elektrische ausrüstung von maschinen für den export nach
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White PaperMaschinenausrüstung für Nordamerika www.eaton.eu
Elektrische Ausrüstung von Maschinen
für den Export nach Nordamerika
White Paper
Dipl.-Ing. Wolfgang Esser
Aus positiven Erfahrungen und
den Fehlern anderer lernen
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Elektrische Ausrüstung von Maschinen
für den Export nach NordamerikaAus positiven Erfahrungen und den Fehlern anderer lernen
ThemaHinweise zu
SeiteTabelle 1 Tabelle 2
Maschinen für den Export nach Nordamerika 4
Unterschiedliche Möglichkeiten für Zertifizierungen Punkt 6, Punkt 7 4
Kenntnis und Anwendung der Standards 5
Informationsquellen 6
Vorgehensweise bei Beanstandungen durch Inspektoren 6
Die Codes und die richtigen Standards anwenden Punkt 1, Punkt 2 Punkt 1 6
Die häufigsten und schwerwiegendsten Fehler 7
• Nicht approbierte Produkte Punkt 2, Punkt 3 8
• Manipulation, erneute Anlagenapprobation Punkt 3, Punkt 7 8
• Stromversorgungsgeräte Punkt 7 8
• Einsatzbezogene Fehler 8
– Leitungsschutzschalter (Supplementary Protectors) Punkt 4 8
– Motorschutzschalter (Manual Motor Controllers) Punkt 5 9
• Schutzarten IP…, nach IEC/EN Punkt 6 9
• Verdrahtungsmaterial Punkt 3, Punkt 4 9
• Verdrahtung/Verkabelung Punkt 3, Punkt 4 10
Feeder und Branch Circuits Punkt 2, Punkt 10 11
Branch Circuit Protective Devices Punkt 3 Punkt 2, Punkt 10, Punkt 11 15
Geeignete Netzform und Betriebsspannung Punkt 3 Punkt 3 17
Besonderheiten bei Nennspannungen und Strömen von Motoren Punkt 3, Punkt 4 19
High Fault Short Circuit Current Ratings Punkt 3 Punkt 3 20
Gehäuse und Schutzarten Punkt 2, Punkt 4 Punkt 6 21
Erdungsfehler Punkt 3, Punkt 4 Punkt 12 22
Fehler bei Leistungsschildern, Warnhinweisen und Dokumentationen Punkt 4 Punkt 8 23
Rückverfolgbarkeit von Materialzulassungen Punkt 2 Punkt 9 23
Short Circuit Current Rating (SCCR) Punkt 5 23
Zusammenfassung 25
Literatur 25
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Abweichungen gegenüber den IEC-Richtlinien beim Export von Maschinen mit elektrischer Ausrüstung
nach Nordamerika
1. – die nordamerikanischen Codes und die richtigen Standards anwenden,
– etwaige regionale und örtliche Abweichungen beachten.
2. – von NRTL’s approbierte (zertifizierte) Komponenten einsetzen,
– die Komponenten müssen nach den Codes und den richtigen Standards approbiert sein.
3. – die approbierten Komponenten müssen entsprechend der Codes und Standards ausgewählt, dimensioniert, kombiniert und eingesetzt werden,
– Kombinationen, z. B. Motorstarter, müssen vom Hersteller komplett geprüft und approbiert werden, um High Fault Ratings zu erreichen,
– etwaige Einsatzeinschränkungen beachten,
– approbierte Komponenten oder Kombinationen nicht manipulieren/verändern,
– die Verdrahtungs- und Installationsrichtlinien beachten.
4. – nordamerikanische Markt- und Gebrauchsgewohnheiten beachten, die z. T. stark von internationalen Gewohnheiten abweichen.
5. – Short Circuit Current Ratings (SCCR) der Schaltschränke ermitteln und auf den Leistungsschildern bekannt geben.
6. – prüfen, ob und wo die komplette elektrische Ausrüstung durch ein NRTL approbiert werden soll,
– u. U. die Werkstatt durch ein NRTL zertifizieren lassen.
7. – die Maschine wird am Aufstellungsort von einer Authority Having Jurisdiction – AHJ – begutachtet und für den Einsatz freigegeben oder beanstandet,
– notwendige Änderungen dürfen häufig nur durch amerikanische Fachleute durch geführt werden,
– nach Änderungen ist die Notwendigkeit einer erneuten Anlagenapprobation durch ein NRTL zu prüfen.
Codes = National Electrical Code (NEC), USA, Canadian Electrical Code (CEC), KanadaNRTL = Nationally Recognized Testing Laboratories, z. B. UL, CSA, ETL IntertekHigh Fault Ratings = optimale Prüfergebnisse, z. B. für SCCR
Tabelle 1: Die Vorgehensweise bei der Projektierung, dem Bau und bei der Inbetriebnahme der elektrischen Ausrüstung von Maschinen
für den Export nach Nordamerika unterscheidet sich z. T. deutlich von der Vorgehensweise in Ländern, die nach IEC-Richtlinien arbeiten.
Die Unterschiede lassen sich grob den sieben dargestellten Punkten zuordnen. Zu den richtigen Standards siehe UL 508A, Table SA1.1
(z. Z. Stand: 04.02.2010).
12 Red Flags, Fehler die den Inspektoren der Approbations-Gesellschaft (NRTLs)
in Europa besonders häufig auffallen
1. Anwenden falscher Standards
2. Falsche Luft- und Kriechstrecken im Feeder
3. Fehlerhafte Auswahl und Dimensionierung von Komponenten
4. Leitungsschutzschalter (Supplementary Protectors) nach UL 1077 werden an Stelle von Branch Circuit Protection Devices eingesetzt
5. Anwendungen von Motorschutzschaltern (Manual Motor Controllers) nach UL 508, werden an Stelle von Branch Circuit Protection Devices eingesetzt
6. Gehäuse (Enclosures / Schutzartprobleme)
7. Ungeeignete Netzteile (Recognized Components werden statt Listed Components eingesetzt und Industriegeräte werden statt Class 2 Geräte eingesetzt)
8. Fehler bei Leistungsschildern, Schaltplänen oder Warnhinweisen
9. Rückverfolgbarkeit der Zulassung nicht möglich (z.B. bei Leitungen)
10. Frequenzumrichter wurden falsch abgesichert
11. Fehlerhafter Transformatorschutz
12. Fehlerhafte Erdung Quelle: UL Deutschland, ETL Intertek Deutschland
Tabelle 2: Fehler, die bei der Abnahme von „Industrial Control Panels for Machinery“, nach UL 508A und NFPA 79, durch Inspektoren der
NRTL’s besonders häufig auffallen. Den AHJ’s fallen sehr häufig Fehler bei der Installation außerhalb der Schaltschränke und Schutzart-
probleme auf. Wenn keine Abnahme der Schaltschränke durch ein NRTL erfolgt ist, werden die oben genannten Fehler dem AHJ bei der
Sichtprüfung auffallen.
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Maschinen für den Export
nach Nordamerika
In großem Umfang werden Maschinen von Deutschland, Europa und dem Rest der IEC-Welt1 nach Nordamerika (USA und Kanada) exportiert. Die Konjunktur zieht in diesem Handelsspektrum nach der Wirtschaftskrise von 2009 erfreuli-cherweise wieder deutlich an. Besonders gut entwickelt sich in Deutschland der Exportanteil bei technologisch anspruchs-vollen und innovativen Maschinen.
Während in den meisten Ländern der Welt die IEC-Richtlinien für die elektri-sche Ausrüstung angewendet werden, unterscheiden sich die Codes und Stan-dards, die für Maschinen für den nord-amerikanischen Markt angewendet wer-den müssen, sehr deutlich (NEC2, CEC3, UL 508A4, NFPA 795) von den internati-onalen Vorstellungen. Zusätzlich gibt es auch noch ausgeprägte Unterschiede bei den Markt- und Gebrauchsgewohnheiten [1] auf den Kontinenten. Diese Gewohn-heiten sind leider fast nicht dokumentiert oder sie müssen mühsam aus den Codes und Standards extrahiert werden. Hier erweist es sich oft als ein deutliches Hin-dernis, dass die Dokumente lediglich in englischer, bzw. amerikanischer Sprache zur Verfügung stehen. Der Autor dieses Aufsatzes hat in weiteren Aufsätzen immer wieder unterschiedliche Markt- und Gebrauchsgewohnheiten beschrie-ben [2]. Es ist ungünstig und uneffektiv, wenn man diese Unterschiede erst durch eigene Fehler und durch Beanstandun-gen kennenlernt. Deshalb sollte man vor allem die Fehler anderer Exporteure gründlich analysieren. Es ist das Ziel dieses Aufsatzes, es zu ermöglichen, auf Anhieb diese Fehler zu vermeiden.
Eine perfekte „nordamerikanische“, elekt rotechnische Ausrüstung der Maschinen und Anlagen6 schafft
1 IEC = International Electrotechnical Commission2 NEC = National Electrical Code = NFPA 703 CEC = Canadian Electrical Code4 UL 508A = Standard für Industrial Control Panels5 NFPA 79 = Standard für die komplette elektrische
Maschinenausrüstung6 Anlagen im Sinne dieses Aufsatzes sind abhän-
gige Kombinationen aus mehreren Maschinen, z. B. Fertigungslinien
zusätzliche Differenzierungsmerkmale gegenüber den Wettbewerbern im Maschinen- und Anlagenbau, die die nordamerikanischen Anforderungen nicht kennen oder die sie noch nicht anwen-den können oder wollen. Zusammen mit den führenden europäischen Sicherheits-philosophien sind die kompakten und intelligenten europäischen, elektrotechni-schen Lösungen ein wesentlicher Grund, weshalb man deutsche und europäische Maschinen in Nordamerika importiert. Gerade in der elektrischen Ausrüstung der Maschinen liegt ein enormes Wert-steigerungs- und Differenzierungspoten-zial. Viele der exportierten Maschinen sind hoch automatisiert. Viele unserer Kunden sind internationale Marktführer in ihrer Technologie und ihre Produkte sind entsprechend gefragt. Trotz des weltweit anerkannten hohen technologischen Niveaus müssen die nordamerikanischen Codes und Standards unbedingt berück-sichtigt werden. Da gibt es keine Aus-nahmen. Die zusätzliche Berücksichti-gung der Markt- und Gebrauchsgewohn-heiten erleichtert zumindest den Export.
Unterschiedliche Möglichkeiten
für Zertifizierungen
Es besteht die Möglichkeit die Export-maschinen bereits beim Hersteller von Inspektoren einer Zertifizierungs-(Approbations-)gesellschaft (NRTL7) zertifizieren oder wie man meistens in Deutschland sagt, approbieren zu lassen (Tabelle 1, Punkt 6). Das empfiehlt sich aus mehreren Gründen. So kann man etwaige Beanstandungen meistens in der Werkstatt des Herstellers am leichtesten und kostengünstigsten nach-bessern. Zum Teil ist es nicht erlaubt oder nicht möglich, dass Mitarbeiter des Herstellers in Nordamerika selbst an den Maschinen arbeiten und nachbessern. Ein Mitarbeiter kann dann lediglich als Supervisor amerikanische Fachleute anweisen und beaufsichtigen (den Stan-dard NFPA 70E beachten8) (Tabelle 1,
Punkt 7, -Änderungen-). Als weitere Approbationsmethode besteht die Mög-
7 NRTL = Nationally Recognized Testing Laboratories
8 NFPA 70E = Standard for Electrical Safety in the Workplace
lichkeit die eigene Werkstatt für die Elek-tromontage durch ein NRTL approbieren zu lassen. Das ermöglicht z. B. eine flexiblere Termingestaltung. Hier kann der Hersteller, nach einer Schulung, die elektrische Ausrüstung selbst mit einem NRTL-Label versehen. Häufig ist das Arbeiten in einer approbierten Werkstatt eine deutliche, zusätzliche Motivation für das Personal, das eine höhere Ver-antwortung übernimmt und selbststän-diger arbeitet. Die approbierte Werkstatt unterliegt dem kostenpflichtigen Follow-up-Service des NRTL’s (halb- oder viertel-jährlich Auditierung durch das NRTL), bei dem sich das NRTL von der Einhaltung der eigenen Vorgaben, sowie der Codes & Standards überzeugt.
Die Vorgehensweise bei der Approba-tion der elektrischen Ausrüstung kann unter anderem auch vom Umfang der Exporte abhängig sein. Bei einem gerin-gen Exportanteil bietet es sich an, diese gelegentlichen Exportaufträge von einem erfahrenen Sub-Unternehmer abwickeln zu lassen, der in der Lage ist, eine IEC-Ausrüstung umzuprojektieren und den nordamerikanischen Standards entspre-chend zu realisieren. Eaton kann Kunden vermitteln, die solche Aufträge überneh-men. Diese Vorgehensweise kann sich auch für den Einstieg in ein stärkeres Exportgeschäft, für die ersten Maschinen anbieten, um nicht unnötig viel Lehrgeld zahlen zu müssen. Gegen diese Lösung spricht allerdings manchmal, dass die Maschinenbauunternehmen ihr Know-how nicht aus dem Haus geben wollen. Die Elektrotechnik bestimmt den Auto-matisierungsgrad und mit z. T. extremen Taktzeiten den enormen Ausstoß der verschiedenartigsten Produkte. Wegen der Geheimhaltung bleiben auf Messen die Türen der Maschinenschaltschränke meistens geschlossen. Also nicht nur wegen einer elektrischen Gefährdung.
Andere Exporteure unternehmen im Herstellungsland nichts, um die Kon-formität der elektrischen Ausrüstung mit den nordamerikanischen Codes & Standards nachzuweisen. Sie warten ab, was in Nordamerika am Aufstellungsort passiert. Auch dieser Weg kann erfolg-reich sein, vor allem, wenn der Exporteur bereits über Erfahrungen verfügt. Vor Ort in Nordamerika wird die elektrische
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Ausrüstung der Maschine in der Regel von der örtlich zuständigen Authority Having Jurisdiction - AHJ - abgenommen (Tabelle 1, Punkt 7 -AHJ-). D er Begriff AHJ wird für den einzelnen Inspektor und auch für eine Behörde oder Abteilung einer Behörde verwendet. Der einzelne AHJ ist nicht unbedingt ein Elektrofach-mann. In Kanada werden die Inspektio-nen überwiegend von regionalem Per-sonal der Provinzen durchgeführt, zum Beispiel von der Electrical Safety Autho-rity - ESA – in der Provinz Ontario, die meistens in enger Koordination mit CSA Field Inspectors arbeiten, um die Über-einstimmung mit dem Canadian Electrical Code sicherzustellen. Diese Inspektoren verfügen meistens über gute Verbindun-gen zu den Betreibern der kanadischen Kraftwerke und deren Netze. Dadurch ergibt sich eine hohe Kompetenz.
Keine der unterschiedlichen Zertifi-zierungs-/Approbationsmöglichkeiten durch die NRTL’s beim Maschinen- oder Schaltschrankbauer schützt zu 100 % vor Beanstandungen der oder des örtlichen AHJ’s in den USA oder der Inspektoren der Provinzen in Kanada. Zusätzlich zu den beschriebenen Approbationsmög-lichkeiten für die elektrische Ausrüstung der Maschine oder Anlage gibt es noch die Möglichkeit einer Field Evaluation durch ein NRTL am Aufstellungsort in Nordamerika (meistens vor der Abnahme durch den AHJ).
Wenn eine mit den Codes & Standards konforme Vorgehensweise während der Projektierung, wegen der spezifischen Maschinen- oder Anlagensituation, sehr schwer zu beurteilen ist, besteht bereits zu diesem Zeitpunkt die Möglichkeit, Kontakt mit der/dem AHJ in Amerika aufzunehmen, um zu einer einvernehm-lichen Lösung zu kommen. Unter dem Strich kann ein Treffen mit einem AHJ in den USA, bereits während der Pro-jektierungsphase, Geld und Zeit sparen und auch die spätere Abnahme positiv beeinflussen. Das setzt allerdings vor-aus, dass man weiß, wo die Maschine später zum Einsatz kommt. Es kann regionale oder in einzelnen Städten unterschiedliche, zusätzliche Standards geben oder es kann auch unterschiedli-che Bewertungen der nationalen Codes & Standards geben. Es wird auch nicht überall der jeweils neueste Code ange-wandt. Bei reinen Serienmaschinen, die gebaut werden, ohne den späteren Kun-den zu kennen, scheidet die Möglichkeit der Kontaktaufnahme mit dem AHJ prak-tisch aus. Die Erfahrung zeigt allerdings, dass komplexe Maschinen meistens kundenspezifisch und auftragsgebunden gestaltet werden.
