Netzteile für MOOP und MOPP

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Praxisbeispiel zur Auslegung von Luft- und Kriechstrecken eines Netzteils

Die Praxis führt jedoch zu größeren Werten, wie ein Beispiel zur Auslegung von Luft- und Kriechstrecken eines Netzteils an der Trennstelle zwischen Primär- und Sekundärseite mit einer 2 x MOOP-Schutzmaßnahme verdeutlicht. Dazu hier die Eckdaten: Die Netzbetriebsspannung beträgt 230 VAC, die Konvertertopologie ist ausgewählt, ein erstes Platinenlayout ist vorhanden und die Performance hinreichend bestimmt. Um die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zu ermitteln, wird zunächst die maximale Betriebsspannung der jeweiligen Isolierung von Transformator und Leiterplatte bestimmt. Dies geschieht unter Verwendung eines Scopes, um sowohl den RMS- als auch den Spitzenwert der Spannung zu erhalten, der die jeweilige Isolierung belastet. Gemessen wird an benachbart liegenden Kupferleiterbahnen oder Anschlüssen von Bauelementen, wie zum Beispiel Transformator, Optokoppler, Y-Kondensatoren etc., die an der Trennstelle zwischen Primär- und Sekundärseite angeordnet sind.

Auslegung der Luftstrecke-Tabellen aus der 3rd Edition

Die Messung ergibt an den Transformatoranschlüssen einen Effektivwert von 265 V und einen Spitzenwert von 552 V. Mit diesen Daten können die Luft- und Kriechwege mittels Anwendung der entsprechenden Tabellen aus der 3. Ausgabe bestimmt werden. Für die Auslegung der Luftstrecke wird aus Tabelle 13 der 3. Ausgabe unter Verwendung von 265 Vrms eine Luftstrecke für 2 x MOOP von 4,0 mm entnommen. Zusätzlich ist auf Basis des gemessenen Spitzenwertes von 552 V eine Zusatzluftstrecke unter Anwendung der Tabelle 14 von 0,4 mm für 2 x MOOP hinzu zu addieren. Das führt zu einer Gesamtluftstrecke von 4,4 mm.

Die Gerätespezifikation lässt einen Einsatz bis zu einer Höhe von 4.000 m zu. Dies erfordert laut Tabelle 8 der 3. Ausgabe eine weitere Vergrößerung der Luftstrecke um einen Korrekturfaktor von 1,29. Die erforderliche Luftstrecke beträgt also 4,4 mm x 1,29 ≥ 5,7 mm.

Auslegung der Kriechstrecke

Unter Verwendung von 265 V_rms, Verschmutzungsgrad 2 und einem CTI- Wert (Comparative Tracking Index) gemäß IIa beziehungsweise IIb ist eine Kriechstrecke von 3,2 mm für 1 x MOOP in Standard-Tabelle 16 festgelegt. Für 2 x MOOP bedeutet dieses den doppelten Wert – oder die Verwendung eines Schutzleiters liefert bereits eine Schutzart. In dem Beispiel handelt es sich um ein Netzteil mit einem Schutzleiter. Somit beträgt die erforderliche Kriechstrecke 3,2 mm. Allerdings ist dies lediglich Theorie, denn die EN 60601-1-3rd lässt keine geringeren Kriech- als Luftstrecken zu.

Im Vergleich zur den Minimalwerten wie sie in der oben gezeigten Tabelle 1 zu entnehmen sind, ergeben sich andere Werte für die Paxis (vergleiche CB-Report: GlobTek Modell GTM41076, Seite 11 ff.).

Die oben gezeigte Vorgehensweise führt zu identischen Werten, wie sie in der EN 60950 beschrieben sind. Das führt weiter dazu, dass Netzteile, die diesem Sicherheitsstandard entsprechen, durchaus zur Stromversorgung elektrischer Medizingeräte eingesetzt werden können. Ob dies möglich ist, zeigt das Ergebnis der bereits oben erwähnten Risikoanalyse.

Maximal zulässige Ableitströme

Nachdem die Luft- und Kriechwege bestimmt sind, ist noch ein Blick auf die maximal zulässigen Ableitströme zu werfen. In Kapitel 7 der 3. Ausgabe der EN 60601-1 sind die zulässigen Ableitströme in Abhängigkeit zu den Anwendungskategorien festgelegt (siehe Tabelle 3, Typ B). Hinweis: Die Anwendung kommt lediglich mit dem Bedienpersonal in Kontakt. Die Kategorien BF und CF gelten für direkten Patientenkontakt, zum Beispiel mittels Elektroden.

Da Netzteile in medizinischen Gesamtsystemen lediglich als geprüfte Komponenten betrachtet werden, sind Netzteillieferanten nicht verpflichtet, Risikobewertungsverfahren wie oben erwähnt durchzuführen. Die Hersteller medizinischer Geräte müssen diese Risikobewertung ohnehin anfertigen. Entwicklungsingenieure von Netzteilen sind allerdings gut beraten, bereits während der Entwicklung eine entsprechende Fehler-Möglichkeiten- und Fehler-Einfluss-Analyse (FMEA) durchzuführen, da diese spätestens bei Zulassung des Medizingerätes erforderlich ist.

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