Vorschriften für 230V auf Platine erfüllt?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo geschätzte Experten,
würdet ihr bitte so nett sein und meine selbst entwickelte Strommessschaltung begutachten und bewerten.
Mich interessiert was ich das nächste Mal noch besser machen kann.
Insbesondere würde ich gern wissen wollen, ob ich die Vorschriften eingehalten habe, um 230V an die Platine anschließen zu dürfen.
Hier kommen die Bilder und der Schaltplan:

http://imageshack.us/photo/my-images/52/dscf2111kopi… Platinendraufsicht, beschriftet

http://imageshack.us/photo/my-images/109/dscf21133.jpg/ Platinenunterseite, beschriftet

http://imageshack.us/photo/my-images/121/uimessensch… Schaltplan, 1.1 charge pump

Ich habe mich diesbezüglich ein wenig im Netzt belesen, um die Mindestabstände von 230V Leitungen zu 5V Leitungen einzuhalten. Was gibt es denn noch alles zu beachten? Dürfe ich die Platine so offiziell betreiben? Ich habe auch vor Schutzisolationslack auf die gesamten Leiterbahnen zu sprühen, das erhöht ja auch nochmal die Sicherheit.
Die Platine ist nur ein Entwurfsmuster und bleibt in meinen Händen. Sie soll nicht zum Einsatz kommen und wird somit auch keine Gefahr darstellen, keine Sorge.

Es geht nur darum mein Wissensstand zu erweitern.
VDE Richtlinien werden bei mir in der Elektro-Technikerschule erst im kommenden 3. Schuljahr behandelt.
Hier kommt noch meine Schaltungsbeschreibung:
Ich würde es sehr zu schätzen wissen, wenn ihr Verbesserungsvorschläge, insbesondere für die 230V Auslegung, habt.

Viele Grüße und noch einen schönen Sonntag wünscht Matthias.

• Strommessung bis zu 20A AC/DC
o Ausgabe des Stromwertes über ein LCD-Modul (±200mV Spannungsmessung) oder
DC Strom Richtungsangabe ±
AC keine Stromrichtungsanzeige
o Auswertung über uC an Klemme X3-1
o Der zu messende Stromkreis ist galvanisch getrennt vom Rest der Schaltung.

Aus diesem Grund wird ein Hall IC und kein 0,001Ω Shunt verwendet
• Spannungsversorgung der Schaltung über:
o 5-20V DC an Klemme X1 oder
o Hohlbuchse J1 oder
o Wenn 5V am Eingang zur Verfügung gestellt wird, dann überbrückt Jumper JP1 den Festspannungsregler 78L05 IC1

Der zu messende Strom wird über x4 in das Hall-IC ACS712 rein- und über x2 herausgeführt
o dieses misst den Strom über den Halleffekt und gibt eine proportionale Spannung aus
pro 1A 0,1V
0A Stromfluss halbe Versorgungsspannung ca. 2,5V Grundspannung

#2

Hallo !

Was mir auffällt (oder nicht so gut gefällt) schreibe ich Dir gern:

Sind die Anschlußklemmen für 20 A geeignet ?
Ich weiss,es gibt welche,die haben ein RM 7,5 zw. den Lötpins.

Die Sicherung soll eine Abdeckung erhalten.
Warum? Weil Anschlußleitungen sonst den Halter berühren können und um den „Berührungsschutz“ zu gewähren.

Warum ist die Leiterbahn-Insel mit der 3er-N-Klemme einseitig dichter zur Sicherung dran als nötig ? Hier besteht der geringste Abstand.
Wenn man mit 2er-Klemme auskommt,dann kann man dort noch „Luft“ schaffen.

Kritisch ist ja das Hall-IC. Aber wenn man sich an die vorgegebene Lage der Lötflächen dort richtet,dann kann man sicher mit dem angegebenen Richtwert von ca. 2,1 kV Isolationsspannung rechnen.

Was ich evtl. anders gemacht hätte,wäre der Verzicht auf die Massefläche vor den Anschlußklemmen. Zur bewussten Abgrenzung Netz/Schwachstromteil würde ich die Massebahn dort nicht vorbeiführen.
Auch die PE-Klemme als Insel in der Massefläche ist nicht elektrisch unsicher,mir würde aber eine Zuordnung im „Netzfeld“ mehr zusagen.