Wenn keine Abnahme durch ein NRTL erfolgt ist, kann der/die AHJ/ESA auch vor Ort noch eine Field Evaluation durch ein NRTL verlangen. Das gilt auch wenn er/sie Zweifel an der Richtigkeit der Lie-ferung hat oder wenn er/sie die Lösung nicht alleine beurteilen kann oder will. Ein vorhandenes Approbationszeichen einer NRTL ist meistens vorteilhaft, weil es die Arbeit der AHJ’s erleichtert und diese von einem Teil ihrer Verantwortung für die Zulassung entbindet. Meistens wird der AJH einen mit einem NRTL-Label versehenen Schaltschrank akzeptieren und nicht weiter untersuchen. In Kanada selektiert manchmal bereits der Zoll Lie-ferungen, die vermutlich nicht den kana-dischen Sicherheitsstandards entspre-chen. In diesen Fällen ist es fast unmög-lich in Kanada die Beanstandungen nachzubessern. Die Maschinen werden dann an den Absender zurückgewiesen. Das kann zu ganz erheblichen zeitlichen und wirtschaftlichen Verlusten, sowie zu Imageschäden führen.
Kenntnis und Anwendung
der Standards
Der Autor erhält häufig Anrufe mit der Fragestellung, wie sich die elektrische Ausrüstung von Maschinen für den nord-amerikanischen Markt von der IEC-Aus-führung unterscheidet. Das lässt sich, von ganz konkreten Fragen abgesehen, nicht in einem Telefonat beantworten. Die Tabelle 1 fasst die Erfahrungen des Autors aus vielen, von ihm durchgeführ-ten Seminaren und Beratungen zusam-men. Die Tabelle 1 kann als roter Faden oder Checkliste dienen. Eaton stellt zu speziellen Themen Fachaufsätze zur Verfügung [2]. Im folgenden Text wer-
den Beispiele zu den einzelnen Punkten der Tabellen 1 und 2 geschildert und es wird auf häufig vorkommende Fehler hingewiesen. Besonders kritisch sind alle Fehler, für deren Beseitigung mehr Platz im Schaltschrank benötigt wird, der dann häufig nicht oder nicht an der richtigen Stelle vorhanden ist. Während norma-lerweise beschrieben wird, wie man Arbeiten und Lösungen richtig ausführt, wird in diesem Aufsatz bewusst der Weg gewählt, aus den Erfahrungen und Feh-lern anderer zu lernen.
Gelegentlich werden die nordamerikani-schen Standards nicht ernst genommen. Man sucht sogar Wege sich darüber hin-weg zu setzen. Man fühlt sich in seinem Handeln dadurch bestätigt, dass man vielleicht bisher keine Beanstandungen hatte oder dass man ein Weltmarktführer ist. Das kann sich ändern, wenn man erstmalig in einen anderen Bundesstaat oder in eine andere Provinz liefert, oder wenn sich ein AHJ nicht von einem Weltmarktführer beeindrucken lässt. Die geschilderten Fehler, die alle häufig bei Abnahmen aufgefallen sind, zeigen hoffentlich die Grenzen dieses fragwür-digen Handelns. Eaton kann immer nur empfehlen, alle Standards zu beachten und richtig und vollständig umzusetzen. Eaton bemüht sich, seine Kunden bei der richtlinienkonformen Umsetzung intensiv zu unterstützen.
Der Projekteur von Industrial Control Panels for Machinery sollte zumindest die gültigen Ausgaben der Standards UL 508A und NFPA 79 greifbar haben (Bild 1). Normalerweise gehören auch noch der National Electrical Code (NEC) der USA bzw. der Canadian Electrical
Industrial Machinery…. ….
….….
NEC (NFPA 70)
Part 1:General Use Panels
Part 2:Specific Use Panels
NFPA 79
Führende Normfür Maschinen
Art. 65 … 67IndustrialMachinery
Industrial Machinery
Anforderungen an die Ausführung der kompl. E-Technik an der Maschine
Anforderungen an die E-Technik im Schaltschrank
Ausführung von Industrial Control Panelsnach UL 508A
MaschinenausrüstungNEC Art. 670
Applikationen:
Anforderungenin UL 508A und NFPA 79
Anforderungen nur in NFPA 79
Bild 1: Errichtungsstandards für die elektrische Ausrüstung von Maschinen. Der National
Electrical Code verweist in einem kurzen Text auf die Standards UL 508A (Schaltschrank)
und NFPA 79 (komplette elektrische Ausrüstung). Der Standard NFPA 79 ist grob mit IEC/
EN 60 204-1 vergleichbar.
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Code (CEC) für Kanada zur Grundausstat-tung. Diese Codes werden mehrfach in der Tabelle 1 erwähnt. Tatsächlich besit-zen leider nur wenige Firmen die Codes. Der Umgang mit den englischsprachigen Dokumenten kann durch den Besuch von Seminaren erleichtert werden. Es erweist sich auch als hilfreich, wenn man die Möglichkeit hat, die nicht ganz einfa-che Thematik in der Firma mit Kollegen zu diskutieren. Man sollte sich auch von seinen Lieferanten zur richtigen Anwen-dung ihrer Produkte für den Export schu-len lassen. So erkennt man gleichzeitig, welche Firmen geeignete Lieferanten sind. Das Exportgeschäft kann durchaus den Anlass zum Wechsel von Lieferanten geben. Es gibt durchaus andere Entschei-dungskriterien als nur die Rabatte. Der Projekteur oder das Projektierungsteam muss sich immer seiner Verantwortung bewusst sein und notwendige Lösungen durchsetzen.
Informationsquellen
Die Approbationsgesellschaften Under-writers Laboratories (UL)9 Deutschland und ETL Intertek10 Deutschland führen Statistiken über die jeweils häufigsten Fehler(gruppen), die bei Abnahmen auf-fallen. Das werden auch weitere NRTL’s so machen. Aus den jeweils 10 häufigs-ten Fehlern beider Listen entstand die Tabelle 2 mit einer Zusammenfassung der 12 häufigsten Fehler, die der Autor auch aus seinen Erfahrungen heraus alle nachvollziehen kann. Mit berücksichtigt werden im Aufsatz die Fehler und Prob-leme, die Kunden dem Autor schildern, wenn in Nordamerika Schwierigkeiten bei der Abnahme durch die AHJ’s auftre-ten. Sehr oft hätte eine Anfrage während der Projektierung oder ein genaueres Studium der Standards diese Probleme vermeiden können.
Die „Anderen“, aus deren Fehlern und positiven Erfahrungen wir lernen wollen, sind rund 1200 Praktiker, Meister, Tech-niker, Ingenieure und Mitarbeiter von NRTL’s, mit denen der Autor diskutieren konnte. Die Gespräche haben gezeigt, dass nicht alle Probleme alleine durch die Elektro-Fachleute zu lösen sind. Beim Maschinen- und Anlagenexport nach Nordamerika ist Teamarbeit gefragt. Benötigt werden Informationen von und an die Vertriebskollegen, Unterstützung vom Einkauf und u. U. von der Rechtsab-teilung. Eine gute Zusammenarbeit mit der Marketingabteilung ist sehr wichtig
9 UL = Underwriters Laboratories = http://www.ul.com/global/deu/pages/
10 ETL Intertek = www.intertek.de
und die enge Zusammenarbeit mit dem Maschinen-Konstruktionsbereich muss selbstverständlich sein. Die Basis muss die Entwicklung einer sicheren Maschine bilden.
Vorgehensweise bei Beanstandungen
durch Inspektoren
Bei Beanstandungen sollte man Ruhe bewahren. Emotionale Reaktionen und Schuldzuweisungen sind nicht hilfreich. Beanstandungen müssen in schriftlicher Form erfolgen. Erst wenn man genau weiß, was beanstandet wird, sollte man reagieren. Oft empfiehlt sich dann die Kontaktaufnahme mit den Lieferanten beanstandeter Komponenten z. B. wenn deren spezieller Einsatz beanstandet wird. Häufig muss der Lieferant die Beanstandung bestätigen, weil Kompo-nenten wirklich falsch eingesetzt wur-den. Aber auch eine solche Information kann hilfreich sein, besonders, wenn der Lieferant Tipps zur Behebung des Problems geben kann. Manchmal kann er noch ergänzende Dokumente zur Zulassung nachreichen, die die Situation klären können. Viele Firmen bereiten sich auf Abnahmen gut vor, indem sie z. B. die Nummern der Approbationsakten der Komponenten in ihre Stücklisten aufneh-men. Andere Firmen legen Ordner an, mit Kopien der Approbationsakten der verarbeiteten Komponenten. Im Online Katalog von Eaton werden die wichtigs-ten Approbationsinformationen bereits auf den Auswahlseiten bereitgestellt (Bild 2). Bei Beanstandungen hat der AHJ das letzte Wort bei der Zulassung des Betriebs der Maschine oder Anlage. Eine Inbetriebnahme ohne seine Zulas-sung und ohne die Nachbesserung der beanstandeten Punkte kann versiche-rungsrechtliche und Haftungskonsequen-zen haben und die weitere Versorgung mit Elektrizität gefährden. In Nordamerika müssen die Arbeitgeber/Unternehmer sichere Arbeitsplätze bereitstellen und jeder Arbeitnehmer kann der OSHA11 anzeigen, wenn er seinen Arbeitsplatz nicht für sicher hält. Die OSHA verfügt auch noch einmal über mehrere tausend Inspektoren. Der Unternehmer (Kunde) muss vom Lieferanten die Einhaltung der Codes und Standards einfordern. Er kann durch die Abnahme durch den AHJ oder die Abnahme durch die Behörden der kanadischen Provinzen zunächst einmal sein Bemühen um sichere Arbeitsplätze dokumentieren. Daher hat auch er ein
11 OSHA = U.S. Department of Labor, Occupational Safety & Health Administration, auch: Occupatio-nal Safety & Health Act. Die OSHA beruft auch die NRTL’s.
Interesse an einer Abnahme. Auf diese Weise kann er auch etwaige Änderungs-kosten ohne großen Argumentationsauf-wand umgehend den Maschinenlieferan-ten zuordnen.
Die Codes und die richtigen Standards
anwenden
Der National Electrical Code (NEC) der USA bzw. der Canadian Electrical Code (CEC) für Kanada sind quasi Gesetze. Sie bilden die rechtliche und fachliche Basis des Handelns beim Erstellen und beim Betrieb, unter anderem, der elek-trischen Ausrüstung einer Maschine oder Anlage. Die USA und Kanada besitzen eigenständige Normenwesen. Die Codes und Standards der USA und Kanadas sind stark harmonisiert, aber nicht identisch. Im Aufsatz werden hauptsächlich die Standards der USA erwähnt, weil ihre Bezeichnungen kürzer und einprägsamer sind. Bei den Standards ist zwischen Produktstan-dards, die sich hauptsächlich an die Komponenten-Hersteller wenden (z. B. UL 489/CSA C22.2 No. 5-09, UL 508/CSA C22.2 No. 14-05, UL 1077/CSA C22.2 No. 235-04 (R2009), usw.) und Errichtungsstandards zu unterscheiden (UL 508A, NFPA 79), die sich hauptsäch-lich an die Verarbeiter und Errichter, z. B. an Masc hinen- oder Schaltanlagenbauer richten. Die Komponenten-Hersteller müssen die Errichtungsstandards eben-falls kennen, weil sie z. T. optionales Zubehör anbieten müssen, damit die Maschinenbauer die Errichtungsstan-dards erfüllen können und damit sie ihre Kunden sachkundig beraten können.
Die Errichtungsstandards, speziell für die hier betrachteten Maschinen und Anlagen, sind in den USA die Standards UL 508A und NFPA 79. In Kanada gibt es keine gleichwertigen Errichtungs-standards. Hier sind die Forderungen in anderen Standards integriert. Es wird empfohlen, auch für Kanada die UL 508A und die NFPA 79 als Mindestanforderun-gen anzuwenden. Die Definition, was eine Maschine ist, ist in Nordamerika nicht ganz gleich mit der Definition z. B. nach der EU-Maschinenrichtlinie. Z. B. ist ein Kompressor nach der Maschinen-richtlinie eine Maschine, in N ordamerika ist er es nicht. Man sollte also zunächst klären, ob es sich bei einer Schaltanlage um eine Maschinenausrüstung (Industrial Control Panel for Machinery) handelt, oder ob andere Standards anzuwen-den sind. An die Maschinenausrüstung werden in Nordamerika die höchsten Anforderungen nach UL 508A Part 2 und nach der NFPA 79 gestellt, sodass man mit der Anwendung der Anforderungen
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an Maschinensteuerungen auf der siche-ren Seite liegt. Beispielsweise ist für Windgeneratoren ein neuer Standard in Arbeit und z. Z. wenden die europäischen Hersteller sowohl in Europa, als auch in Nordamerika die Standards für Maschi-nen an. Beispiele für Maschinen, die Industrial Control Panels for Machinery benötigten, findet man in der UL 508A, unter den Paragrafen 1.2 und 65.1, sowie in der NFPA 79 im Annex C. Maschinen-steuerungen nach UL 508A, Part 2, müs-sen zusätzlich auch die Anforderungen nach UL 508A, Part 1, erfüllen.
In den Punkten 1 und 2 der Tabelle 1 geht es hauptsächlich um die Produkt-standards für die zu verarbeitenden Komponenten. Viele Verarbeiter sind der Meinung, dass jedes Produkt, das mit einem nordamerikanischen Appro-bationszeichen versehen ist, auch in der Maschinenausrüstung verarbeitet werden darf. Diese Annahme ist falsch. Ein Netzteil, das nach einem IT-Standard approbiert wurde, gehört in der Regel
nicht in eine Maschinensteuerung. Es gibt auch Komponenten, die nach meh-reren Standards approbiert wurden [3]. Angaben zu den richtigen Standards
für Komponenten für die Maschinen-
steuerungen findet man, nach Kate-
gorien sortiert, in der umfangreichen
Tabelle SA 1.1 des Standards UL
508A. Dem Standardisierungskomitee für den Errichtungsstandard UL 508A ist bewusst, dass weitere (z. B. in Europa bedeutende) Produktarten in die Tabelle SA 1.1 aufgenommen werden müssen. In Nordamerika werden grundsätzlich keine Konformitätserklärungen eines Herstellers akzeptiert, sondern es wird immer eine Third Party Zertifizierung durch ein NRTL verlangt. Die Approba-tion ist mit einer Kennzeichnungspflicht für den approbierten Gegenstand ver-bunden. Ein praktisches Problem besteht darin, dass es vor allem kleine Kompo-nentenhersteller gibt, die die nordame-rikanischen Approbationsprozesse nicht kennen oder denen die Abwicklung von Approbationen zu teuer ist. Solche Fir-
men behaupten dann schon mal, dass es beim Einsatz ihrer nicht approbierten Komponenten in Nordamerika keine Probleme gibt. Wollen Sie sich auf eine derartige Auskunft verlassen? Notfalls muss man Komponenten in Nordamerika einkaufen. In dem Standard UL 508A, Tabelle SA 1.1, werden die für die unter-schiedlichen Produktgruppen zu beach-tenden Produktstandards und deren Category Control Numbers angegeben. Über die CCN’s findet man bei UL (http://database.ul.com/cgi-bin/XYV/template/LISEXT/1FRAME/index.html) Lieferanten mit approbierten Produkten.
Die häufigsten und
schwerwiegendsten Fehler
Ein Grundsatzfehler ist es, wenn man die elektrische Ausrüstung einer Maschine oder Anlage nicht nach den Standards UL 508A und NFPA 79 ausführt. Hier soll noch einmal betont werden, dass der Projekteur diese Standards vorliegen haben und danach seine Entscheidungen
a
Bild 2: Beispiel für die Kennzeichnung für den nordamerikanischen Markt approbierter Artikel im Online Katalog. Im Feld a findet man
die wichtigsten Approbationsinformationen zu den Produkten, die auf der jeweiligen Auswahlseite dargestellt werden. Direkt bei der
Auswahl der Produkte verfügt man über die notwendigen Informationen, die man bei Bedarf in die eigenen Dokumentationen und
Stammdaten übernehmen kann.
