Spannungsbänder sind vordefinierte Spannungsbereiche, in denen die Komponenten eines DC-Netzes unterschiedliche Funktionalität bereitstellen. Der technische Report 63282 der IEC hat 7 Bänder definiert. Jedes Band Bx ist durch eine obere Spannungsgrenze Ux definiert. Im nominellen Band von 600 V bis 750 V (für geregelte Einspeisung, AIC) arbeiten die Komponenten dauerhaft. 

 

In diesem Band unterhalb von U1 = 400 V arbeiten die Anwendungen nicht. Daher befindet sich das DC-Netz, außer beim Vorladen, nur kurzzeitig in diesem Bereich (z. B. bei Kurzschlüssen). Wenn die Spannung unter U1 fällt, öffnen die Leistungsschalter.

Spannung zwischen 400 V und 485 V (für ungeregelte Gleichrichter an 400 V AC) bzw. zwischen 400 V und 600 V (für AICs und für ungeregelte Gleichrichter an 480 V AC). 
Dieser Bereich ist durch eine große Überlast gekennzeichnet. Die Last muss unbedingt redu-ziert werden, damit das DC Netz nicht in Band B1 wechselt. Geräte dürfen ihre Leistung reduzieren. Aufgrund der zu geringen DC Spannung dürfen AICs hier nur wenige Millisekunden betrieben werden.

• 600 V bis 750 V (AICs oder ungeregelte Gleichrichter an 480 V AC).
• 485 V bis 750 V (ungeregelte Gleichrichter an 400 V AC).

Dieses ist der normale Arbeitsbereich des DC Netzes. Er ist gekennzeichnet durch ein Leistungsgleichgewicht zwischen lokaler Erzeugung (z. B. von PV Anlagen), Einspeisung aus dem AC Netz und dem Verbrauch der Lasten. Alle Geräte des Netzes sind für den dauerhaften Betrieb in diesem Bereich ausgelegt. Einschränkungen der Geräteleistung können sich durch physikalische Randbedingungen ergeben, wie z. B. den Ladezustand von Speichern, die Höhe der Netzspannung bei Versorgungsgeräten, nicht ausreichende Motorspannung oder die Sonneneinstrahlung bei PV.

Spannung zwischen 750 V und 800 V.
In diesem Bereich müssen Maßnahmen ergriffen werden, die verhindern, dass die Abschaltschwelle der Geräte (800 V) erreicht wird. Dies kann z.B. das Rückspeisen ins AC-Netz, das Aufladen von Energiespeichern aber auch das Zuschalten von Leistungswiderständen sein. Dieser Zustand soll nicht länger als 60 s dauern und Geräte dürfen in diesem Zustand ihre Leistung reduzieren. Dieses Band ist in der TR 63282 bisher nicht enthalten.

Spannung zwischen 800 V und 880 V.
Durch Schalthandlungen, Fehlerfälle und Abbremsen von Antrieben können Überspannungen entstehen. Eine temporäre Überspannung von bis zu 880 V für eine Minute ist für übliche 400 V-Elkos (zwei in Reihenschaltung) unproblematisch. Bei üblicherweise verwendeten 1200 V-Halbleitern kann durch interne Schalthandlungen aber die Grenze der Spannungsfestigkeit erreicht sein; solche Geräte dürfen in diesem Bereich ihre Funktion verlieren, um sich selbst zu schützen. Überspannungsschutzgeräte (SPDs) limitieren in diesem Band noch nicht die Spannung. Befindet sich die Spannung längere Zeit in diesem Bereich (> 5 s), öffnet zum Schutz aller Geräte der vorgelagerte DC-Abzweig.

Spannung zwischen 880 V und 1200 V.
In diesem Bereich arbeiten die Überspannungsschutzgeräte (SPDs) und versuchen Geräte vor transienten Überspannungen zu schützen, die durch Schalthandlungen aber auch Blitzeinschläge verursacht werden.

Spannung zwischen 1200 V und 1500 V.
Befindet sich die Spannung in diesem Band sind Geräteschädigungen wahrscheinlich. Durch die dämpfenden Eigenschaften von Leitungslängen und Eingangsfiltern führen kurzzeitige transiente Überspannungen in der Regel nicht zu einer Schädigung von Bauteilen in den Geräten.