Bis auf Kleinigkeiten ein ordentlicher Aufbau,aus meiner Sicht kann man ihn in Betrieb nehmen.

MfG
duck313

#3

Hallo,
Duck hat schon einige Sachen aufgelistet, dem kann ich nichts mehr hinzufügen.
Aber du schreibst…

Dürfte
ich die Platine so offiziell betreiben? …
Die Platine ist nur ein Entwurfsmuster und bleibt in meinen
Händen. Sie soll nicht zum Einsatz kommen und wird somit auch
keine Gefahr darstellen, keine Sorge.

Was meinst du mit offiziell betreiben (im nächsten Satz schreibst du ja;sie soll nicht zu Einsatz kommen )

Offiziell betreiben darfst du die Platine eigentlich nicht, denn dann wirst du Hersteller mit allen Rechten und PFLICHTEN.
Theoretisch dürfen wir alle garnicht mehr basteln…stört unsere Platine nämlich z.B. einen Funkdienst und wird dieses dir nachgewiesen :wink: dann gibt es Ärger…
Aber „eigentlich“ ist ja eine Einschränkung…:smile:

Gruß Jörg

#4

Guten Abend,

vielen Dank für die Anmerkungen.

Auf einzelne Hinweise möchte ich gern antworten.

Sind die Anschlußklemmen für 20 A geeignet ?
Ich weiss,es gibt welche,die haben ein RM 7,5 zw. den Lötpins.

Ich möchte diese verbauen.
http://www.reichelt.de/Leiterplatten-Anschlussklemme…

in diesem ersten Testaufbau sind noch einfachere Klemmen drin.

Aber ein größeres Rastermaß von 7,5mm wäre mir auch lieber. Die Idee gefällt mir.
Vielleicht sollte ich dann solche Klemmen verwenden, obwohl mir Schraubklemmen mehr zusagen und diese nur 17,5A verträgt.
Ich denke, für kurzzeitige Strommessungen sind die 2,5A mehr aber unbedeutend, oder?

http://www.reichelt.de/Leiterplatten-Anschlussklemme…

Die Sicherung soll eine Abdeckung erhalten.

Diesen Verbesserungsvorschlag finde ich auch klasse. Das erhöht die Sicherheit enorm.
Nur wo finde ich so eine Abdeckung? Gibt es diese fertig zu kaufen?
Wie sollte ich diese ansonsten herstellen?

Warum ist die Leiterbahn-Insel mit der 3er-N-Klemme einseitig
dichter zur Sicherung dran als nötig ?

Wird beim nächsten Mal verbessert

Kritisch ist ja das Hall-IC.

Die Basisisolationsspannung beträgt 354V Spitze. 230V–>322V Spitze.

Was ich evtl. anders gemacht hätte,wäre der Verzicht auf die
Massefläche vor den Anschlußklemmen.

Layouttechnisch war das für mich von Vorteil, um den Ground überall zuverlegen.
Werde das beim nächsten Mal aber auch versuchen zu ändern. :smile:

Auch die PE-Klemme als Insel in der Massefläche ist nicht
elektrisch unsicher,mir würde aber eine Zuordnung im
„Netzfeld“ mehr zusagen.

Was ich mit dem PE-Anschluss machen soll weiß ich leider auch nicht!!!
Ich denke, wenn ich ein Gehäuse aus Metall hätte, müßte ich das mit dem PE-Anschluss verbinden. Das ist mir klar.

Verbindet man generell den PE-Anschluss mit dem Ground der Elektronik???
Ich denke nicht, denn Netzstromkreis und Elektronik Spannung sollen schön galvanisch getrennt bleiben.
Hier könnte ich bitte noch ein paar Hilfen gebrauchen.

Bis auf Kleinigkeiten ein ordentlicher Aufbau,aus meiner Sicht
kann man ihn in Betrieb nehmen.

Das freut mich zu hören.