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treffen muss. Hier findet er z. B. Dimensi-onierungsgrundsätze.
• Nicht approbierte Produkte
Auf keinen Fall werden lediglich nach IEC-Richtlinien qualifizierte Produkte (also ohne Approbation) und deren Dimensionierungen nach IEC-Richtli-nien in Nordamerika in Hauptstrom-kreisen akzeptiert. In Hilfsstromkreisen können gelegentlich als Ausnahme in LVLE-Stromkreisen (Low-voltage limi-ted-energy, Kleinspannungsstromkreise mit begrenzter Energie) Geräte ohne Approbation eingesetzt werden. UL Deutschland und ETL Intertek Deutsch-land sprechen in diesen Fällen von einer „100 Watt Regel“, die sich auf eine eingesetzte Kleinspannung von 24 V (offene Klemmenspannung < 30 V) und auf maximale Ströme bis 4 A bezieht. Es sind hierbei Zusatzbedingungen nach dem Appendix B des Standards UL 508A zu beachten (z. B. als Class 2-Stromkreise ausführen). Geräte in Hauptstromkreisen, ganz speziell alle Schutzgeräte, müssen immer von einem NRTL approbiert sein und sie müssen entsprechend des NEC/CEC und des Produktstandards eingesetzt werden (Tabelle 1, Punkte 2 und 3).
• Manipulation, erneute
Anlagenapprobation
An dieser Stelle soll auch darauf hin-gewiesen werden, dass approbierte Produkte grundsätzlich nicht verändert oder manipuliert werden dürfen, da sonst die Approbation erlischt. Das ist z. B. bereits der Fall, wenn man an approbierten Geräten den Netzstecker abschneidet, um die Adern auf Klem-men zu legen (Tabelle 1, Punkt 3, -Manipulation-). Man muss nach industrie- und schaltschranktauglichen Produkten suchen. (Es scheint z. Z. Ins-pektoren zu geben, die das Abschnei-den des Steckers toleranter betrachten und es akzeptieren). Unter den Punkt -Veränderung, Manipulation- würde auch der nicht identische Austausch von Komponenten innerhalb geprüfter und approbierter High Fault Kombinati-onen fallen (anderer Typ, anderes Fab-rikat). Auch Änderungen an und Erwei-terungen von approbierten Schaltan-lagen können eine neue Approbation erforderlich machen (Tabelle 1,
Punkt 7, -erneute Anlagenapproba-tion-).
• Stromversorgungsgeräte
Die schwerwiegenden Fehler durch die Anwendung falscher Standards
finden z. B. bei Transformatoren und Power-Supplies statt. Dabei werden die Forderungen nach Class 2 Geräten mit galvanischer Trennung und nach der Separierung der Stromkreise oft nicht beachtet. Bei Trafos und Power Supplies sollte man unbedingt auf den richtigen Standard achten und Listed Components statt Recognized Com-ponents einsetzen (Tabelle 2, Punkt
7). Hinter den Power Supplies werden oft Leitungsschutzschalter (Supple-mentary Protectors) zur Aufteilung in einzelne Stromkreise eingebaut. Es ist nicht bei allen Power Supplies gewähr-leistet, dass im Kurzschlussfall ein Strom fließen kann, der ausreicht das Schutzorgan auszulösen. Das bedeutet neben dem fragwürdigen Schutz, dass man auch keine Fehlermeldung über einen Hilfsschalter des Schutzschalters erhält. Das erschwert die Fehlersuche oder Ferndiagnose.
• Einsatzbezogene Fehler
• Leitungsschutzschalter
(Supplementary Protectors)
Ein weiterer schwerer Fehler ist der Einsatz von nicht geeigneten Über-stromschutzgeräten in Hauptstrom-
kreisen als Branch Circuit Protective Devices (BCPDs) (Abgangsschutz-schalter). BCPDs werden später beschrieben. Die internationalen Leitungschutzschalter, nach IEC/EN 60898, erfüllen in Nordamerika lediglich die Anforderungen an Sup-plementary Protectors nach UL 1077/CSA C22.2 No. 235-04 (R2009). Diese Geräte dürfen in Nordamerika in Hauptstromkreisen ausschließlich dem zusätzlichen oder ergänzenden Schutz dienen (Tabelle 2, Punkt 4). Diese Geräte können lediglich als Recognized Components approbiert werden, die generell den Ruf besit-zen, besonders häufig falsch einge-setzt zu werden. Dieses Problem kennt wohl jeder NRTL-Inspektor und AHJ. Die Leitungsschutzschalter werden in der IEC-Welt häufig im Sinne der nordamerikanischen Branch Circuit Protective Devices eingesetzt. Das führt wahrscheinlich zu diesem häufig vorkommenden Fehler beim Export. Der Einsatz könnte dort rich-tig erfolgen, wo kein Schutz durch ein BCPD verlangt wird, z. B. zur Auftei-lung von Steuerstromkreisen hinter einem Steuertransformator oder hinter einem BCPD. Leitungen, die zu Kleinspannungslasten führen und die
Bild 3: Rechts sieht man den IEC-Leitungsschutzschalter FAZ…, der in der IEC-Welt häu-
fig als Abgangsschutzschalter eingesetzt wird. In Nordamerika konnte er lediglich nach
UL 1077/CSA C22.2 No. 235-04 (R2009) als Supplementary Protector approbiert werden
und er kann lediglich einen zusätzlichen, ergänzenden Schutz übernehmen. Bei dem lin-
ken Gerät (FAZ..-..-NA) wurden an den Ein- und Ausgangsklemmen die Luft- und Kriech-
strecken vergrößert. Diese Geräte wurden als Leistungsschalter nach UL 489/CSA C22.2
No. 5-09 geprüft und approbiert. Diese Schalter dürfen, wie alle Leistungsschalter, als
Branch Circuit Protective Devices für alle Lastarten eingesetzt werden.
MCCB für
Feeder- und Branch Circuit Protection
USA: UL 489
Kanada: CSA C22.2 No. 5-09
Große Luft- und KriechstreckenLISTED Component
MCB für
Supplementary Protection
USA: UL 1077
Kanada: CSA C22.2 No. 235
Kleine Luft- und KriechstreckenRecognized Component
IEC / EN 60 898
Achtung!Eine falsche Auswahl gehört zu den 10 häufigsten Fehlern, die bei Abnahmen in den USA auffallen.
MCB = Miniature Circuit Breaker
MCCB = (Miniature) Molded Case Circuit Breaker
Hauptverteiler
Einspeiseseite
Branch CircuitProtective Device
Branch Circuitskleine Luft- und Kriechstrecken
Feeder Circuitsgroße Luft- und Kriechstrecken
Lastseite
EinspeiseschalterSammelschienensystem
Maschinensteuerung
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9
den Schaltschrank verlassen, müssen auch mit BCPD’s geschützt werden. Es ist zu beachten, dass Supplemen-tary Protectors die DC-Stromkreise schalten und schützen sollen. Unab-hängig von der Spannungshöhe und sowohl in Power Circuits muss als auch in Control Circuits, auf dem Leis-tungsschild ein DC-Schaltvermögen ausgewiesen werden. Es gibt inzwi-schen eine Weiterentwicklung dieser Schutzschalter mit vergrößerten Luft- und Kriechstrecken. Diese FAZ..-..-NA von Eaton sind dadurch und durch zusätzliche Prüfungen zu Leistungs-schaltern (Listed Molded Case Circuit Breakers) nach UL 489/CSA C22.2- No. 5-09 ertüchtigt worden (Bild 3). Zu diesen Leistungsschaltern werden approbierte Verschienungssysteme/Drehstromschienenblöcke angeboten.
• Motorschutzschalter (Manual
Motor Controllers)
Entsprechend Tabelle 2, Punkt 5, sind auch die IEC-Motorschutzschal-ter in Nordamerika, lediglich Manual Motor Controllers/Manual Motor Protectors/Motor Protective Switches nach UL 508, also ebenfalls keine Branch Circuit Protective Devices. Wie später erläutert wird, können
sie, auch mit Zusatzklemmen an der Eingangsseite und mit abschließba-rem Griff (UL 508 Type E, Manual Self-Protected Combination Motor Starters), in Nordamerika ausschließ-lich Motoren schützen. Neuerdings können u. U. auch Frequenzumrichter geschützt werden. Es ist ein weite-rer, typischer und sehr häufig vor-kommender Fehler, mit Motorschutz-schaltern auch andere Lastarten schalten und schützen zu wollen. Der Motorschutzschalter PKZM4 konnte inzwischen durch die Vergrößerung der ein- und ausgangsseitigen Luft- und Kriechstrecken und zusätzliche Prüfungen zu einem zusätzlichen Leistungsschalter PKZM4-..-CB, nach UL 489/CSA C22.2- No. 5-09, weiter-entwickelt werden. Er ist als BCPD im Rahmen seiner Leistungsdaten sehr universell einsetzbar (Bild 4). Diese Leistungsschalter-Variante schaltet und schützt alle Lastarten bis zu einem hohen Short Circuit Current Rating (SCCR).
• Schutzarten IP…, nach IEC/EN
Ein besonders schwerwiegender Fehler wäre die Anwendung von nicht-amerikanischen Standards. So sind z. B. die internationalen IP..-Angaben
nach IEC/EN 60 529 für Schutzarten für den Berührungs- und Fremdkör-perschutz, sowie den Wasserschutz, in Nordamerika ohne jede Bedeutung (Tabelle 2, Punkt 6). Man sollte aus-schließlich approbierte UL/CSA Types …, z. B. UL/CSA Type 4X (früher NEMA 4X), anwenden (Tabelle 3). Der Unter-schied zwischen den NEMA-Schutz-arten12 und den UL/CSA-Schutzarten liegt darin, dass die letzteren geprüft und vor allem durch NRTLs approbiert sind, während die NEMA-Schutzarten lediglich nicht zertifizierte Herstelleran-gaben darstellen.
• Verdrahtungsmaterial
Zur Anwendung falscher Standards gehört auch der Einsatz von, für die jeweilige Applikation, ungeeignetem Verdrahtungsmaterial (Tabelle 1,
Punkt 3, -Verdrahtungs- und Installa-tionsrichtlinien-). Mit dem Standard NFPA 79, in der Ausgabe von 2007, wurde z. T. der Einsatz von AWM-Leitungen (Recognized Appliance Wiring Material) nach UL 758, ein-
12 NEMA = National Electrical Manufacturers Asso-ciation = http://www.nema.org/
Einsatz meistens nur mit ZusatzklemmeBK50/3-PKZ4-E möglich
UL 508
PKZM4
nur 55 mm breit
Leistungsschalter
Circuit Breaker
nach UL 489
PKZM4-..-CB
ganz neu!
Nennströme:
16, 25, 32 A
SCCR:
65 kA / 480Y/277 V
22 kA / 600Y/347 V
kein Leistungsschalter nach IEC,kein Weltmarktgerät
Große Luft- und
Kriechstrecken
PKZM4-..-CB
Große Luft- und
Kriechstreckenplus Leistungsschalterprüfungen
Bild 4: Der Motorschutzschalter (Manual Motor Controller) PKZM4, nach UL 508/CSA C22.2 No. 14-05, wurde durch die Vergrößerung
der ein- und ausgangsseitigen Luft- und Kriechstrecken und durch Leistungsschalter-Prüfungen zum Leistungsschalter PKZM4-..-CB,
nach UL 489/CSA C22.2 No. 5-09, ertüchtigt. Der Leistungsschalter PKZM4-..-CB ist als Branch Circuit Protective Device einsetzbar, der
Motorschutzschalter nicht.
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geschränkt. Ersatzweise sollen jetzt MTW-Leitungen (Listed Machine Tool Wire), nach UL 1063, eingesetzt werden. Die derzeitige Situation ist sehr unübersichtlich. Verschiedene Leitungshersteller weisen darauf hin, dass nicht alle AWM-Leitungen aus technologischen Gründen durch MTW-Leitungen ersetzt werden kön-nen. Es gibt Hinweise dafür, dass die Einschränkungen in der NFPA 79 u. U. rückgängig gemacht oder verändert werden. Informieren Sie sich bei Ihrem Lieferanten für Kabel und Leitungen über den aktuellen Stand. Beachten Sie auch Besonderheiten für die Verar-beitung, wie Ölbeständigkeit, Schlepp-kabeltauglichkeit, Zulassung für Cable Trays und Exposed Run. Sie müssen für die Klärung der Eignung dem Lei-tungshersteller deutlich beschreiben, für welchen Zweck Sie die Leitung einsetzen wollen, um eine richtige Ant-wort bekommen zu können. Klären Sie
für welche Umgebungstemperaturen die Leitungen und Kabel approbiert sind. Zum Teil erfolgte die Zulassung nur für eine Umgebungstemperatur von 30 °C. Nach UL-Standards zertifi-zierte Industrial Control Komponenten und Anlagen sind im Normalfall bis 40 °C einsetzbar. Es sind, ähnlich wie nach IEC, möglicherweise verschie-dene Reduktionsfaktoren für die Fest-legung der Belastbarkeit der Leitungen zu berücksichtigen. Man sollte die Belastbarkeit der Kabel und Leitungen nicht voll ausschöpfen, um nicht später Überraschungen und Diskussionen über die Erwärmung im Schaltschrank und an der Maschine zu erleben bzw. zu provozieren. Lassen Sie sich auch zu diesen Fragen von Ihren Leitungslie-feranten beraten. Die deutschen Ver-tretungen der NRTL’s empfehlen auch, die Verkabelung nach Möglichkeit aus-schließlich an den Maschinen zu befes-tigen, einschließlich der Kabelwannen
zwischen mehreren Einzelmaschinen. Man sollte es unbedingt vermeiden, die Installation an Gebäudeteilen zu befestigen, weil sonst viele zusätzliche Kapitel des NEC’s oder des CEC’s zu berücksichtigen sind. So kann man u. U. erreichen, dass nur die Zuleitung zum Schaltschrank der Maschine in Conduits verlegt wird. Wer sich wirk-lich mit nordamerikanischer Installa-tionstechnik beschäftigen will, sollte sich vorher das Handbuch zum NEC 2011 genau ansehen [4]. Man wird erkennen, dass man dafür einen ame-rikanischen Partner haben sollte, weil sich hier die Markt- und Gebrauchs-gewohnheiten, sowie das einsetzbare Material, besonders stark von den IEC-Lösungen unterscheiden.
• Verdrahtung/Verkabelung
Sowohl die approbierten Installations-kanäle außerhalb der Schaltschränke,
Nordamerikanische Schutzart
Einsatz
Grob vergleich-bare IP-Schutz-art **nach IEC/EN 60529, DIN 40050
Nordamerikanische Schutzart
Einsatz
Grob vergleich-bare IP-Schutz-art **nach IEC/EN 60529, DIN 40050
UL/CSA Type 1 allgemeine Verwendung Indoor use IP20
UL/CSA Type 4staubdicht, wasserdicht, regendicht
Indoor or Outdoor use * IP66
UL/CSA Type 2tropfdicht Indoor use IP22
UL/CSA Type 4 Xstaubdicht, wasserdicht, regensicher, wetter-sicher
Indoor or Out-door use *
IP66
UL/CSA Type 3staubdicht, regendicht, beständig gegen Hagel und Eis
Outdoor use IP55UL/CSA Type 5 tropfdicht, staubdicht Indoor use IP53
UL/CSA Type 3 Rregensicher, beständig gegen Hagel und Eis
Outdoor use IP24
UL/CSA Type 6regendicht, wasserdicht, eintauchbar, beständig gegen Hagel und Eis
Indoor or Out-door use * IP67
UL/CSA Type 3 Sstaubdicht, regendicht, sicher gegen Hagel und Eis
Outdoor use IP55
UL/CSA Type 12Verwendung in der Industrie, tropfdicht, staubdicht
Indoor use IP54
UL/CSA Type 3 X,3 RX, 3 SXgleich wie 3, 3R, 3S, aber korrosionsbeständig
Outdoor use IP55UL/CSA Type 13staubdicht, öldicht, tropfdicht
Indoor use IP54
allgemeine Verwendung: tropfdicht: staubdicht:regendicht: regensicher: wettersicher:
general purposedrip-tightdust-tightrain-tightrain-proofweather-proof
wasserdicht: eintauchbar: eisbeständig: hagelbeständig: korrosionsbeständig: öldicht:
water-tight submersibleice resistantsleet resistantcorrosion resistantoil-tight
* Markings und Herstellerangaben beachten! ** IP Schutzarten können nordamerikanische Schutzarten nicht ersetzen!
