Was verursacht Spannungsspitzen?

Die drei Hauptursachen für Überspannungen sind:

Blitz

Transienten laden

Fehler

Blitzeinschläge sind eine häufige Quelle externer Überspannungen und führen bei weitaus höheren Spannungen weitaus mehr Strom, als die meisten elektronischen Systeme ausgelegt sind. Diese Spannungsspitzen sind in der Regel groß genug, um einen sofortigen Ausfall elektronischer Geräte zu verursachen, wenn nicht das entsprechende Schutzniveau angewendet wird.

Überspannungen auf der Wechselstromversorgungsleitung können auch verursacht werden, wenn andere Geräte in einem Stromkreis ein- oder ausgeschaltet werden. Blindlasten wie Motoren oder Kondensatorbänke ähneln Kurzschlüssen, bevor sich ihre elektrischen und magnetischen Felder aufbauen. Beim Abschalten kann die in diesen Feldern gespeicherte Energie auch schnell wieder in das System eingespeist werden. In beiden Fällen können die großen und schnellen Stromstöße Spannungsspitzen hervorrufen und zum Ausfall ungeschützter Geräte führen.

Auch Fehler können die Ursache für Überspannungen sein und dazu führen, dass am Netzteileingang übermäßige Spannungen anliegen. Der Ausfall von Systemkomponenten und Geräten kann zu transienten Spannungen und Strömen in anderen Teilen des Systems führen, die durch unbeabsichtigte Kurzschlüsse oder Unterbrechungen von Stromkreisen verursacht werden.

Die Intensität und Größe der Überspannung am Netzteileingang hängt von vielen Faktoren ab, darunter Standort, Verkabelung und der Grad des Überspannungsschutzes, der am Netzteileingang angewendet wurde, sei es intern oder extern.

Internationale Standards definieren Schutzniveaus

Zur Klassifizierung und Anleitung zum erforderlichen Schutzniveau wurden Standards entwickelt. Am gebräuchlichsten für Netzteile ist IEC 61000-4-5 der International Electrotechnical Commission. Es wird in vielen nationalen Immunitätsnormen erwähnt, beispielsweise in der EN 55035, die Immunitätsanforderungen für Multimedia-Geräte festlegt.

Die Norm IEC 61000-4-5 definiert eine standardisierte Prüfmethode und unterschiedliche Schutzniveaus basierend auf Installationsklasse und Kopplungsmethoden. Bei Gleichstromnetzteilen handelt es sich typischerweise um Installationsklassen 3–5, für die Prüfanforderungen von 1 kV bis 4 kV gelten (Tabelle 1).