Bei diesem Schaltungsaufbau habe ich wieder eine Menge dazu gelernt. Nun habe ich erste grundlegende Effahrungen mit 230V Spannungen gesammelt.
(Boardlayout, Schaltplan erstellen, neue Bauteile kennen gelernt, 230V und 5V auf einer Platine)

Dürfte
ich die Platine so offiziell betreiben? …

Mit dieser Frage war nur gemeint, ob ich es geschafft habe die Sicherheitsanforderungen, die für einen sicheren Betrieb nötig sind zu erfüllen.
Ich hätte mich stark gewundert, wenn ich die Anforderungen mit diesem 1. Versuch schon alle erfüllt hätte.

Viele Grüße und noch einen schönen Abend wünscht Matthias.

#5

Hallo Matthias,

http://imageshack.us/photo/my-images/109/dscf21133.jpg/
Platinenunterseite, beschriftet

Zusätzlich zum schon geschriebenen:

Die Spitzen in der Massefläche und die Ecke der 230V-Kupferinseln sind etwas unschön und liessen sich locker vermeiden.

An Spitzen ergeben sich höhere Feldstärken, sodass an diesen Stellen Überschläge bevorzugt auftreten werden. ach einigen Gebrauchsjahren wird sich auch an diesen Stellen Schmutz hauptsächlich ablagern.

MfG Peter(TOO)

#6

Hallo Matthias !

Zu Klemme und Sicherungshalter m. Kappe schau mal im Reichelt Online-Katalog unter den Best.-Nr. nach:

AKL 175-02 , das ist die 20 A Klemme mit Schrauben und RM 7,5 mm
bis 4 mm² eindrähtig, mit „Fahrstuhlklemme“
lieferbar bis 10-polig

PL OGN-22,5 das ist ein Si-Halter f. 5 x 20 Sicherungen,dazu gibts
eine Kappe ( PL OGN-A), leider kein Foto im Katalog
Halter gibts auch mit 25 mm RM

PL OGD das ist ein Halter für 5 x 20 und 6,3 x 38 Sicherungen,
Kappe dazu (PL OGD KAPPE), auch ohne Foto.

Hersteller ist die Fa. Schurter

Beide Sicherungshalter sind für 10 A bzw. 16 A(UL-Zulassung)zulässig,generell sind die Klemmhalter immer nur für 6,3 bis 10 A geeignet.
Dafür gibts den Kompletthalter mit Abdeckung (PL 112100)

Oder sind das sogar die Hochleistungssicherungen 10,3 x 38 ? Dafür kenne ich keine solchen Klemmhalter.

Zur PE-Klemme und der Erdung der Masseflächen der Schaltung:

In der Regel macht man es nicht,bei Sicherheitskleinspannung wäre es sogar unzulässig.
Es gibt aber Funktionskleinspannung,bei der verbindet man einen Pol der Kleinspannung mit dem PE,ein Spannungsübertritt aus dem Netzbereich auf die Kleinspannungsseite führt dann zum Kurzschluß und Auslösen der Sicherung des Netzanschlusses.

In Deiner Schaltung für Meßzwecke würde ich es nicht so machen,sondern den PE strikt trennen von der 5 V-Seite,die extern zugeführt wird. Auch das Gehäuse der Schaltung aus Kunststoff.

Beim Hall-Ic fand ich bei einem schnell Blick(zu schnell?) die Angabe der Isolationsspannung zwischen den Pin-Reihen der zwei Seiten des Bauteils. Da wird 2,1 kV angeführt. Mit dieser Testspannung(Wechselspannung) erfolgt kein Spannungsüberschlag am Bauteil.
Das wäre ein guter Wert,der auch an Optokopplern für die Trennung erreicht wird(gibt allerdings auch 4 kV).
Jedenfalls für Netzspannung 230 V~ ausreichend sicher.

MfG
duck313

#7

Guten Abend duck313,

nun ist der Arbeitstag zu Ende und ich kann mich wieder der Auswertung meiner 1. Strommessschaltung widmen. :smile:

Nochmals wieder vielen Dank für Deine ausführliche Unterstützung und die Beantwortung meiner Fragen.