Tabelle 3: Die Angabe der IP-Schutzarten stellt einen groben Vergleich dar. Ein genauer Vergleich ist nicht möglich, da die Schutzart-
prüfungen und die Beurteilungskriterien unterschiedlich sind. Die UL/CSA Types waren früher als NEMA Types bekannt. UL/CSA Types
unterscheiden sich von NEMA-Types dadurch, dass sie geprüfte und approbierte, nordamerikanische Schutzarten sind (mit Third Party
Zulassung). Die nordamerikanischen Schutzarten entsprechen dem NEC (NFPA70), CEC, UL 50, UL 50E, CSA-C22.2 No. 94-M91 (2006),
NEMA 250 -2008.
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wie auch die approbierten Kabelkanäle innerhalb der Schaltschränke dürfen nur zu 50 % ihres Querschnitts mit Kabeln, Leitungen oder Drähten belegt werden. Zu diesem Punkt gibt es viele Beanstandungen, deren Änderung auch hart durchgesetzt wird. Wenn die Kabelkanäle zu klein sind, ist das ein Fehler der sich nachträglich meistens nur sehr schwer beheben lässt, weil man dafür mehr Platz im Schaltschrank benötigt. Man sollte bei der Planung unbedingt berücksichtigen, dass die amerikanischen AWG-Drähte13 vom Kupferquerschnitt und auch von der Isolierung her dicker sind, als IEC-Drähte. Die Packungsdichte der Komponenten und der Verdrahtung im Schaltschrank ist in vielen Fällen zu hoch. In nordamerikanischen Schalt-schränken ist es üblich, viel Platz für die Verdrahtung und die meistens grö-ßeren nordamerikanischen Schalt- und Schutzgeräte zu haben. Diese amerika-nischen Platzverhältnisse sind für die Authority Having Jurisdiction zunächst einmal der Normalfall, an dem der Ist-Zustand gespiegelt wird. Ein weiterer Fehler bei der Verdrahtung und Verka-belung ist die häufig fehlende Separie-rung von Leitungen, die z. B. Spannung vor dem Hauptschalter abgreifen, die zu Class-2-Stromkreisen gehören oder die als elektrische Verriegelung aus anderen Schaltanlagen kommen und die vom Hauptschalter nicht abgeschal-tet werden. Alle Leitungen in einem Kabelkanal müssen für die maximal im Kanal vorkommende Spannung isoliert sein. Oft wird die Isolationsspannung von Buskabeln nicht beachtet, die häu-fig nur für 150 V isoliert sind. Es müs-sen immer approbierte Leitungen mit den nordamerikanischen Verdrahtungs-farben verwendet werden. Die Ver-wendung von Leitungen mit falschen Isolationsfarben wird als häufiger und schwerwiegender Fehler eingestuft. Die von den IEC-Regeln abweichenden Verdrahtungsfarben sind ein großes Hindernis auf dem Weg zur Weltmarkt-maschine. Für Industrial Control Panels for Machinery ist eine, in der Art der Ausführung nicht definierte, Aderend-kennzeichnung nach der NFPA 79 vor-geschrieben. Gegen diese Forderung wird häufig verstoßen. Dieser Fehler wird normalerweise beanstandet und ist dann nachzubessern. Das kann bei einer fertigen Anlage sehr mühsam und kostenintensiv werden.
13 AWG = American Wire Gauge
Feeder und Branch Circuits
Für das Verständnis der Fehler ent-sprechend Punkt 2 der Tabelle 2
müssen zunächst die in der IEC-Welt unüblichen Begriffe „Branch Circuits“ (Last-Abgangsstromkreise) und „Feeder Circuits“ (Einspeisestromkreise und Energieverteilungsstromkreise) erläu-tert werden. Normalerweise sollte man
diese Begriffe nicht übersetzen, weil es in anderen Sprachen keine gleich-wertigen Begriffe und vor allem nicht die damit verbundenen Anforderungen an zulässigen Schalt- und Schutzgeräte und weitere Komponenten gibt. Außer-dem erleichtern die Originalbegriffe die Kommunikation mit Nordamerikanern. Das Bild 5 zeigt die Anwendung dieser Begriffe. Die Schwierigkeit liegt häufig in
Bild 5: Erläuterung der Begriffe Feeder Circuits und Branch Circuits mit großen oder
normalen Luft- und Kriechstrecken. Die Nichtbeachtung dieser Aufteilung führt häufig
zu Fehlern, die schwer zu beheben sind.
f x mm
Beispiel:
Kriechstrecken
spacing over surface, creepage distance
Luftstrecken
spacing through air, clearance, air gap
leitende Teile
live parts
Bild 6: Spannungsabhängig dimensionierte Luft- und Kriechstrecken verhindern Span-
nungsüberschläge über die Oberfläche des Isolationsmaterials oder durch das Medium
Luft. Für Nordamerika sind die Abstände größer zu dimensionieren, als nach den IEC
Richtlinien.
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der Bestimmung der Grenze zwischen diesen Arten der Hauptstromkreise. Die Grenze wird durch die später beschrie-benen Branch Circuit Protective Devices (BCPD’s) (Abgangsschutzschalter) gebil-det. Die Tabelle 4 zeigt die Definitionen für die Stromkreise analog zum NEC.
In den Feeder Circuits dürfen lediglich Geräte mit großen Luft- und Kriechstre-cken an den Hauptstromanschlüssen, nach Tabelle 5, eingesetzt werden. Die großen Luft- und Kriechstrecken müssen auch zwischen Hauptstromklemmen einerseits und den Hilfsstrom- oder Steuerstromklemmen andererseits vorhanden sein , sowie zu geerdeten Teilen. In Branch Circuits dürfen Geräte mit „normalen“, IEC-ähnlichen Luft- und Kriechstrecken, nach Tabelle 6, eingesetzt werden. Zusätzlich dürfen in Branch Circuits natürlich auch Geräte mit großen Luft- und Kriechstrecken verwen-det werden. Das Bild 6 zeigt, was unter Luft- und Kriechstrecken zu verstehen ist und wie die Maße aus den Tabellen 5 und 6 anzuwenden sind. Die angegebe-nen Maße sind mindestens einzuhalten. Für die Einhaltung sind überwiegend die Komponentenhersteller verant-wortlich. Der Verarbeiter kann dafür verantwortlich sein, dass die notwendi-gen Abstände zwischen benachbarten Komponenten und zu geerdeten Bau-teilen eingehalten werden. Es tritt auch durchaus häufig der Fehler auf, dass die Ausblasräume von Leistungsschaltern nicht beachtet werden. Das sind wieder nachträglich sehr schwer zu behebende Fehler. Dieses Problem hat nicht unbe-dingt etwas mit Luft- und Kriechstrecken zu tun, aber es geht auch hier um span-nungsabhängige Abstände. Die Herstel-lerangaben zu der Dimensionierung der Ausblasräume sind unbedingt einzuhal-ten und optional angebotene Hilfsmittel und Hauben sind besonders für den Ein-satz in Nordamerika einzusetzen. Nach IEC-Richtlinien dienen diese Teile meis-tens dem Berührungsschutz. In Nord-amerika sind sie für die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken zwischen den Phasen und zur Montageplatte unbe-dingt notwendig, besonders wenn z. B. Kabelschuhe eingesetzt werden. Es gibt für diese zusätzlichen Teile Montagean-leitungen, die man mit der Maschinendo-kumentation an den Betreiber weiterrei-chen soll. Es gehört zur Produzentenhaf-tung, die notwendigen Informationen zur Verfügung zu stellen. Die vorgeschrie-benen Spannungsabstände können in Nordamerika nicht durch Nachweise der Spannungsfestigkeit durch Impuls-spannungsprüfungen, wie nach IEC/EN erlaubt, ersetzt werden. Um die not-wendigen Luft- und Kriechstrecken zu
erreichen, wirken die Geräteoberflächen der Schalt- und Schutzgeräte häufig zer-klüftet, da Nuten und Stege erforderlich sind, um die notwendigen Spannungsab-stände zu realisieren. Bei Leistungs- und Lasttrennschaltern von Eaton kann die Einspeiserichtung beliebig gewählt wer-den. Diesem Umstand schenken AHJ’s Beachtung, weil Schalter, die ausschließ-lich von oben eingespeist werden dürfen, an den Einspeiseklemmen mit dem Wort „Line“ gekennzeichnet sein müssen.
Die Grenze zwischen den Branch Circuits und den Feeder Circuits wird ermittelt, indem man sich vorstellt, am jeweiligen Betriebsmittel, also an der Last zu stehen und in die Richtung zu blicken, aus der die Energie kommt (Bild 5). Das letzte (erste) Schutzorgan, welches den ganzen
Lastabgang (Leitungen, Schaltgeräte, Last) schützt, ist das Branch Circuit Pro-tective Device, das die entsprechenden Anforderungen an solche Geräte erfüllen muss. Zwischen dem BCPD und der Last können weitere Schutzgeräte ein-gebaut sein. So kann z. B. das BCPD das Vorschaltschutzorgan für eine Gruppe Manual Motor Controllers/Manual Motor Protectors (Motorschutzschalter) sein (Bild 7). Dann sitzen die Motorschutz-schalter (in diesem Fall ohne Zusatz-klemmen), als zusätzliche Schutzgeräte (Überstrom), zwischen der Last (Motor) und dem BCPD. Manche Projekteure markieren die Grenze zwischen Feeder und Branch Circuits mit Strichlinien in ihren Schaltplänen, um ihre Festlegung später leichter nachvollziehen zu können und für Diskussionen mit Inspektoren
Definitionen nach dem NEC
Feeder Circuits
Leitungen und Geräte des Stromkreises zwischen verschiedenen Arten der Energieversorgung und der Einspeiseseite von Branch Circuit Overcurrent Protective Devices (BCOPDs).
Branch Circuits
Leitungen und Komponenten hinter dem letzten Überstromschutzorgan, welches eine Last schützt.
Tabelle 4: Nicht ganz wörtlich übersetzte Definitionen der Begriffe Feeder Circuits und
Branch Circuits. Der Begriff „Überstrom“ umfasst in Nordamerika Überlastströme, Kurz-
schlussströme und Erdschlussströme. Es gibt in den Definitionen keine Einschränkungen
bezüglich der Spannungshöhe. Daher gelten die Definitionen auch für Kleinspannungs-
stromkreise.
Luft- und Kriechstrecken im Einspeisebereich (Feeder Circuit)
≤ 125 V 126 – 250 V 251 – 600 V
Luftstrecke 12,7 mm 19,1 mm 25,4 mm
Kriechstrecke 19,1 mm 31,8 mm 50,8 mm
zwischen stromführenden Leitern und dem Gehäuse
12,7 mm 12,7 mm 25,4 mm ➡
Tabelle 5: Minimale Luft- und Kriechstrecken in Feeder Circuits, z. B. für die typischen,
nordamerikanischen Spannungen 480 und 600 V, sowie die Slash Voltages 480Y/277 V
oder 600Y/347 V.
Luft- und Kriechstrecken in Abgangsbereichen (Branch Circuit)
≤ 125 V 126 – 250 V 251 – 600 V
Luftstrecke 3,2 mm 6,41 mm 9,5 mm
Kriechstrecke 6,4 mm 9,5 mm 12,7 mm
zwischen stromführenden Leitern und dem Gehäuse
12,7 mm 12,7 mm 12,7 mm ➡
Tabelle 6: Minimale Luft- und Kriechstrecken in Branch Circuits, z. B. für die typischen,
nordamerikanischen Spannungen 480 und 600 V, sowie die Slash Voltages 480Y/277 V
oder 600Y/347 V.
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UL 508 Type F Combination Motor Starter
Trennfunktion,
Kurzschlussschutz,
betriebsmäßiges
Schalten und
Überlastschutz in
einer Kombination
= reduzierter Koordinations -aufwand
Bei UL 508 Typen F Motorstartern
ist bis zu deren Schaltvermö-
gen kein Vorschaltschutzorgan
erforderlich
Gruppenschutz / Group Protection / Group Installation
oder Kunden. Zu diesen Grenzen und zu den BCPD’s werden besonders viele Fragen an den Autor gestellt. Hier gibt es ein großes Fehlerpotenzial.
Bei kaskadenförmig aufgebauten Strom-kreisen möchte man häufig ohnehin notwendige Schutzgeräte aus einer höheren Netzebene als BCPD, z. B. für den Gruppenschutz von Motorschutz-schaltern (Manual Motor Controllers/Manual Motor Protectors) berücksichti-gen, z. B. den Hauptschalter. Dann muss darauf geachtet werden, dass die dem Schalter folgenden, reduzierten (tatsäch-lich notwendigen) Querschnitte richtig geschützt werden. Kritisch ist auch die Koordination des Schutzes der Quer-schnitte beim Gruppenschutz nach der 3:1 oder 10:1-Regel. Die Notwendigkeit der Koordination des Leitungsschutzes bei „Group Installations“ lässt sich durch den Einsatz moderner UL 508 Type E, Manual Self-Protected Combination Motor Controllers, oder UL 508 Type F,
BCPD
1 Branch Circuit
Feeder Circuit
1 Branch Circuit
Feeder Circuit
BCPD
Eine Gruppe besitzt nur 1 BCPD
Bild 7: Branch Circuit Protective Devices werden im obigen Bild als Vorschaltschutz-
organe für je eine Gruppe Motorstarter, bestehend aus Manual Motor Protectors, z. B.
PKE-… oder PKZM0-.., und Schützen DILM eingesetzt. Rechts im Bild sitzt das BCPD mit
den Startern auf einem Sammelschienensystem. Die Motorschutzschalter benötigen die
Vorschaltschutzorgane, weil ihre Trennfunktion und die Kurzschlussschutzfunktion in
Nordamerika nicht anerkannt werden [4]. Bei dieser Lösung spielt die Netzform keine
Rolle. Gelber Hintergrund = Feeder-Bereich, grüner Hintergrund = Branch Circuit Bereich.
Bild 8: Einfacher Schaltgeräteaufbau und geringerer Koordinationsaufwand durch die Verwendung von UL 508 Type F Combination
Motor Starters. Die Reduzierung von Leitungsquerschnitten wird häufig entfallen. Der Kurzschluss- und der Überlastschutz werden
vom gleichen Schutzorgan übernommen. Der Koordinationsaufwand ist geringer. Type F Starter dürfen ausschließlich in starr geerdeten
Sternnetzen eingesetzt werden.
M M M
(BCPD)
PKZM
das Vorschaltschutzorgan
übernimmt Trennfunktion
und Kurzschlussschutz für
die nachfolgenden Geräte
und Leitungen.
= BCPD für die Gruppe
= Leistungsschalter oder
Schmelzsicherungnur 1 Branch Circuit, weil
nur 1 BCPD vorhanden ist
Der PKZM wird bei einem Kurzschluss mit auslösen!
Unterschiedliche Leitungsquerschnitte!Anlaufspitzenströme!
Koordinierungsbedarf!
der PKZM0 übernimmt den Überlastschutz für
Motor und Leitung
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Combination Motor Controllers, umge-hen (Bild 8) [5]. Bei diesen Startern ist bis zu ihrem jeweiligen, spannungsab-hängigen Schaltvermögen = SCCR kein Vorschaltschutzorgan erforderlich. Man muss aber beachten, dass UL 508 Type E und Type F-Starter lediglich Motoren und jeweils nur einen einzigen Motor schalten und schützen dürfen. Typische Fehler sind hier, dass man Transforma-toren oder sonstige nicht-motorische Lastarten mit diesen Startern schalten und schützen will, wie es in der IEC-Welt
möglich ist. Einfache amerikanische Erklärung: Motorschutzschalter heißen Motorschutzschalter, weil sie Motoren schalten und schützen.