Spannung größer als 1500 V.
In diesem Spannungsband ist eine Schädigung der Geräte (Varistoren, Halbleiter, Kondensatoren) äußerst wahrscheinlich.

Die Sicherheitsgrundnorm IEC 61140 beschreibt die Schutzmaßnahmen bis 1500 V bei DC (und 1000 V bei AC). Siehe auch hier

Ein Lichtbogen ist heißes, leitfähiges Plasma, ähnlich einem Blitz.

Es gibt zwei Arten von Lichtbögen: 

• Bewusst erzeugte Lichtbögen, wie z.B. beim Elektroschweißen oder beim Öffnen von Schaltkontakten
• Störlichtbögen bei einem Fehler, z.B. Kabelbruch, Isolationsfehler, Fremdteile in Schaltschränken.

Bei DC gibt es keine Stromnulldurchgänge; deshalb müssen in den Schutzorganen zusätzliche Maßnahmen umgesetzt werden.  In mechanischen Schaltern sind dies z.B. Magnetfelder und größere Luftstrecken. Leistungselektronik und hybride Schalter sind weitere Möglichkeiten zur Vermeidung von Lichtbögen in Schaltgeräten. 

Dies lässt sich nicht allgemein beantworten – es hängt von den Spezifikationen des jeweiligen Schalters ab. Oft sind auch AC-Schalter für einen gewissen DC-Spannungsbereich gemäß den spezifischen Herstellerangaben und den Produktnormen zugelassen. 

Der Erdungsbezug wird über die Sternpunkt-Erdung am Transformator des AC-Netzes realisiert. Die Betriebserdung findet zentral am Transformator statt.
 

Bei der Variante DC-IT-Netz ist das DC-Netz über einen Trenntransformator vom AC-Netz galvanisch getrennt. Der Grund hierfür ist nicht wie bei einem klassischen IT-Netz, dass das DC-Netz nach einem ersten Erdfehler weiterbetrieben werden soll, sondern es soll die Parallelschaltfähigkeit von Versorgern vereinfacht werden. 
Bei diesem DC-IT-Netz ist bei einem Erdfehler kein Weiterbetrieb erlaubt; die Fehlerstelle muss durch einen Trennschalter möglichst schnell getrennt werden (<10 s).

 

Bei dieser Erdungsart ist der Mittelpunkt der DC-Spannung niederohmig geerdet. Das Versorgungsgerät kann dafür z.B. zwei vom AC-Netz galvanisch getrennte DC-Spannungen erzeugen, die in Reihe geschaltet werden und deren Mittelpunkt niederohmig geerdet ist. Neben der galvanischen Trennung wird wie bei der AC-seitigen Erdung eine bipolare Absicherung benötigt.

 

AC-seitig geerdete Systeme empfehlen sich für Anwendungen, die im Umfeld einer AC-Halle installiert werden (Brownfield). IT-Systeme bieten sich für neue Anwendungen an, soweit der Isolationswiderstand hoch ist (Greenfield). Bei ausgedehnten Anlagen mit geringem Isolationswiderstand empfiehlt sich das Mittelpunktgeerdete DC-TN-S-System. Das TT-System mit zwei verschiedenen Erdungspunkten ist nicht geeignet, da bei Potentialunterschieden zwischen den Erdern Streuströme auftreten, die zu verstärkter Korrosion führen können.  

Dies bietet sich für neue Anlagen an und nutzt alle Vorteile der DC-Systeme wie Energieeffizienz und Verfügbarkeit wie in Frage 1 beschrieben.
 

Dies lässt sich in vorhandenen Anlagen bei Ersatz oder Erweiterung leicht und schnell integrieren. Der neue oder ersetzte Anlagenteil wird über ein Versorgungsgerät (AIC) an das AC-System angebunden. 

Solche Geräte werden bei industriellen DC-Netzen als Kleinverbraucher über passende Netzteile (DC/AC- bzw. DC/DC-Wandler) integriert. 

Das neue und das vorhandene System können miteinander gekoppelt werden, bei unterschiedlichen Spannungen über DC-DC-Wandler. Hier sollten die Spannungsbänder aus Frage 3 berücksichtigt werden.