Ich denke und hoffe, das das Thema Schutzspannung auch Stoff im kommenden Schuljahr im Fach VDE Vorschriften sein wird.
Dann habe ich davon schon mal etwas hier im Forum gehört und gelesen und habe einen lehrhaften Bezug zu meiner Schaltung.

Oder sind das sogar die Hochleistungssicherungen 10,3 x 38 ?
Dafür kenne ich keine solchen Klemmhalter.

Danke für die vielen Namen der Halter und Abdeckkappen. Die habe ich mir alle notiert.
Ich habe mir die Sicherungen im Reihcelt Onlineblätterkatalog rausgesucht. Da finde ich die Halter und ABdeckkappen ja auch, habe ich jetzt bemerkt.

Zur PE-Klemme und der Erdung der Masseflächen der Schaltung:

Über Funktionskleinspannung und Sicherheitskleinspannung habe ihc mich jetzt auch ein wenig bei Wikipedia belesen. Jetzt gibt das langsam alles ein Zusammenhang für mich.

Viele Grüße und noch einen schönen Abend wünscht

Matthias.

#8

Guten Abend Peter,

vielen Dank, dass Du auch mal drüber geschaut hast. :smile:

In Eagle war das nicht so leicht die Ecken weg zu machen. Ich konnte nur rechteckige Flächen! erzeugen oder hätte dicke Linien mit runden Enden als Fläche zeichnen können.

In der ersten Version habe ich einfach kleine ausgefüllte Kreise an die Ecken gesetzt. Dies sah mir aber lächerlich aus, sodass ich es im Laufe der weiteren Bearbeitung weggelassen habe.

Beim nächsten Mal werde ich diesen Punkt auch streng beachten.

so sieht mein Notzbild zusätzlich zu den schriftlichen Notizen aus.
http://imageshack.us/photo/my-images/801/rckseitever…

Viele Grüße,

Matthias.

#9

nicht ganz klar
Hallo,

Insbesondere würde ich gern wissen wollen, ob ich die
Vorschriften eingehalten habe, um 230V an die Platine
anschließen zu dürfen.

Ich glaube nicht ganz.

Ich habe mich diesbezüglich ein wenig im Netzt belesen, um die
Mindestabstände von 230V Leitungen zu 5V Leitungen einzuhalten.
Was gibt es denn noch alles zu beachten?

Nach geltenden Vorschriften VDE gibt es eine Vielzahl von
Randbedingungen (Einsatzbereiche, Schutzgrad, Schutzklasse,
Feuchte, Verschmutzung usw.), nach welche die Luft- und Kriechstrecken
zu dimensionieren sind.

Für Schutzlasse 1 würde es wahrscheinlich reichen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_%28Elektro…
Dann müßten aber alle berührbaren Stromkreise an PE gelegt werden.
Wäre hier wohl auch kompliziert.

Da du aber wohl keinen PE-Anschluss planst (wäre nur bei
metalischem Gehäuse notwendig), dann wäre man nach VDE
mit 6mm Luft- und Kriechstrecke schon recht gut dran.
Nach EN-Normen wären schon eher 7,5mm einzuhalten.

Ein anderer Punkt sind Optokoppler oder andere BE (Hall-IC),
die eine Kopplung zwischen gefährlichen Spannungen und anderen
berührbaren Schaltkreisen herstellen. Da muß man ebenso die
Luftstrecke beachten, aber auch entsprechende techn. Daten für
Spannungsfestigkeit.

Dürfe ich die Platine so offiziell betreiben? Ich habe auch vor
Schutzisolationslack auf die gesamten Leiterbahnen zu sprühen,
das erhöht ja auch nochmal die Sicherheit.

Praktisch ja, aber nach Vorschriftenlage zählt das nicht so einfach.

Der zu messende Stromkreis ist galvanisch getrennt vom Rest der Schaltung.
Aus diesem Grund wird ein Hall IC und kein 0,001Ω Shunt verwendet

Da gäbe es technisch sinnvollere Konzepte.