Noch sehr neu ist eine Änderung im Produktstandard für Frequenzumrichter, UL 508C, die nun auch UL 508 Type E-Starter als Kurzschlussschutzorgane für Frequenzumrichter-Stromkreise zulässt. Diese Zulassung gilt unter der Voraussetzung, dass der Hersteller des Frequenzumrichters diesen mit einem
UL 508 Type E Starter geprüft und appro-biert hat (Tabelle 2, Punkt 10). Bedin-gung ist außerdem, dass die Hersteller von Frequenzumrichtern das Fabrikat und den Typ des UL 508 Type E-Starters angeben, mit dem geprüft und approbiert wurde. Diese Einschränkung gilt auch für andere Arten von Schutzorganen, wie z. B. beim Export selten eingesetzte Leistungsschalter ohne Überlastauslö-ser oder Halbleiterschmelzsicherungen. Diese Angaben sind allerdings beim Ein-satz von Inverse Time Circuit Breakers
Eignung verschiedener Schutzorgane als Branch Circuit Protective Devices (BCPD)
für folgende Betriebsmittel/Lastenarten Art des BCPDs
Anlagen-schutz, andere Schalt-anlagen, Leitungs-schutz
Frequenz-umrichter
Motoren Transfor-matoren
Beleuch-tungen
Heizungen
x x (x)plus Schütz und Über-lastschutz
x x x Leistungsschalter(Circuit Breakers)nach UL 489, CSA C22.2 No. 5-09
x x xmeistens
plus Schütz
x x x Leistungsschalter für den Motor-schutz(Motor Protective Circuit Breakers)nach UL 489, CSA C22.2 No. 5-09mit Überstrom-Kalibrierungnach UL 508, CSA C22.2 No. 14-05
***) ***) ***) ***) ***) ***) Leitungsschutzschalter(Supplementary Protectors)nach UL 1077, CSA C22.2 No. 235-04 (R2009)
x x (x)plus Schütz und Über-lastschutz
x x x Schmelzsicherungen(Fuses)nach UL 248, CSA C22.2 No. 248
***) ***) ***) ***) ***) ***) Motorschutzschalter(Manual Motor Protectors)
– (x)*) xStarter =
BCPD
– – – MotorstarterUL 508 Type E Self-Protected Combi-nation Motor Starters
– – xStarter =
BCPD
– – – MotorstarterUL 508 Type FCombination Motor Starters
– – (x)**) – – – Motorschutzschalter(Manual Motor Protectors)mit Einzel-Vorschaltschutzorgan
– – (x)**) – – – Motorschutzschalter(Manual Motor Protectors)mit Gruppenschutz-Vorschaltschutz-organ
(x) Eingeschränkt einsetzbar*) Die Komponenten müssen zusammen geprüft und approbiert worden sein. Der FU-Hersteller muss Fabrikat und Typ von Type E angeben.**) Das Vorschaltschutzorgan (Leistungsschalter oder Sicherung) ist das BCPD, der Motorschutzschalter übernimmt den Überlastschutz***) Grundsätzlich nicht als BCPD zugelassen!
Tabelle 7: Leistungsschalter und Schmelzsicherungen können relativ universell als BCPDs eingesetzt werden. IEC-Motorschutzschalter können
nur mit Zusatzmaßnahmen und ausschließlich für jeweils 1 Motor als BCPD eingesetzt werden. Ein Type E Starter darf nicht mit einem beliebigen
Schütz kombiniert werden. Bei Sicherungen muss u.U. eine bestimmte Sicherungsart (Class) verwendet werden. Das Schaltvermögen der BCPDs
muss grundsätzlich für den jeweiligen Einsatz ausreichend hoch sein.
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(Leistungsschalter mit Kurzschluss- und Überlastauslösern) und Standard-Schmelzsicherungen, mit denen geprüft und approbiert wurde, nicht erforderlich, wenn die Prüfungen mit den im Stan-dard geforderten Kurzschlussströmen bestanden wurden. Andernfalls müssen die Drives mit tatsächlich bei den Prüfun-gen verwendenden Leistungsschaltern und/oder der Class und dem Strom der
Schmelzsicherungen markiert werden. Diese Kennzeichnungen sind nach NEC/CEC erforderlich.
Generell kann man sagen, dass z. Z. Industrial Control Devices nach UL 508/CSA C22.2 No. 14-05 (kleine Luft- und Kriechstrecken), wie z. B. Leistungs-schütze, nicht in Feeder Circuits einge-setzt werden dürfen (Tabelle 2, Punkt 2).
Das gilt z. B. auch für die Supplementary Protectors nach UL 1077/ CSA C22.2 No. 235-04 (R2009). Mittlerweile werden – getrieben von der Halbleiterindustrie – Schütze als Hauptschütze für Sicher-heitsschaltungen (Functional Safety) im Feeder akzeptiert, wenn die großen Luft- und Kriechstrecken zwischen den Hauptstrombahnen und der Montage-platte sowie benachbarten Einbauten eingehalten werden.
Branch Circuit Protective Devices
Der Einsatz und die Bedeutung der BCPD’s wurden bereits im vorhergehen-den Absatz erläutert. Branch Circuit Pro-tective Devices bieten Überstromschutz bei allen Stromstärken zwischen ihrem Nennstrom und ihrem Schaltvermögen, welches mit dem Short Circuit Current Rating (SCCR) des Gerätes gleichzu-setzen ist. Als Erklärung zur Tabelle 2, Punkt 2 muss man beachten, dass aus-schließlich gelistete Leistungsschalter (Inverse Time Circuit Breakers) nach UL 489 und Standardschmelzsicherungen approbiert nach UL 248 universell ein-setzbare BCPD’s für alle Lastarten „sein können“ (Bilder 9 und 10) (Tabelle 7). Es sind bei der Auswahl ausreichende Kurzschlussausschaltvermögen dieser Schutzorgane zu beachten. Die Ein-schränkung „sein können“ bezieht sich darauf, das bestimmte Betriebsmittel nur durch die BCPD’s geschützt werden dürfen, mit denen der Hersteller das Betriebsmittel, z. B. einen Frequenz-umrichter, geprüft und approbiert hat (Tabelle 2, Punkt 10). Beim Einsatz der UL 508 Type E Motorstarter, als
Bild 9: In Abhängigkeit von der Lastart sind die Branch Circuit Protective Devices Leis-
tungsschalter nach UL 489/CSA C22.2 No. 5-09, Schmelzsicherungen nach UL 248/CSA
C22.2 No. 248 und Combination Motor Starters UL 508 Type E einsetzbar. Leistungs-
schalter und Sicherungen sind universell einsetzbar, während bei den Motorstartern
Einschränkungen zu beachten sind. Diese Komponenten können auch nur jeweils einen
Motor oder einen Frequenzumrichter (Leitungsschutz) schützen.
Leistungsschalter für den universellen Einsatz als Branch Circuit Protective Devices für unterschiedliche Lastarten
Motorstarter UL 508 Type E und F für den Einsatz als Branch Circuit Protective Devices ausschließlich für jeweils einen einzelnen Motor
FAZ…-NA PKZM4…-CB NZM…-NA UL 508 Type E *) UL 508 Type F *)
fast universell einsetzbare BCPD’s eingeschränkt einsetzbare BCPD’s
Bild 10: Bei den Branch Circuit Protective Devices (Abgangsschutzschalter) ist zu unterscheiden, zwischen BCPD’s für den universellen
Einsatz und Geräten für spezielle Einsätze, wie z. B. ausschließlich für Motoren. Man muss zusätzlich beachten, dass die BCPD’s mit eini-
gen Betriebsmitteln zusammen geprüft und approbiert sein müssen, z. B. bei Frequenzumrichtern ist keine freizügige Auswahl möglich.
*) In Kanada wird die Zusatzklemme BK../3-PKZ..-E nicht benötigt. Die UL 508 Type E müssen in den USA und in Kanada mit abschließbaren Knebeln ausgestattet sein.
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Branch Circuit Protective Devices, sind Einschränkungen zu beachten, die in der Bildunterschrift erläutert werden (Tabelle 1, Punkt 3, -Einsatzeinschrän-kungen-) (Bild 10). Häufig vorkommende Fehler sind z. B., dass Type E-Starter für den Transformatorschutz oder für den Schutz von Heizungen eingesetzt werden (Tabelle 2, Punkt 11). Beide Betriebsmit-telarten dürfen z. Z. ausschließlich durch Leistungsschalter nach UL 489 oder durch Schmelzsicherungen nach UL 248 geschützt werden. Man muss bedenken, dass die Type E und Type F-Starter für den nordamerikanischen Markt noch recht neuartig sind. Diese Starterarten kommen heute noch überwiegend inner-halb von Importmaschinen zum Einsatz. Zunehmend werden sie auch von nord-amerikanischen Unternehmen, z. B. auch aus dem Maschinenbau, eingesetzt, die die Vorzüge von kompakten IEC-Geräten erkannt haben und die die Vorteile auch schnell nutzen wollen. Dadurch geraten die nordamerikanischen Standardisie-rungsgremien unter den Druck, sich stärker mit dem Einsatz von IEC-Geräten in Nordamerika beschäftigen zu müssen und deren Einsatz in Übereinstimmung mit den nordamerikanischen Codes zu ermöglichen. Es bleibt zu hoffen, dass der Einsatz der Starter für den Schutz von Motoren der erste Schritt ist und dass
mit der Bewährung für diese Aufgabe die Einsatzgebiete schrittweise erweitert werden. Ein praktisches Problem für die Zulassung neuer approbierter Varianten besteht darin, dass sowohl die Pro-duktstandards, die Errichtungsstandards, sowie der National Electrical Code geän-dert werden müssen. Der NEC oder CEC müsste zunächst etwas zulassen, was erst später im Produktstandard beschrie-ben werden könnte. Schließlich müssten die Anwendungen dann noch über die Errichtungsstandards UL 508A und NFPA 79 für die Anwendung in Maschinensteu-erungen zugelassen werden. Das ist eine komplexe Aufgabe, zumal einige Codes & Standards nur in unterschiedlichen 3-Jahres-Rhythmen geändert werden. Erschwerend wirken unterschiedliche Interessen von Hersteller-Gruppierungen und Verbänden.
Amerikaner benutzen besonders häu-fig Schmelzsicherungen als BCPD’s, während insbesondere exportierende Maschinen- und Anlagenbauer die schmelzsicherungslose Installation bevorzugen. Der Einsatz von amerikani-schen Schmelzsicherungen würde dem Ziel vieler Exporteure, nach Möglichkeit einen „Weltmarkt-Schaltschrank“ zu bauen, widersprechen. IEC-Sicherungen werden in Nordamerika auf keinen Fall
akzeptiert und der Platz eines IEC-Siche-rungsträges wäre zu klein, um nachträg-lich einen amerikanischen Sicherungs-sockel einzubauen. Die Tabelle 8 zeigt die auf dem nordamerikanischen Markt zur Verfügung stehenden Schmelzsi-cherungsarten. Bei der Auswahl und dem Einsatz von Schmelzsicherungen muss man bei einigen verschiedenen Betriebsmittelarten beachten, ob und mit welchen Sicherungsarten diese Komponenten von ihren Herstellern geprüft und approbiert wurden. Es gibt Standard-Prüfbedingungen, bei denen nur die Sicherungsstärke angegeben wird und abweichend Prüfbedingungen mit Sicherungsarten, die dann als Son-derlösungen mit Typ und Stromstärke auf dem Gerät angegeben werden müs-sen. Beim Auswechseln von Schmelz-sicherungen sind durch den Maschi-nenbetreiber Sicherheitsmaßnahmen zu beachten, die nach NFPA 70E vorge-schrieben sind (persönliche Schutzaus-rüstung). Wenn Schmelzsicherungen verwendet werden, müssen die Siche-rungshalter zusätzlich zu dem Schild mit dem Gerätekennbuchstaben, mit einem zweiten Schild versehen werden. Auf dem zweiten Schild muss angegeben werden, welche Sicherungen als Ersatz verwendet werden müssen.
Tabelle 8: In Nordamerika übliche Schmelzsicherungen nach UL 248-.. und CSA C22.2 No. 248-.. und ihre Charakteristika, Leistungsdaten
und die Haupteinsatzgebiete.
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Die vorgestellten und möglichst zu bevorzugenden UL 508 Type E, Manual Self-Protected Combination Motor Controllers und die Type F Combination Motor Controllers sind meistens nur in starr geerdeten Sternnetzen einzusetzen (auf die Spannungsangaben achten). Wenn man IEC-Motorschutzschalter in Dreiecknetzen oder in nicht starr geerdeten Stern-Netzen einsetzen will, benötigen sie ein Vorschaltschutzor-gan, in Form eines Leistungsschalters oder von Schmelzsicherungen. Das Vorschaltschutzorgan muss den Kurz-schlussschutz und die Trennfunktion übernehmen, da bei den Motorschutz-schaltern nach den nordamerikanischen Standards nur die Überlastschutzfunk-tion und die Möglichkeit zum betriebs-mäßigen Schalten akzeptiert werden. Da die Motorschutzschalter von Eaton zusätzlich für Group Protection/Group Installation approbiert sind, ist es mög-lich das Vorschaltschutzorgan für eine
Vor- und Nachteile verschiedener Motorstarter,
mit IEC-Motorschutzschaltern, für den Einsatz in Nordamerika
Tabelle 9: Vor- und Nachteile von verschiedenen Möglichkeiten IEC-Motorschutzschalter in Nordamerika einzusetzen.
1 bis zu seinem SCCR2 Leitungen zum Motor immer für
Motornennstrom x 1,25 dimensio-nieren
3 BCPD = Branch Circuit Protective Device = Vorschaltschutzorgan
Einzelantriebe mit Einzel-Vorschaltschutzorgan
Gruppe mit Motorschutz-schaltern mit Approbation
für Group Installation
Gruppe mit Motorschutz-schaltern mit Approbati-onen als Tap Conductor
Protectors
Einzelantriebe mit UL 508 Type E- und Type F-Motor-
startern
Vorschaltschutzorgan erforderlich
Vorschaltschutzorgan erforderlich
Vorschaltschutzorgan erforderlich
Ist gleichzeitig das Branch Circuit Protective Device für
diesen Motorabgang
Vorteil:Einsatz in geerdeten und
ungeerdeten Netzen
Vorteil:Einsatz in geerdeten und
ungeerdeten Netzen
Nachteil:Einsatz nur in starr
geerdeten Sternnetzen
Nachteil:Einsatz nur in starr
geerdeten Sternnetzen
Nachteil:viele Vorschaltschutzorgane
erforderlich
Vorteil:weniger Vorschaltschutz-
organe erforderlich
Vorteil:weniger Vorschaltschutz-
organe erforderlich
Vorteil:kein Vorschaltschutz organ
erforderlich1
Vorteil:Zuleitungsdimensionierung2 nach individuellen Regeln
Nachteil:Zuleitungsdimensionierung2
nach 3:1-Regel mit Bezug auf die Motorleitung
Vorteil:Zuleitungsdimensionierung2 nach 10:1-Regel mit Bezug
auf Motorleitung und BCPD3
Vorteil:Zuleitungsdimensionierung1 nach individuellen Regeln
Vorteil:keine Koordinierung von
Gruppen erforderlich
Nachteil:schwierige
Gruppenbildung
Vorteil:leichtere
Gruppenbildung
Vorteil:keine Koordinierung von
Gruppen erforderlich
Nachteil: u. U. sind mehr
Gruppen erforderlich
Vorteil: u. U. sind weniger
Gruppen erforderlich
Gruppe von Motorschutzschaltern zu verwenden, sofern man die Koordinie-rung der verschiedenen Anforderungen erfüllen kann [5] (Schutz der unterschied-lichen Leitungsquerschnitte (3:1 Regel), Hochlaufbedingungen für Motoren, Summenstrom unter Berücksichtigung von Faktoren und die Motoren innerhalb der Gruppe sollten nicht von sehr unter-schiedlicher Leistung sein).
Die Manual Motor Protectors PKZM… und PKE sind zusätzlich auch als Tap Conductor Protectors (TCP) approbiert. Es lässt sich beim Gruppenschutz der Tap Conductor Protectors die 10:1 Regel anwenden. Bei der Tap Conductor Pro-tector Anwendung (Tabelle 9) muß man beachten, dass diese Gruppen auch nur bei starr geerdeten Sternnetzen eingesetzt werden dürfen. Dann kann man auch wieder die günstigeren Type F-Startern einsetzen, die meistens kein Vorschaltschutzorgan benötigen und bei
denen dadurch die schwierige Koordinie-rung entfällt.
