Schutzisolierung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich würde gerne eine Pumpensteuerung für meine Heizung bauen.

Ich will das Gerät zwar nur in meinem Privathaushalt betreiben, aber natürlich möchte ich die Steuerung dennoch fachgerecht aufbauen, weil die Pumpe mit 230 V arbeitet.

Im Prinzip funktioniert das folgendermaßen:

  • Ein Gehäuse (mit der Steuerung) wird mit einem Kabel an 230 V angeschlossen.
  • Ein zweites Kabel geht vom Gehäuse zur Pumpe (ebenfalls 230 V).
  • Ein drittes Kabel geht vom Gehäuse zu einem Temperatursensor.
  • Außerdem sollen am Gehäuse Taster zur Bedienung sein.

Kopfzerbrechen macht mir das Kabel für den Temperatursensor, denn der arbeitet nur mit Niederspannung. Dadurch bin ich doch gezwungen, für alle 230 V führenden Leitungen (also das Relais für die Pumpe und die Primärseite eines Netzteils, das sich ebenfalls im Gehäuse befindet) eine Schutzisolierung vorzunehmen, oder? Mir sind die Anforderungen an die Schutzisolierung nicht ganz klar - kann man sie auch selbst machen, oder geht das nur industriell gefertigt?

Und noch eine zweite theoretische Frage zu den Tastern:

Angenommen ich würde auf den Temperatursensor verzichten (also die Kabel in das Gehäuse sind somit allesamt 230 V-Kabel).

Im Gehäuse befindet sich eine Schaltung (vom internen Netzteil mit 9V versorgt), die das Relais treibt. Die Schaltung ist also galvanisch vom 230 V-Netz getrennt. Außerdem ist diese Schaltung mit Tastern (ohne Metallteile) im Gehäuse verbunden.

Falls ich auf die Schutzisolierung verzichte, bin ich dann gezwungen 230 V-Taster einzusetzen, obwohl sie ja eigentlich nur an 9 V liegen?

#2

ich würde gerne eine Pumpensteuerung für meine Heizung bauen.

Ich will das Gerät zwar nur in meinem Privathaushalt
betreiben, aber natürlich möchte ich die Steuerung dennoch
fachgerecht aufbauen, weil die Pumpe mit 230 V arbeitet.

Trenne die Schaltung in einen Lastteil, wo alles mit 230V läuft, und einen Steuerungsteil, der von einem Netzteil mit den nötigen 9V versorgt wird.

#3

Im selben Gehäuse nehme ich an. Das hatte ich auch genau so vor.

Allerdings muss man doch dabei sicherstellen, dass z.B. der Relais-Lastanschluss (führt 230V) auch im Fehlerfall niemals Kontakt mit einer Lötstelle auf 9V-Seite bekommt.

Darf man das einfach so auf einer Platine verlöten, oder muss man z.B. zusätzlich alle verlöteten Kabelenden mit 230V noch mit Schrumpfschlauch umwickeln, vergießen o.ä. ?

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#4

Hallo,

Kopfzerbrechen macht mir das Kabel für den Temperatursensor,
denn der arbeitet nur mit Niederspannung.

Niederspannung geht bis 1000V AC.
Was du meinst ist sicher Schutzkleinspannung ,oder?

Dadurch bin ich doch
gezwungen, für alle 230 V führenden Leitungen (also das Relais
für die Pumpe und die Primärseite eines Netzteils, das sich
ebenfalls im Gehäuse befindet) eine Schutzisolierung
vorzunehmen, oder?

Dir fehlen grundlegende Begrifflichkeiten der VDE.
Das macht es schwierig, etwas korrekt zu erklären.

Zuerst hast du Sorge zu tragen, daß keine berührbaren Teile
eine gefährliche Spannung führen können. Dies ist auch für den
Fehlerfall zu gewährleisten.

Praktisch können 2 Wege (bzw. Schutzklassen) empfohlen werden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_%28Elektro…

1) Schutzklasse 1 (Schutzleiter=PE und Schutzkontakt )
 -\> alle berühbaren Metallteile, welche im Fehlerfall eine 
 gefährliche Spannung führen können, kommen an PE. 

2) Schutzklasse 2 (Schutzisolierung) 
 Das kann z.B. bei kompletten Kunststoffgehäuse gemacht werden. 
 -\> verlangt einen Trafo für Schutzkleinspannung mit 
 **"sicherer Trennung"** (spezielles Prüfzeichen )
 http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzkleinspannung
 -\> Vergrößerte Luft- und Kriechstrecken zwischen berührbaren 
 Stromkreisen und Netzspannung sowie doppelte Basis-Isolierung.

Mir sind die Anforderungen an die
Schutzisolierung nicht ganz klar - kann man sie auch selbst
machen, oder geht das nur industriell gefertigt?