Die LCD-Anzeige selbst sollte für sichere Trennung kein Problem sein.
(im schlimmsten Fall zusätzliche Acrylabdeckung).
Schalter kann man für 230V AC auslegen.
Stromversorgung über DCDC-Wandler mit garantierter Spannungsfestigkeit
von 4kV wären eher unkritisch zu besorgen, als die Hall-IC.
Dann wären auch 10mm Luft- und Kriechstrecke kein Problem mehr.

Ein Tip noch zu PE-Klemme.
Bei einem transportablen Gerät macht es wenig Sinn, PE mit
auf die Platine zu ziehen.

Bei fest installierter Technik mit Schutzklasse 3
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_%28Elektro…
kann es Vorteilhaft sein, eine „Aufbewahrungsklemme“ für den PE-Draht
mit anzubieten.
Gruß Uwi

#10

Hallo Uwi,

auch Dir recht herzlichen Dank für Deine Unterstützung. Ich habe mich auch über Deine Ausführungen sehr gefreut.

Auf all das mit Eurer Hilfe erlangte Wissen kann ich dann im kommenden Schuljahr im Fach Sicherheitstechnik weiter aufbauen und besitze nun schon ein gewisses Wissensfundament.
So schwer ist das gar nicht, wenn man sich in das Thema Schutzspannung und die verschiedenen zugehörigen Klassen eingearbeitet hat.

Eine kurze Frage hätte ich noch:

Der zu messende Stromkreis ist galvanisch getrennt vom Rest der Schaltung.
Aus diesem Grund wird ein Hall IC und kein 0,001Ω Shunt verwendet

Da gäbe es technisch sinnvollere Konzepte.

Da ich mich mit diesem Projekt mit dem Thema Strommessung auseinandergesetzt habe, würde ich gern über den Tellerrand schauen welche Möglichkeiten der Strommessung Du mit Deiner Antwort im Hinterkopf hattest.
Meine Studienkollegen haben alle einen 0,001Ohm Shunt verwendet. Das überzeugte mich nicht so einen kleinen Widerstand zu verwenden, das ist doch so ungenau, diesen anzulöten und dann das Signal mitsamt dem Rauschen zu verstärken. Das kann doch nichts geben dachte ich.

Ich habe als einziger ein Hall IC verwendet, darauf war ich schon stolz und fand das innovativ.

Während meiner Recherchen bin ich dann noch auf Stromwandler gestoßen. Auch völlige galvanische Trennung des Stromkreises.
Mehr wüsste ich jetzt aber nicht.

Die LCD-Anzeige selbst sollte für sichere Trennung kein Problem sein.

In meinem Fall sollte das doch egal sein, oder? Denn die LCD Anzeige misst ja nur die vom Hall IC ausgegebene galvanisch getrennte Spannung. Ist also nicht mit der gefährlichen Netzspannung in Berührung.

Viele Grüße,

Matthias.

#11

Hallo,

Meine Studienkollegen haben alle einen 0,001Ohm Shunt verwendet.

Naja, 0,1 bis 0,01 Ohm würden wohl auch reichen.
Bei 0,01 Ohm hätte man bei 10A gerade mal 0,1V Spannungabfall.
Das ist weniger als üblicherweise über die Zuleitungen.

Das überzeugte mich nicht so einen kleinen
Widerstand zu verwenden, das ist doch so ungenau, diesen
anzulöten und dann das Signal mitsamt dem Rauschen zu
verstärken. Das kann doch nichts geben dachte ich.

Der Hall-IC braucht auch sehr viel Verstärkung (auch wenn die
intern ist) und macht auch Rauschen.
Verstärkung ist heutzutage aber kein Problem mehr.
Man kann normale Bipolare OPV kaufen mit weniger als 1uV Offset
und Offsetdrift im Bereich weniger nV.
z.B. AD857x
http://www.analog.com/static/imported-files/data_she…

Alternativ kann man auch Chopperstabilisierte OPV nehmen
z.B. ICL7650
http://www.google.de/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0C…

Ich habe als einziger ein Hall IC verwendet, darauf war ich
schon stolz und fand das innovativ.

Als alternative Idee ist das schon ok.

Gruß Uwi

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#12

Hallo Uwi,

danke für die Interessante Antwort über die OP´s.

Viele Grüße,

Matthias.