Das Schaltvermögen der BCPD’s oder das SCCR der UL 508 Type E oder Type F Starter muss grundsätzlich für den jeweiligen Einsatz ausreichend hoch sein. Es muss u. U. so hoch sein, wie das Schaltvermögen eines vorgeschalteten strombegrenzenden Schutzorgans, weil bei UL 508A-Schaltanlagen zwischen hin-tereinander geschalteten Schutzorganen der Durchlassstrom nicht berücksichtigt wird.
Geeignete Netzform und
Betriebsspannung
Entsprechend der Tabelle 1, Punkt 3, -Einschränkungen-, und Punkt 3 der Tabelle 2 ist die falsche Auswahl der Schalt- und Schutzgeräte in Bezug auf die vorhandene Netzform ein sehr häu-fig vorkommender Fehler. Ein Teil der
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Schalt- und Schutzgeräte, die in starr geerdeten Sternnetzen einsetzbar sind
Produktart Eaton Typ Spannung Anwendung,
beliebige Netz-form und Erdung bis Phase/Phase,
darüber geer-detes Sternnetz erforderlich bis zur max. Span-nung von
Informationen in Tabelle 7 beachten
Leistungsschalter NZM1-…-NA 240 V 480Y/277 V z. B. BCPD, HauptschalterNZM2-…-NA *) 480 V 600Y/347 VPKZM4-…-CB 240 V 600Y/347 V z. B. BCPDFAZ...-NA 240 V 480Y/277 V
abhängig vom Strombereich
FAZ…-RT
Molded Case Switches NS1-…-NA 240 V 480Y/277 V z. B. HauptschalterNS2-…-NA 480 V 600Y/347 V
UL 508 Type ESelf-Protected Combination Motor Starter
PKZM0 + AK-PKZ0 +
BK25/3-PKZ0-E
240 V 480Y/277 V 600Y/347 Vabhängig vom Strombereich
Manual Combination Motor Starter, BCPD für einen Motor, u. U. BCPD für einen Frequenzumrichter
PKZM4 + AK-PKZ0 +
BK50/3-PKZ4-E
PKE + AK-PKZ0
+ BK25/3-PKZ0-E
UL 508 Type F Combination Motor Starter
PKZM0 + AK-PKZ0
+ BK25/3-PKZ0-E
+ bestimmtes DILM
240 V 480Y/277 V 600Y/347 Vabhängig vom Strombereich
Combination Motor Starter
PKZM4 + AK-PKZ0
+ BK50/3-PKZ4-E
+ bestimmtes DILM
MSC-DE-...-SP
Leitungsschutzschalter Supplementary Protectors
FAZ… 240 V 480Y/277 Vabhängig vom Strombereich
nur als Zusatzschutz,nicht als BCPD einsetzbar
*) NZM.2-ME..-NA einsetzbar bis 480 V
Tabelle 10: Moderne und sehr kompakte Schalt- und Schutzgeräte, die nach IEC-Richtlinien entwickelt wurden, können als approbierte
Geräte in Nordamerika teilweise, oberhalb von bestimmten Spannungen, lediglich in starr geerdeten Stern-Netzen eingesetzt werden.
Diese Netze werden in IEC-Ländern überwiegend angetroffen. Die Tabelle zeigt die betreffenden Geräte von Eaton mit ihren Grenzspan-
nungen. Die Spannungen sind teilweise zusätzlich von den Betriebsströmen der Geräte abhängig. Die gezeigten, max. Slash Voltages,
480Y/277 V oder 600Y/347 V, und die Netzform sind unbedingt zu beachten.
kompakten, europäischen Schalt- und Schutzgeräte dürfen in Nordamerika lediglich an starr geerdeten Stern-Netzen betrieben werden [6] (Tabelle 10). In Deutschland ist diese Netzform der Normalfall. Die in starr geerdeten Stern-netzen vorkommenden Spannungen nennt man nach ihrer Schreibweise in Nordamerika „Slash Voltages“ (Slash = Schrägstrich). Beispiele in der richti-gen Schreibweise sind z. B. Netze mit rated Voltages (Nennspannung) von 480Y/277 V oder 600Y/347 V. Wenn in einem Schaltschrank auch nur ein Gerät eingesetzt wird, welches nur an einer Slash Voltage betrieben werden darf, muss diese Spannung in der gezeigten Weise auf dem Leistungsschild des Schaltschranks angegeben werden. Nach Bild 12 werden diese Geräte vom Schaltgerätehersteller und dem NRTL nach den Prüfaufbauten C und E an der reduzierten Spannung zwischen Phase und Erde/Neutralleiter geprüft. Dabei darf es nicht zu einem Überschlag zu
einem Drahtkäfig kommen, der den Prüfling während der Prüfung umgibt. Ein Überschlag würde bei dem gezeig-ten Prüfaufbau die Schmelzsicherung F ansprechen lassen. Damit wäre die Prüfung nicht bestanden. Es ist möglich, dass Geräte z. B. bei 480 V bei der vollen Spannung zwischen Phase-Phase (im Dreieck-Netz oder Stern-Netz) betrieben werden können und dass sie bei einer höheren Spannung, z. B. 600Y/347 V, nur im starr geerdeten Stern-Netz eingesetzt werden dürfen. Die Spannungsangaben würden dann z. B. 480 V und 600Y/347 V lauten. Die alleinige Angabe von 600Y/347 V deckt den Einsatz bei vollen 480 V nicht ab. Lediglich die Eignung für volle 600 V (Phase/Phase) würde auch den Einsatz bei vollen 480 V mit abde-cken [6].
Für die Exporteure von Serienmaschi-nen, die bei der Projektierung und dem Bau der Maschine den späteren Betrei-ber noch nicht kennen, ist es oft ein
unlösbares Problem herauszufinden an welcher Netzform die Maschine später betrieben wird. Es gibt dann 2 Lösungs-möglichkeiten. Erstens, man verzichtet generell auf Geräte, die ein geerdetes Sternnetz voraussetzen. Dann sind meis-tens größere Schalt- und Schutzgeräte und teilweise mehr Geräte (zusätzliche Vorschaltschutzgeräte) einzusetzen und die Maschine wird dadurch teuerer. Ein weiterer, aber oft wesentlicher Gesichts-punkt ist es, dass sich die elektrische Ausrüstung dann stärker von der Ausrüs-tung der IEC-Maschine unterscheidet. Man entfernt sich also von dem häufigen Ziel, eine Weltmarkt-Maschine bauen zu wollen. Die zweite Lösungsmöglich-keit wird vor allem bei Maschinen mit geringer elektrischer Leistungsaufnahme gewählt. Man setzt in die Zuleitung zum Schaltschrank oder in diesen einen Trans-formator, der auf der Sekundärseite eine Sternwicklung besitzt und man erdet den Sternpunkt. So erzeugt man sich ein eigenständiges geerdetes Sternnetz.
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Wichtigste Einsatzeinschränkungen approbierter Produkte
in Nordamerika
nach Einsatzmöglichkeiten:
IEC-Motorschutzschalter• nur mit Vorschaltschutzorgan• Gruppenschutz ist möglich• oder Einsatz als UL 508 Type
F- Motorstarter• oder Einsatz als UL 508 Type
E- Motorstarter• Schutz ausschließlich für
Motoren
IEC-Leitungsschutzschalter• Einsatz nur als Supplementary
Protector (Zusatzschutz)
Motorstarter• teilweise aus 3 Komponenten:
Leistungsschalter, Schütz,Motorschutzrelais
fallweise nach technischen Daten:
• tw. Reduzierung von Nennspannungen• tw. Einsatz nur in starr geerdeten Stern-Netzen• tw. Reduzierung von Nennströmen• tw. Reduzierung der Belastbarkeit von Leitungen
nach der Art der Stromkreise,
in Feeder Circuits:
• kein Einsatz von UL 508 Geräten• Ausnahme: Eingangsanschlüsse von UL 508
Type E und Type F Motorstartern• kein Einsatz von Supplementary Protectors• Sammelschienensystem mit großen Luft- und
Kriechstrecken• Klemmen mit großen Luft- und Kriechstrecken
tw. = teilweise
Bild 11: Beispiele für wichtige Einsatzeinschränkungen in Nordamerika, im Vergleich
zu den Einsatzmöglichkeiten nach IEC-Richtlinien und internationalen Markt- und
Gebrauchsgewohnheiten.
Full Voltages
z.B. 480 V oder 600 V:
Schaltung A und BPhase / Phase
Slash Voltages
z.B. 480 Y / 277 V oder 600 Y / 347 V:
Schaltung C und EPhase / N
Bild 12: Prüfaufbauten bei voller Spannung Phase-Phase und Slash Voltage Phase-Neu-
tralleiter. Ein Ansprechen der Schmelzsicherung F, zwischen einem, den Prüfling umge-
benden Drahtkäfig und der Phase oder dem Neutralleiter, würde eine nicht bestandene
Prüfung anzeigen.
Bei großen Maschinen, die eigene Netz-transformatoren benötigen, kann man vereinbaren, dass diese Trafos auf der Sekundärseite eine geerdete Sternwick-lung erhalten. Bei Maschinen für den Export nach Kanada, setzt man ohnehin häufig einen Transformator ein, um sich von der hohen Netzspannung von 600 V unabhängig zu machen. Man betreibt die Maschine dann mit 400 oder 480 V, weil entweder nicht alle Schalt- und Schutzge-räte für 600 V zur Verfügung stehen oder sie nur mit einem nicht ausreichenden Schaltvermögen zur Verfügung stehen. Dann kann man mit diesem Transfor-mator gleichzeitig zwei Probleme lösen. Einige Maschinen h ersteller fordern, dass ihre Kunden geeignete Transformato-ren bereitstellen. Auf jeden Fall sollte man ganz eindeutig im Angebot für die Maschine oder die Anlage beschreiben, was geliefert wird bzw. was vom Kunden bereit zu stellen ist. Nach Möglichkeit sollte der Hinweis auf eine Slash Vol-tage auch bereits in Broschüren oder Katalogen für die Maschinen angegeben werden.
Besonderheiten bei Nennspannungen
und Strömen von Motoren
Eine Besonderheit, die in der IEC-Welt immer wieder für Verwirrung sorgt, trifft man in den USA und in Kanada in Bezug auf die Betriebsspannung von Moto-ren an. An die Netz-Betriebsspannung (Rated voltage) von beispielsweise 480 V werden Motoren mit einer Nameplate Voltage (Leistungsschildspannung) von lediglich 460 V angeschlossen (Tabelle 11). Als einfache Begründung hat der Autor gehört, dass die Netzspan-nung sowieso nicht am Motor ankommt. Bei der für Kanada überwiegend typi-schen Netzspannung von 600 V werden Motoren mit einer Nameplate Voltage von 575 V angeschlossen. Grundsätz-lich kann man sagen, dass die höhere Spannung, z. B. 240, 480, 600 V die Netz-spannung (rated Voltage) ist, für die die Maschine ausgelegt wird. Die Angabe erfolgt auf dem Schaltschrank-Leistungs-schild, sofern die Maschine nicht nur für eine Slash Voltage ausgelegt ist. Slash Voltage-Angaben werden aber auch nur mit den Spannungen 120, 208, 240, 480, 600 V gebildet und nicht mit 115, 200, 230, 460, 575 V. Bei diesen unterschied-lichen Spannungsangaben gibt es immer wieder Unsicherheiten bei den Planern. I n den Auswahltabellen für Schütze und Motorstarter gibt Eaton im Kopf der Auswahltabellen die Spannungspaare an, z. B. 480 und 460 V bzw. 600 und 575 V. Siehe auch [7]. Motorenhersteller stellen keine Standard-Kurzschlussläu-fermotoren für die nordamerikanischen
Nennnetzspannungen (120, 208, 240, 480, 600 V) her, sondern nur für die nied-rigeren Utilization Levels.
Eine zweite Besonderheit gibt es bei der Dimensionierung der Motorleitungen. Es wird nicht mit dem Nennstrom vom Leistungsschild des Motors gerech-net, sondern mit dem Strom eines Normmotors nach dem NEC, z. B. nach Tabelle 430-250, die auch die Basis der
Tabelle 50.1 in der UL 508A ist. Für die Dimensionierung der Leitung wird dieser Normnennstrom mit dem Faktor 1,25 multipliziert. Es können weitere Faktoren, z. B. für Verlegungsarten, Kabelarten, Conduitgröße, Kabelhäufung oder Kabellänge hinzukommen. Wenn man Motoren einsetzt, die nach Leis-tungen in kW auswählt wurden, sollte man diesen kW-Wert in HP umrechnen. Dabei kommt man auf einen ungeraden
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Tabelle 11: In Nordamerika stimmt die Betriebsspannung (Nameplate Voltage) von Motoren nicht mit der Nominal-Netzspannung
(Rated Voltage) überein. Es werden praktisch keine Motoren für 480 V oder 600 V hergestellt, sondern nur für 460 V oder 575 V.
Nominal-Netzspannung
ServiceVoltage
UtilizationVoltage
NameplateVoltage
NEMAAnforderung
Rated voltage Range B Range A Bemessungs-spannung des Motors
Toleranz ➝ - 5 %, + 5 % - 13 %, + 6 % - 10 %, + 4 % - 10 %, + 10 %
120 V 114 – 126 V 104,4 – 127,2 V 108 – 124,8 V 115 V 103,5 – 126,5 V208 V 197,6 – 218,4 V 181 – 220,5 V 187,2 – 216,3 V 200 V 180 – 220 V240 V 228 – 218,4 V 208,9 – 254,4 V 216 – 249,6 V 230 V 207 – 253 V277 V 263,2 – 290,9 V 241 – 293,6 V 249,3 – 288 V -480 V 456 – 504 V 417,6 – 508,8 V 432 – 499,2 V 460 V 414 – 506 V600 V 570 – 630 V 522 – 636 V 540 – 624 V 575 V 517,5 – 632,5Bandbreite 10 % 19 % 14 % 20 %
HP-Wert, der keinem Normmotor nach NEC entspricht. Der Inspektor wird dann den nächst größeren Normmotor aus der Tabelle auswählen und mit dessen Strom weiter kalkulieren. Das sollte der Projekteur auch tun, um nicht später die Leitung auswechseln zu müssen.
High Fault Ratings
Komponenten für Hauptstromkreise müssen zunächst Prüfungen mit einem Standard Fault Rating oder SCCR geprüft werden (z. B. SCCR = 5 oder 10 kA, je nach Art der Komponente) [1, 3]. Dann werden ergänzende Prüfungen für High Fault Ratings, z. B. Teil eines Combina-tion Motor Starters mit Schmelzsiche-rungen und/oder mit Leistungsschaltern als Schutzorgane durchgeführt. Die geprüften und approbierten Kompo-nenten können für den Einsatz in Nord-amerika nicht so freizügig mit anderen Komponenten kombiniert werden, wie das in der IEC-Welt möglich ist. Erst die geprüften und approbierten Kombinati-onen, z. B. Motorstarterkombinationen, können nach den Produktstandards standardisierte High Fault Ratings, von z. B. 50, 65 oder 100 kA, erreichen. Eaton gibt z. B. für Schütze Standard Fault Ratings in Verbindung mit Schmelzsi-cherungen und mit Leistungsschaltern an und zusätzlich High Fault Ratings, ebenfalls mit Schmelzsicherungen und mit Leistungsschaltern. Außerdem findet man Motorstarter-Tabellen für Kombi-nationen aus Schmelzsicherungen oder einem Leistungsschalter, einem Schütz und einem Motorschutzrelais. Diese 3-Komponenten-Motorstarter mit Leis-tungsschaltern sind typisch für Nordame-rika. Normalerweise bietet ein Leistungs-schalter keinen Motorschutz, deshalb wird das zusätzliche Motorschutzrelais (Überlastrelais) benötigt. Hier bietet Eaton jetzt eine interessante Variante mit
dem Leistungsschalter für den Motor-schutz (Motor Protective Circuit Breaker) NZM.2.-ME…-NA an. Es handelt sich um einen gelisteten Inverse Time Circuit Breaker nach UL 489, der zusätzlich in Motorlastabgängen auch die Motorüber-lastschutzfunktion übernehmen kann [8]. Das ist in Nordamerika noch ein relativ neuartiges Konzept. Mit diesem Schalter kann man 2-Komponenten-Motorstarter, aus diesem Leistungsschalter und einem Schütz aufbauen. Dieser Leistungsschal-ter besitzt eine zusätzliche Überlast-Kali-brierung nach UL 508. Eaton kann jetzt 2-Komponenten-Motorstarter liefern, die bei Nennströmen bis 200 A über ein hohes SCCR von 65 kA bei 480Y/277 V verfügen.