Kann man auch selber machen, sofern man weiß was man tut.
Allerdings bist du schon wegen der Fragestellung nicht als
Fachmann im Sinne der VDE einzustufen.
Deshalb ist die Abnahme/Überprüfung einer solchen Bastelanllage
durch den Fachmann zwingend zu empfehlen (siehe Brettbeschreibung).

Und noch eine zweite theoretische Frage zu den Tastern:
Angenommen ich würde auf den Temperatursensor verzichten (also
die Kabel in das Gehäuse sind somit allesamt 230 V-Kabel).
Im Gehäuse befindet sich eine Schaltung (vom internen Netzteil
mit 9V versorgt), die das Relais treibt. Die Schaltung ist
also galvanisch vom 230 V-Netz getrennt.

Die galv. Trannung alleine hat erstmal keinen Wert, wegen
der Bedingungen für sichere Trennung.

Außerdem ist diese
Schaltung mit Tastern (ohne Metallteile) im Gehäuse verbunden.
Falls ich auf die Schutzisolierung verzichte, bin ich dann
gezwungen 230 V-Taster einzusetzen, obwohl sie ja eigentlich
nur an 9 V liegen?

Entweder man hat sichere Trennung und Bedingungen für
Schutzklasse 2, dann ist es egal.
Aber auch ein Taster, der nur für Kleinspannung ausgelegt ist
(betrifft ja die Kontakte), kann trotzdem auch die Bedingungen
für doppelte Basisisolierung erfüllen.

Da du aber eher ein Metallgehäuse mit Schutzklasse 1 haben wirst,
ist die Frage eh obsolete.
Das Gehäuse ist dann zuverlässig an PE klemmen und der
Schalter hat ja keine Metallteile, die nach außen gehen.

Gruß Uwi

#5

Darf man das einfach so auf einer Platine verlöten, oder muss
man z.B. zusätzlich alle verlöteten Kabelenden mit 230V noch
mit Schrumpfschlauch umwickeln, vergießen o.ä. ?

Hallo,

das reicht keineswegs, normalerweise wird der Niederspannungsteil in einer eigenen, völlig getrennten Kammer aufgebaut. Du scheiterst aber schon am Netzteil - der Trafo muss bestimmte Sicherheitsnormen erfüllen, z.B. Primär/Sekundärwicklungen in getrennten Kammern. Ist das beim Netzteil nicht vermerkt, so ist es mit fast absoluter Sicherheit auch nicht der Fall. Ich weiss das zwar nicht sicher, aber ich glaube, dass es Primärschaltregler in schutzisolierter Ausführung überhaupt nicht gibt.

Gruss Reinhard

#6

Erst mal vielen Dank für die ausführliche Antwort!

Niederspannung geht bis 1000V AC.
Was du meinst ist sicher Schutzkleinspannung ,oder?

Da hast du natürlich recht.

Angenommen ich nehme Schutzklasse 1 (Schutzleiter=PE und Schutzkontakt ):

Ich vermute, das würde mir nicht weiterhelfen, wenn ich den externen Temperatursensor verwenden möchte (für den kann ich nicht sicherstellen, dass er nicht berührbar ist).

Also muss komme ich nicht um die Schutzisolierung herum, oder?

Wie kann man das für z.B. eine Lötstelle auf einer Platine vornehmen? Und die Leiterbahn zu dieser Lötstelle muss dann auch nochmal doppelt isoliert werden ??

Wobei mir gerade einfällt, dass z.B. die Feinsicherungen in handelsüblichen Schutzklasse II-Geräten meines Wissens auch oft frei zugänglich sind (trotz Metallkontakten)…

Noch eine ergänzende Frage zu z.B. einen handelsüblichen Zeitschaltuhr (ohne Batteriefach, also komplett nichtleitendes Gehäuse ohne Öffnungen).

Muss man dort auch Schutzisolierung machen? Oder ist in diesem Fall das Gehäuse die 2. Isolationsschicht?

#7

Ich weiss das zwar nicht
sicher, aber ich glaube, dass es Primärschaltregler in
schutzisolierter Ausführung überhaupt nicht gibt.

Gruss Reinhard

Bei meinem Handy-Ladegerät (ist ein extrem kleines Steckernetzteil, daher würde ich jetzt einfach mal primär getaktet vermuten…) ist das Zeichen drauf, bei einem anderen Steckernetzteil (von dem ich weiß, dass es primär getaktet ist) fehlt es.

Wenn sie nicht schutzisoliert sind, wieso dürfen sie dann überhaupt verkauft werden?

#8

Wenn sie nicht schutzisoliert sind, wieso dürfen sie dann
überhaupt verkauft werden?

