaupt keine Varistoren verwendeten, müssen eventuell ein Upgrade auf Varistoren des Typs 2 in Betracht ziehen. SPD-Hersteller (TVSS-Hersteller), die 5-mm-, 7-mm-, 10-mm- oder 14-mm-Varistoren, oder sogar CU-gekapselte SMD-Varistoren nutzten, müssen eventuell ein Upgrade auf Varistoren in Erwägung ziehen, die für Typ 3 Applikationen geeignet sind.
Abgesehen von Kunden, die direkt nach UL 1449 3rd Edition arbeiten, können die Endgeräte-Standards UL 508C, UL 840, UL/EN 60950 und UL/EN 60065 betroffen sein. EPCOS bietet eine große Auswahl an Bauelementen für den Überspannungsschutz an, die für nahezu jede Applikation geeignet sind.
Eine ständig aktualisierte Übersicht aller für UL freigegebenen Varistoren finden Sie unter www.epcos.com/varistors_ul.