Schütze absolvieren zunächst Kurz-schlussprüfungen entsprechend der Standards mit Sicherungen bzw. Leis-tungsschaltern. Die Schutzgeräte können für Nennströme bis zu 400 % der Full Load Current Ratings der Schütze dimen-sioniert werden. Diese Werte beruhen in erster Linie auf dem Einsatz von Schüt-zen in Motorstromkreisen, entsprechend der nordamerikanischen Codes [5]. Für den Einsatz der Komponenten in Steu-erschränken werden jetzt immer höhere SCC Ratings benötigt, was dazu geführt hat Schutzorgane mit kleineren Nenn-strömen für die Prüfungen zu wählen. Hier bietet der neue Leistungsschalter PKZM4-..-CB von Eaton interessante Perspektiven für gute Prüfergebnisse bei kleinen Schützen, als Alternative zu High Fault Ratings, die mit Schmelzsicherun-gen erzielt werden.
Auf den Leistungsschildern der Motor-schutzschalter, bzw. der UL 508 Type E-Starter wird angegeben, mit welchen Schützen die Schalter zu UL 508 Type F-Starter kombiniert werden dürfen und welches SCCR dann bei welcher Span-
nung erreicht wird. Hier werden meistens Slash Voltages angegeben. Die UL 508 Type E und Type F-Motorstarter werden üblicherweise mit High Fault Ratings angeboten. Das Motorstartersortiment von Eaton wurde im Jahr 2012 um UL 508 Type E-Motorstarter mit dem elektronischen Motorschutzschalter PKE erweitert [3]. In Kanada sehen die CSA-Standards z. Z. noch keine Type F Motorstarter vor. Aber die auf der Basis der UL-Standards ermittelten und auf den Leistungsschildern der Type E Starter ein-getragenen technischen Daten für Type F Starter werden in Kanada akzeptiert, ohne dass Probleme mit Inspektoren bekannt sind. Type E-Starter müssen in Kanada nicht unbedingt mit der Zusatz-klemme BK../3-PKZ..-E ausgerüstet wer-den (das schafft allerdings wieder eine Varianz in der elektrischen Ausrüstung zwischen den USA und Kanada). Bisher wurde in Kanada ein abschließbarer Kne-bel für Type E verlangt und wenn er nicht vorhanden war, führte dies zu einer Bean-standung. Nun wird auch in den USA der abschließbare Knebel, unter Bezug auf UL 508, Absatz 76.4, verlangt.
Die beschriebenen, notwendigen Kombinationsprüfungen und die erfor-derliche Gerätebedruckung machen es praktisch unmöglich Kombinationen aus Komponenten unterschiedlicher Fabrikate zusammenzusetzen. Ohne vertragliche Vereinbarungen würde kein Hersteller der Einzelkomponenten die Kombinationsprüfung durchführen und die Kombination approbieren. Das liegt auch mit daran, dass der eine Hersteller nicht mitbekommen würde, wenn der andere Hersteller seine Komponenten prüfungsrelevant ändern würde. Dieser Sachverhalt wird in der Tabelle 1 unter Punkt 3, -Kombinationen-, erwähnt und auch in Tabelle 2 unter Punkt 3 berück-sichtigt. Hohe High Fault Ratings für
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Komponenten und Kombinationen kön-nen für die Ermittlung eines hohen Short Circuit Current Rating für das gesamte Industrial Control Panel for Machinery, nach UL 508A und NFPA 79 wichtig sein. Den notwendigen Kombinationsprüfun-gen muss man unbedingt Beachtung schenken. Eaton stellt den Kunden optimierte, approbierte Kombinationen zur Verfügung, aus denen die Kunden anwendungsbezogen geeignete Star-ter auswählen können. Es wird immer wieder neue oder verbesserte Kombina-tionen geben, da diese Prüfungen eine permanente Aufgabe darstellen.
Gehäuse und Schutzarten
Fehler bei approbierten Gehäusen (Enclosures), entsprechend Tabelle 2,
Punkt 6, sind meistens nachträglich erzeugte Schutzartprobleme, wenn man approbierte Leerschränke verarbeitet. Die Gehäuse müssen eine geprüfte Schutzart besitzen, die den späteren Umgebungs-bedingungen am Aufstellungsort ent-spricht, z. B. UL/CSA Type 4X oder Type 12. Wenn man keine approbierten Leer-schaltschränke von Schaltschrankherstel-lern verwendet, sondern die Elektroge-räte in einen freien Teil des Maschinen-gehäuses einbaut, muss auch für diesen Einbauraum eine Schutzart nachgewie-sen werden. Wenn für Gehäuse oder sol-che, z. T. zusätzlichen Einbauräume keine Schutzart durch eine Prüfung nachgewie-
sen wird, bekommen sie die Schutzart Type 1 zugeordnet, die in etwa IP 20 entspricht. Man sollte von vorneherein für alle Einbauräume und Gehäuse die Konstruktionshinweise aus dem Standard für Industrial Control Panels UL 508A berücksichtigen, der wichtige Richtlinien für die Wartung und die Sicherstellung von Schutzarten enthält. Es ist praktisch nicht möglich für eine fertige Maschine erst am Verwendungsort eine höhere Schutzart als Type 1 nachzuweisen. Approbierte Schutzarten mit der Schreib-weise UL/CSA Type… (Tabelle 3) sind den NEMA-Schutzarten vorzuziehen. UL / CSA Types sind von NRTL’s geprüfte und approbierte Schutzarten, was bei NEMA Types nicht immer der Fall war. Die Anforderungen an UL/CSA Types und an die Types nach NEMA 250 sind im Prinzip gleich. Wichtig ist, dass alle Öffnungen in approbierten Gehäusen mindestens mit der gleichen Schutzart wieder verschlossen werden, z. B. durch Befehls- und Meldegeräte oder andere Einbauten. Kritisch können auch die Stel-len sein, an denen die Leitungen hinein- und herausgeführt werden.
Zu den Gehäusefehlern zählen auch fehlende oder unzureichende Türverrie-gelungen. Türverriegelungen werden in Nordamerika häufig als mechanische Lösungen realisiert (Tabelle 1, Punkt 4). Elektrische oder Kombinationen aus mechanischen und elektrischen Lösun-
gen sind ebenfalls zulässig. Grundsätz-lich gilt für Industrial Control Panels for Machinery, nach UL 508A und NFPA 79, dass ein Hauptschalter lediglich dann ein-geschaltet werden darf, wenn alle Türen geschlossen und verriegelt sind. Diese Bedingung muss bei Türen mit 2 Flügeln für beide Flügel gelten. Türen dürfen lediglich geöffnet werden können, wenn der oder die Hauptschalter ausgeschaltet ist oder sind. Besitzen Schränke lediglich eine einzige Tür, kann diese direkt z. B. mittels der Türkupplungsgriffe von Eaton mechanisch verriegelt werden. Früher hat man mit den Positionsschaltern der elektrischen Türverriegelung häufig den Hauptschalter über einen Unterspan-nungs- oder Arbeitsstromauslöser aus-geschaltet. Das Öffnen der Türen wurde also nicht verhindert, sondern es führte zwangsweise dazu, dass ein spannungs-freier Zustand hergestellt wurde. Das kann zu Gefährdungen führen und dazu, dass man Fehler schwerer findet, oder das bei Ablaufsteuerungen der Ablauf schwerwiegend gestört wird. Wenn man bei einer Maschine eine Stopp-Kategorie beachten muss, bei der die Drehzahl der Antriebe zuerst geführt herunter gefahren werden muss, ist das einfache Auslösen des Hauptschalters eine unge-eignete Maßnahme. Zuerst müssen die Antriebe herunter gefahren und dann erst kann der Hauptschalter ausgeschaltet werden. Die vorteilhafteste Lösung ist maschinenspezifisch zu suchen. Man
TRIP
ON
3
1 2
Q20
°
TRIP
OFF
ON
Q20
°
1
Der Bügel ermöglicht das Abschließen des Schalters in der AUS-Stellung, bei offener Schalt-schranktür
Ende der Schaltachse im Schaltschrank. Die Achse endet mit der gezeigten Kupplung. Die Kupplung ver-bindet die Achse mit dem Türkupplungs-Drehgriff in der Schaltschranktür.
Zusatzgriff mit Schaltstellungs-anzeige für die Betätigung des Schalters bei offener Schalt-schranktür.
Beispiel: Zusatzgriff für Schalter
Bild 13: Hauptschalterbausätze von Eaton mit Türkupplungsgriffen stellen die Anforderungen der NFPA 79 nach einer deliberate Action
(bewusste, zusätzliche Handlung) sicher.
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braucht eine Schaltung, ähnlich der Not-Halt-Schaltung, die aber im Endeffekt zu einem spannungsfreien Schaltschrank führen muss.
Fachleute dürfen die Türverriegelung bei eingeschaltetem Hauptschalter, z. B. für die Fehlersuche, vorübergehend über-listen. Es ist der Standard NFPA 70E [9], mit Anforderungen an Sicherheitsmaß-nahmen bei unter Spannung stehenden Anlagen zu beachten. Die Überlistung muss sich selbsttätig wieder aufheben, wenn keine Türe geöffnet wurde, damit der entriegelte Zustand nicht bestehen bleibt, oder wenn die letzte Tür wieder geschlossen wurde. Nicht alle Türver-riegelungsschaltungen, die man antrifft, erfüllen alle Anforderungen.
In diesem Zusammenhang muss auch sichergestellt werden, dass der Haupt-schalter unabhängig von der Türstellung, ohne separate Hilfsmittel, bedienbar und in der „Aus“-Stellung abschließbar sein muss. Für die Erfüllung dieser Forderung bietet Eaton Hauptschalterbausätze mit Türkupplungsgriffen, die einen zweiten Griff am Schalter besitzen und die die Anzeige der Schaltstellung der Hauptkon-takte, die Betätigung und die Abschließ-barkeit auch bei offener Schranktür sicherstellen (Bild 13). Diese Griffe stellen die nach NFPA 79 verlangte „deli-berate action“ (zusätzliche, bewusste Handlung) sicher. Hierzu wird der Griff, je nach Baugröße, um 15 - 20° in Ein-schaltrichtung gedreht und anschließend bis zur „EIN“-Position des Schalter gleichzeitig gedrückt und gedreht [10]. Die In spektoren achten mittlerweile sehr genau auf die Realisierung der delibe-rate action. Sie haben auch schon den Austausch von Hauptschaltern verlangt, für die der Hersteller keine Betätigungs-möglichkeit mit einer deliberate action bei offener Schranktür anbietet. Die deli-berate action betrifft nach den Standards eigentlich die Aufhebung der Türverrie-gelung. Sie hat aber auch Einfluss auf die Türkupplungsdrehgriffe, die bei offenen Schranktüren nicht mehr mit dem Schal-ter verbunden sind. Die deliberate action wird bei dem Einsatz der Türkupplungs-drehgriffe als Hauptschaltergriffe nach NFPA 79 von Eaton auf die neuartigen Schaltergriffe verlagert.
Es gibt bei größeren Anlagen Situationen, wo die Energieversorgungsteile vom Anlagenbetreiber bereitgestellt werden, die z. T. in abgeschlossenen elektrischen Betriebsräumen untergebracht sind. Der Maschinenbauer liefert in diesen Fällen lediglich die verfahrensabhängige Steuerungstechnik in Industrial Control Panels, aber ohne einen Hauptschalter.
Manchmal muss er auch noch die „intel-ligenten“ Lastabgänge mit Frequenzum-richtern oder Servos, einschließlich der notwendigen Software liefern. In solchen Fällen ist eine sehr gute Kommunikation zwischen den Lieferanten der einzelnen Gewerke und dem Anlagenbetreiber, u. U. unter Einschaltung des AHJ’s, erfor-derlich. In diesen Fällen empfiehlt es sich, die Schranktüren des Steuerteils, statt mit einfachen Doppelbartschlüsseln, mit sicheren Schließanlagenschlüsseln auszustatten, zu denen ausschließlich Fachleute Zugang haben. Es ist zu klären, ob es möglich ist von den Steuerungs-schränken aus eine sicher überwachte Fernbetätigung des Hauptschalters vorzusehen (mit Lock Out/Tag Out nach NFPA 70E). Neben den klassischen Schaltschränken kann es noch zusätzli-che Einbauräume für elektrische Kompo-nenten an der Maschine/Anlage geben. Wenn man nur selten, also in Ausnahme-fällen, Zugang zu diesen Einbauräumen haben muss, empfiehlt es sich, die Abde-ckungen dieser Räume/Kleingehäuse einfach zuzuschrauben, damit man sie nicht überwachen und verriegeln muss. Wenn man nicht eindeutig erkennt, dass sich dort Elektrokomponenten befinden, muss man den Deckel mit einem Elektro-Warnzeichen versehen.
Zu den Gehäusen gehört ein weiterer Gesichtspunkt, der bei kleinen Gehäu-sen z. T. übersehen wird. Die einzelnen Komponenten und Kombinationen müssen vom Hersteller in Gehäusen geprüft werden. Die bei den Prüfungen verwendeten Volumen müssen vom Ver-arbeiter als Mindestvolumen eingehalten werden. Bei großen Schaltschränken ist dieses potenzielle Problem gering, weil sich der bei einem Kurzschluss entstehende Druck und auch die Tem-peratur im Schrank verteilen können. Bei einzelgekapselten Leistungsschaltern, Motorstartern oder bei den Schubladen von MCC-Verteilern (Motor Control Centers, MCC) muss der Verarbeiter die Mindestvolumina auf jeden Fall ein-halten. Einzelgekapselte Geräte oder Kombinationen werden in Europa nicht immer anschlussfertig und approbiert vom Schaltgerätehersteller angeboten. Das liegt häufig an kleinen Stückzahlen und an sehr unterschiedlichen Lösungs-vorstellungen der Kunden bezüglich der zu verwendenden Gehäuse. Häufig wird der Projektierungsfehler gemacht, dass die Mindestquerschnitte der Hauptstrom-leiter, mit denen der Hersteller nach den Standards geprüft und approbiert hat, nicht berücksichtigt werden. Die Leiter haben nicht nur die Aufgabe den Strom zu leiten, sondern sie ziehen auch Wärme aus den Schalt- und Schutzge-
räten. Man sollte in Gehäusen auch auf Platz für ausreichende Biegeradien für die Kabel und Leitungen achten. Auf ausreichend große Anschlussräume wird in Nordamerika sehr stark geach-tet (Abmessungen aus dem NEC/CEC einhalten). Hier gibt es auch wieder Markt- und Gebrauchsgewohnheiten. In Nordamerika werden weniger Reihen-klemmen verwendet, weil die Abgangs-leitungen zu den Verbrauchern sehr häufig direkt an den Schalt- und Schutz-geräten angeschlossen werden. Auch für diese Gewohnheiten benötigt man mehr freien Platz im Schaltschrank.
Erdungsfehler
Bei europäischen Schaltschränken und bei der elektrischen Maschinenausrüs-tung kann man sich Erdungsfehler nach Tabelle 2, Punkt 12, kaum vorstellen. Die Erdungsfehler stehen in dieser Sta-tistik allerdings auch an letzter Stelle. Obwohl die meisten Maschinen- und Anlagenbauer ihre Erzeugnisse fertig ver-kabelt liefern, ist nicht ganz eindeutig, ob die Erdungsfehler von diesen Lieferanten gemacht werden oder erst beim Netzan-schluss. Der NEC beschreibt im Kapitel 250 die Erdungsanforderungen. Für die Anlagen werden die Anforderungen in dem Standard UL 508A, in den Kapiteln 15, 16 und 17, sowie im Standard NFPA 79 im Kapitel 8 ausführlich dargestellt.