Hallo,

deshalb ist ein Netzteil ja noch nicht unzulässig. Wenn du Schutzklasse II erreichen willst, must du allerdings ein Netzteil dieser Schutzklasse einsetzen. Ich habe übrigens nachgesehen, es gibt Steckernetzteile und modulare Primärschaltregler mit und ohne Schutzklasse II.

Gruss Reinhard

#9

Hallo,

Ich habe übrigens
nachgesehen, es gibt Steckernetzteile und modulare
Primärschaltregler mit und ohne Schutzklasse II.

Ja, Netzteile mit sicherer Trennung gibt es auch als Schaltnetzteile.

Ist technisch auch kein so großes Problem.

Man muß nur doppelte Luft- und Kriechstrecken
(also ca. 7mm statt 3,5mm gegenüber 230V-Netztspannung) einhalten
und die Spannungsfestigkeit von Bauteilen, welche die Trennung
garantieren (Spulen/Optokoppler usw.) müssen mind. 4kV
statt sonst nur 2kV haben. Zuleitungen und berührbare Teile
müssen dann noch die doppelte Basisisolierung garantieren.

Gruß Uwi

Angaben ohne Gewähr, weil ich die Normen auch nicht alle
im Kopf habe.

#10

Hallo,

Angenommen ich nehme Schutzklasse 1 (Schutzleiter=PE und
Schutzkontakt ):
Ich vermute, das würde mir nicht weiterhelfen, wenn ich den
externen Temperatursensor verwenden möchte (für den kann ich
nicht sicherstellen, dass er nicht berührbar ist).

Naja, berührbar kann der ja sein, er darf nur im Fehlerfall
keine gefährliche Spannung führen.
Der Fehlerfall wäre z.B. ein Kabel eines primären Stromkreises,
welches also 230V führen kann, reißt irgendwo ab und hat zufällig
Kontakt zum sekundären Meßstromkreis oder der Durchschlag eines
beliebigen BE auf den Sekundärstromkreis mit Schutzkleinsp.

Diese Dinge sind also auch unter konstruktiven Aspekten zu be´werten.

Also muss komme ich nicht um die Schutzisolierung herum, oder?

Wenn du dem Sensor und dessen Kabel eine doppelte Basisisolierung
verschafftst, dann geht es auch ohne.
Der Sensor wird dann sicher etwas träger, aber das ist hier
nomalerweise kein Nachteil.

Die erste Isolierung ist ja schon durch die galv. Trennung
über Trafo gegeben. Eine zusätzliche Isolierung könnte ein
entsprechendes Kabel und zusätzlicher Schutzschlauch sein.

Ist aber eigentlich umständlich. Einfacher ist es zu gewährleisten,
daß vom Primärstromkreis auch im Fehlerfall keine Spannung zum
Sekundärkreis rüberkommt.
Wenn z.B. ein Netzanschlußkabel im Gehäuse nur 5cm lang ist,
kann es keine Kurzschluß zu 10cm entfernten Schaltungsteilen
geben.

Wie kann man das für z.B. eine Lötstelle auf einer Platine
vornehmen? Und die Leiterbahn zu dieser Lötstelle muss dann
auch nochmal doppelt isoliert werden ??

Unter der Voraussetzung, daß das Gehäuse komplett nichtleitend
ist und man von außen nicht an spannungsführende Teile greifen
kann, dann sind immer die Luft und Kriechstrecken entscheidend
für die Sicherheit. (mind. 7mm zwischen Primär und Sekundär-
schaltungen). Außerdem die Duchschlagsfestigkeit der eingesetzten
BE zwischen den Stromkreise, Beim Trafo also die „sichere Trennung“.
-> vomhersteller zu deklarieren in Datenblatt und bei Trafos
per Symbol für die sichere Trennung.

Wobei mir gerade einfällt, dass z.B. die Feinsicherungen in
handelsüblichen Schutzklasse II-Geräten meines Wissens auch
oft frei zugänglich sind (trotz Metallkontakten)…

Aber nicht im geöffneten Zustand und ohne Werkzeug.
Ansonsten gibt es da noch Sonderfälle und Ausnahmen sowie
weitere Festlegungen. Das wird im einzelnen aber zu umfangreich,
um es hier komplett darzulegen.

Bei Lampenfassungen E27 und E14 hat man z.B. das Problem,
daß man da tatsächlich rein greifen kann.
Wer eine Lampe tauschen will, sollte sich darüber im klaren sein,
und zählt damit zumindest für diese Tätigkeit nicht mehr zu den
Laien sondern zu unterwiesenem Personal (im Sinne der VDE).

Noch eine ergänzende Frage zu z.B. einen handelsüblichen
Zeitschaltuhr (ohne Batteriefach, also komplett nichtleitendes
Gehäuse ohne Öffnungen).
Muss man dort auch Schutzisolierung machen? Oder ist in diesem
Fall das Gehäuse die 2. Isolationsschicht?

Ist sicher als Schutzisoliert zu betrachten, obwohl da ein
PE dran ist. Dieser PE wird ja aber nur durchgeführt, sonst
dürfte man ja an Schaltuhren keine SchuKo-Stecker mehr einstecken.

Gruß Uwi
Meine Aussagen ohne Gewähr auf 100% Korrektheit, weil ich
mir die VDE-Normen zu Weihnachten nicht mit nach hause nehme :wink:

#11

Ich glaube, der Denkfehler den ich hatte, war, dass ich nicht zwischen Kabeln und den restlichen 230V führenden Metallteilen unterschieden hatte.

Stimmen denn folgende Annahmen (für ein schutzisoliertes Gerät ohne Schutzleiter mit Metallgehäuse, z.B. ein Haartrockner aus Metall)?

Im Gehäuse müssen alle 230V Kabel doppelt isoliert sein.

Aber feste Metallteile - z.B. Sicherungshalter oder auch das blanke Ende des Netzkabels, da wo es auf der Platine verlötet ist - müssen gar nicht isoliert werden.

Statt dessen müssen diese Metallteile mind. 7 mm Abstand zum Metallgehäuse halten.

Die Zeitschaltuhr war ein blödes Beispiel wegen dem Schutzleiter. Nehmen wir lieber nochmal einen Haartrockner, diesmal aber komplett aus Kunststoff und somit ohne Schutzleiter.

Reicht es hier aus, die 230V-Kabel einfach zu isolieren, weil das Gehäuse die zweite Isolierung ist ?

Kennst du zufällig im Netz eine gute Zusammenfassung über diese Vorschriften ?

Und ganz allgemein:
Wann muss in Deutschland ein 230 V Haushaltsgerät eigentlich einen Schutzleiter bzw. Schutzisolierung besitzen:
Wenn man es herstellt oder verkauft oder betreibt ?

Michael

#12

Hallo,

Ich glaube, der Denkfehler den ich hatte, war, dass ich nicht
zwischen Kabeln und den restlichen 230V führenden Metallteilen
unterschieden hatte.

Ist da ein Unterschied ?

Stimmen denn folgende Annahmen (für ein schutzisoliertes Gerät
ohne Schutzleiter mit Metallgehäuse, z.B. ein Haartrockner aus
Metall)?
Im Gehäuse müssen alle 230V Kabel doppelt isoliert sein.

Ich denke, prinzipiell ist es so.
Aber es muß eben auch noch der Fehlerfall abgefangen werden.
Deshalb werden Metallgehäuse doch an PE angeschlossen.

Aber feste Metallteile - z.B. Sicherungshalter oder auch das
blanke Ende des Netzkabels, da wo es auf der Platine verlötet
ist - müssen gar nicht isoliert werden.

siehe oben.

Statt dessen müssen diese Metallteile mind. 7 mm Abstand zum
Metallgehäuse halten.

Sofern das reicht, wenn auch mal ein Kabel abfällt (z.B. Klemme
nicht festgezogen) oder eine Sicherung rausrutscht ?
Immerhin ist eine übliche Feinsicherung 5x20mm deutlich länger
als 7mm. Der Abstand müßte also deutlich größer sein oder
die gefährdeten Teile müssen extra gesichert (z.B. abgedeckt) sein.
In solchen Fallen fällt es oft tatsächlich nicht leicht, alle
Fehlerfälle zu berücksichtigen.

Die Zeitschaltuhr war ein blödes Beispiel wegen dem
Schutzleiter. Nehmen wir lieber nochmal einen Haartrockner,
diesmal aber komplett aus Kunststoff und somit ohne
Schutzleiter.

Wenn rundum alles aus Kunststoff ist, geht es rel. leicht.
Dann gibt es nur noch Festlegungen zu max. Größe von
Löchern, durch die man an leitende Teile herankommen könnte
(z.B. durch Kettchen, welche herunterhängt).

Reicht es hier aus, die 230V-Kabel einfach zu isolieren, weil
das Gehäuse die zweite Isolierung ist ?

Wenn das Gehäuse die doppelte Basisisolierung garantiert,
dann kann innen auch blank verdrahtet sein (was z.B. bei einem
Heizwendel sowieso gegeben ist).

Kennst du zufällig im Netz eine gute Zusammenfassung über
diese Vorschriften ?

VDE-Normen müssen bezahlt werden. Deshalb gibt’s die nicht
für lau.

Und ganz allgemein:
Wann muss in Deutschland ein 230 V Haushaltsgerät eigentlich
einen Schutzleiter bzw. Schutzisolierung besitzen.
Wenn man es herstellt oder verkauft oder betreibt ?

Jeder! (sofern nicht noch eine andere Schutzart vorliegt).

Außnahmen gibt es bei Technik, die nur von Elektro-Fachkräften
benutzt wird.

Gruß Uwi