In Nordamerika sind die Conduits (haupt-sächlich starre Metallrohre, prinzipiell sind auch Kunststoffrohre möglich, jeweils starr oder flexibel) immer noch das bevorzugte Installationssystem für die elektrische Verbindung der unter-schiedlichen Betriebsmittel in Fabriken und industriellen/gewerblichen Produk-tionsstätten. In diese Rohrsysteme wer-den selten Kabel, sondern meistens die Einzeladern der Stromkreise eingezogen. Der NEC erlaubt unter definierten Bedin-gungen die Verwendung der starren oder flexiblen Metall-Rohrsysteme gleichzeitig als Erdleiter. Allerdings wird zunehmend in modernen Installationen ein separater Erdleiter eingesetzt. Man muss also dar-auf achten, dass die Rohre = Schutzleiter immer und überall untereinander leitend verbunden sind und bleiben. Alternativ wird ein blanker Kupferdraht als Erdleiter mit eingezogen. Die Conduits müssen auch leitend mit den Gehäusen verbun-den sein (Tabelle 1, Punkt 4). Das ist besonders zu beachten, wenn im Lei-tungszug Isolierstoffgehäuse, z. B. für vor-Ort-Schaltgeräte eingebaut werden. Hier muss eine beständige, elektrische Verbindung zwischen allen ankommen-den und weggehenden Rohren geschaf-fen werden. Als Markt- und Gebrauchs-
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gewohnheit sollte zusätzlich beachtet werden, dass die Conduits meistens an der Schrankoberseite ankommen oder weggehen (Tabelle 1, Punkt 3, -Instal-lationsrichtlinien-). Von der Verwendung von Conduits kann man sich, auch nach Ansicht der NRTL’s in Deutschland, weitgehend unabhängig machen, wenn man die gesamte Maschinenverkabelung ausschließlich an der Maschine und nicht am Gebäude befestigt.
Fehler bei Leistungsschildern,
Warnhinweisen und Dokumentationen
NRTL’s fassen diese Fehler gemäß Tabelle 2, im Punkt 8, zusammen. Auf dem Leistungsschild des Schalt-schranks ist der Hersteller des Schalt-schranks anzugeben und falls zutref-fend, welches von mehreren Werken. Wenn ein Maschinenhersteller einen Schaltschrankbauer mit dem Bau des Schaltschranks beauftragt, ist der Name des Schaltschrankbauers als Hersteller anzugeben. Man will wissen, wer für den Schrank verantwortlich ist. Wegen dieser Verantwortung wollen die meisten Schaltschrankbauer auch die Projektie-rung der Schränke selbst ausführen. Der Name des Maschinen- oder Anlagenbau-Unternehmens kann zusätzlich auf dem Leistungsschild angegeben werden. Jede Maschine muss einen eindeutig dieser Maschine zugeordneten Schalt-plansatz besitzen.
Zum Teil verlangen bereits die Standards für bestimmte, gefährliche Situationen das Anbringen von Warnhinweisen. Das ist z. B. der Fall, wenn eine Maschine mehr als einen Hauptschalter besitzt (ein Hauptschalter darf kein Umschalter sein). Teilweise sind im Standard der zu verwendende Text und sogar die Schriftgröße vorgegeben. Warnhinweise sind erforderlich, wenn sich ein Restri-siko nicht beseitigen ließ. Letztendlich kann nur der Maschinenhersteller ent-scheiden, wo an der Maschine noch Rest-Gefährdungspotenziale vorhanden sind, vor denen er auch im Sinne der Produzentenhaftung warnen muss/sollte. Warnhinweise müssen in direkter Nähe der Gefährdung angebracht werden. Man sollte die nordamerikanischen Gewohn-heiten für Warnhinweise beachten und dem Standard ANSI Z535.4-200714 [11] folgen. Das Bild 13 zeigt ein Beispiel für einen Warnhinweis nach nordame-rikanischen Vorstellungen. Im Internet findet man Kataloge von amerikanischen
14 ANSI = American National Standards Institute, http://www.ansi.org/
Herstellern von Warnschildern, die man als Beispiel nehmen kann, um zumindest für Standardgefährdungen keine ganz neuartige Warnhinweise zu kreieren, die dann vielleicht nicht verstanden werden. Maschinendesigner müssen sich da den nordamerikanischen Gewohnheiten beugen, auch wenn das Maschinen-design durch die Warnhinweise gestört wird. Man sollte zusätzlich, ebenfalls im Sinne der Produzentenhaftung, auch in den Maschinen-Handbüchern und Bedienungsanleitungen vor potenziellen Gefahren an den Maschinen warnen. Der Standard ANSI Z535.6-2006 [12] beschäf-tigt sich mit Sicherheitshinweisen in Handbüchern und Betriebsanleitungen.
Nach dem Feedback von Seminarteilneh-mern und von weiteren Kunden scheinen inzwischen IEC-Schaltzeichen, statt der nordamerikanischen ANSI-Schaltzeichen, in Nordamerika akzeptiert zu werden. Der Autor empfiehlt in einem Deckblatt des Schaltplansatzes einen Vergleich zwischen den amerikanischen ANSI-Schaltzeichen und den IEC-Schaltzeichen einzufügen (Bild 14). Das hat sich bewährt. Das Schaltungsbuch von Eaton steht im Internet als PDF-Datei zur Ver-fügung und man kann z. B. dort einen Vergleich heraus kopieren15. Die Beschrif-tung der Schaltpläne muss in englischer Sprache erfolgen. In Kanada ist regional eine Beschriftung in englischer und französischer Sprache erforderlich. In den südlichen Bundesstaaten der USA wird zunehmend eine amerikanische und spanische Beschriftung im Schaltschrank und an der Maschine erwartet. Amerika-
15 http://www.schaltungsbuch.de/appro001.html#wp1851798
Beispiel für ein Warnschild nicht nur 1. und 2., sondernauch 3. und 4 realisieren.
1. Signalwort 2. Art der Gefährdung 3. Auswirkung der Gefährdung 4. Maßnahme zum Ausschluss der
Gefährdung
Bild 14: Beispiel für ein Warnschild nach ANSI Z535.4.
ner ziehen einfache Texte den in Europa bevorzugten Piktogrammen vor.
Rückverfolgbarkeit von Zulassungen
Als das Verdrahtungsmaterial noch nicht mit Querschnitt, Fabrikat, Approbations-zeichen, usw. bedruckt war, musste man Verpackungsschilder für den Nachweis der Approbation aufbewahren und die Fehler nach Tabelle 2, Punkt 9, besaßen eine größere Bedeutung. Heute sind alle Materialien kritisch, die keine Beschrif-tung besitzen. Kritisch sind z. B. alle Kunststoffmaterialien wegen einer even-tuellen Brennbarkeit. Fehler kann man beispielsweise mit Materialien für Sicht-fenster, Berührungsschutzabdeckungen oder bei selbstgebauten Sammelschie-nensystemen machen. Es geht also nicht nur um elektrotechnische Eigenschaften oder Gefährdungen, sondern auch die Zulassung aller verarbeiteten Materialien durch NRTL’s muss nachweisbar und zuordenbar sein.
Short Circuit Current Rating (SCCR)
Die Bestimmung des Short Circuit Current Ratings (Kurzschlussfestigkeit des Schaltschranks) ist nach Tabelle 1,
Punkt 5, eine der wichtigen durchzu-führenden Maßnahmen während der Projektierung. Das Ergebnis muss auf dem Leistungsschild des Schaltschranks angegeben werden. Man erkennt in Tabelle 2, dass diesem Thema bisher von den NRTL’s scheinbar keine große Anzahl schwerwiegender Fehler zuge-ordnet wurde. Das Thema erscheint in dieser Liste nicht. Das liegt vielleicht auch an der Unsicherheit, die bei diesem Thema noch vorherrscht. Der Anhang SB des Standards UL 508A sollte drin-gend überarbeitet werden. So sollte es vernünftige Zielwerte geben, die z. B.,
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Bild 15: Ausschnitt aus einem Vergleich von IEC und ANSI-Schaltzeichen. Quelle: „Schaltungsbuch 2011, Automatisieren und Energie
verteilen“, Kapitel 9, von Eaton. http://www.schaltungsbuch.de/
Bild 16: Das Bild zeigt links ein Beispiel für einen Back-up-Schutz nach IEC-Vorstellungen.
Das Vorschaltschutzorgan Q1 oder F1 erhöht das Schaltvermögen der einzelnen Abgänge
Q2 bis Q4 auf einen gemeinsam geprüften Wert. Die Hersteller machen Angaben in Kata-
logen zu zulässigen Kombinationen und zu deren technischen Daten. Man nennt dieses
Prinzip in Nordamerika Series Rating.
Rechts wird ein strombegrenzendes Schutzorgan Q5 oder F2 gezeigt. Nach IEC-Vorstel-
lungen werden die Abgangsschalter Q6 bis Q8 nur noch entsprechend des Durchlassstro-
mes von Q5 oder F2 dimensioniert. Es lassen sich preiswertere/kleinere Komponenten
mit geringerem Schaltvermögen einsetzen. Beide weltweit bewährten Prinzipien dürfen
bei Schaltanlagen nach UL 508A, innerhalb des Schaltschranks, nicht angewendet wer-
den. Die Electrical Codes erlauben diese Prinzipien unter definierten Bedingungen bei der
Anwendung in anderen Schaltanlagenarten.
zumindest für große Maschinen, auch ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Nennstrom der Maschine und dem SCCR berücksichtigen. Wenn eine große Maschine einen eigenen Netztransforma-tor benötigt, wird der Kurzschlussstrom dieses Transformators relativ groß sein. Also muss auch das SCCR der Maschine groß sein. Es gibt zu diesem Thema einen älteren Aufsatz des Autors dieses Aufsatzes [13]. Der Stand zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Aufsatzes ist der, dass viele Maschinen- und Schalt-schrankbauer das SCCR lediglich mit 10 kA angeben. Inspektoren von NRTL’s meiden z. T. dieses Thema oder andere raten, das SCCR nur mit 5 kA anzugeben, weil sie diesen Wert nicht überprüfen müssen. Es gab auch Diskussionen über den Einfluss von Aderendhülsen auf dass SCCR. Da das SCCR durch die Verwendung von Aderendhülsen auf 10 kA reduziert werden sollte, hatte man fast keine Chance, Werte über 10 kA zu erreichen. Dieses Thema ist inzwischen ausdiskutiert. Man darf jetzt Aderendhül-sen ohne einen Einfluss auf das SCCR einsetzen. Ein Problem besteht darin, dass man in Nordamerika und speziell in
Export in den Weltmarkt und nach NordamerikaSchaltzeichen Europa – Nordamerika
Eaton Schaltungsbuch 06/11
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9
Elektromechanischer Antrieb mit Ansprechverzögerung
oder oder
x Gerätekennbuchstabe Tabelle, Seite 9-15
Elektromechanischer Antrieb mit Rückfallverzögerung
oder oder
x Gerätekennbuchstabe Tabelle, Seite 9-15
Elektromechanischer Antrieb mit Ansprech- und Rückfallverzögerung
oder oder
x Gerätekennbuchstabe Tabelle, Seite 9-15
Elektromechanischer Antrieb eines Thermorelais
oder
Schaltglieder
Schließer oder oder
Öffner oder
Wechsler mit Unterbrechung oder
Voreilender Schließer eines Kontaktsatzes
TC oder TDC
Nacheilender Öffner eines Kontaktsatzes
T0 oder TD0
Benennung IEC (DIN EN) NEMA ICS/ANSI/IEEE
07-15-08
×
07-15-07
×
07-15-09
×
07-15-21
07-02-01 07-02-02
07-02-03
07-02-04
07-04-01
07-04-03
Export in den Weltmarkt und nach NordamerikaSchaltzeichen Europa – Nordamerika
Eaton Schaltungsbuch 06/11
9-31
9
Schaltgeräte
Schütz (Schließer)
x Kennbuchstabe
3-poliges Schütz mit drei elektrothermischen Über-stromauslösern
x Kennbuchstabe
3-poliger Trennschalter
3-poliger Leistungsschalter
3-poliger Schalter mit Schalt-schloss mit drei elektrother-mischen Überstromauslö-sern, drei elektromag-netischen Überstromschutz-auslösern, Motorschutz-schalter
Sicherung, allgemein
Transformatoren, Stromwandler
Transformatoren mit zwei Wicklungen
oder
Benennung IEC (DIN EN) NEMA ICS/ANSI/IEEE
07-13-02
OL
07-13-06
DISC
07-13-05
CB
107-05-01
l > l > l >
07-21-01
FU
06-09-02 06-09-01X1 X2
H1 H2
Back-up-Schutz nach IEC-Vorstellungen Einsatz von strombegrenzendenVorschaltschutzorganen
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Industrial Control Panels nach UL 508 A die Strombegrenzung nicht so nutzen kann, wie sie sich in IEC-Schaltanlagen bewährt hat, wo man nach dem den Strom begrenzenden Schutzorgan die nächsten Komponenten nach dessen Durchlassstrom dimensioniert. Ein Series Rating, also ein Backup-Schutz durch ein Vorschaltschutzorgan, zur Erhöhung des SCCR’s ist bei Leistungsschaltern, wie dem FAZ…-NA in Industrial Control Panels ebenfalls nicht erlaubt (Bild 16). Jeder Leistungsschalter muss das SCCR = Schaltvermögen alleine sicherstellen. Das SCCR aller Komponenten in Haupt-stromkreisen von ICPs muss gleich oder größer sein, als das SCCR der komplet-ten Schaltanlage. Oder anders ausge-drückt, die schwächste Komponente bestimmt in den Hauptstromkreisen das SCCR der Schaltanlage. Durch die bei-den zuletzt erwähnten Gesichtspunkte wird der Einsatz ganzer Produktgruppen zumindest erschwert oder sogar ausge-schlossen.
Maschinen- und Schaltschrankbauer, zumindest in Deutschland, sind wirk-lich sehr stark daran interessiert auch Anforderungen an das SCCR nach den nordamerikanischen Standards richtig zu realisieren. Es herrscht sehr viel Rat-losigkeit. Immerhin haben sich ja auch Maschinen, die nach IEC-Standards ausgerüstet wurden, weltweit bewährt. Es kann nicht alles falsch sein, was in der IEC-Welt produziert wird. Auch aus Nordamerika sind kaum Hinweise und Hilfestellungen zu der Handhabung die-ses Teils des Standards zu erhalten. Es ist den Maschinen- und Anlagenbauern zu empfehlen, in ihren Angeboten für Maschinen für den nordamerikanischen Markt deutlich darauf hinzuweisen, mit welchem SCCR die elektrische Ausrüs-tung geliefert wird, da die Angabe eines SCCRs nun eine Verpflichtung ist. Außer-halb des UL 508A-Schaltschranks gibt es durchaus Möglichkeiten die potenziellen Kurzschlussströme zu begrenzen.
Im Prinzip geht es bei der Ermittlung des SCCR’s darum, innerhalb des Schalt-schranks, in den Hauptstromkreisen, die Komponenten oder die geprüften Kom-bination zu ermitteln, die das geringste SCCR besitzen. Dann besteht prinzipiell noch die Möglichkeit, das Ergebnis durch den Einsatz von den Strom begrenzen-den Transformatoren oder durch den Kurzschlussstrom begrenzende Leis-tungsschalter oder Schmelzsicherungen zu verbessern. Das geringste Einzel-SCCR bestimmt das SCCR des gesam-ten Schaltschranks. Dieser Wert ist auf dem Leistungsschild des Schaltschranks anzugeben.
Zusammenfassung:
Positive Erfahrungen und die Fehler anderer sollen helfen, selbst auf eine effektive Weise Fehler zu vermeiden. Im Aufsatz wurden die bekanntesten Hauptfehler beschrieben und es wurden Hinweise gegeben, wie man sie vermei-det. Die Statistik zeigt, dass man diese Fehler nicht unterschätzen und dass man sich bei diesen Themen nicht über die nordamerikanischen Standards hin-wegsetzen sollte, weil besonders diese Fehler jedem Inspektor und jeder AHJ auffallen werden. Dem erfahrenen Planer wird direkt klar werden, was es bedeu-tet, wenn man die einzelnen beschriebe-nen Fehler nachträglich beseitigen muss. Das kann im Extremfall den Neubau einer Schaltanlage bedeuten. Wenn man diese Hauptfehler vermeidet und die Codes und Standards beachtet, hat man gute Chancen eine elektrische Maschinenaus-rüstung zu projektieren und zu bauen, die von den nordamerikanischen AHJ’s akzeptiert wird. Dann hat man auch gute Chancen seine Werkstatt von einem NRTL im ersten Anlauf approbiert (zertifi-ziert) zu bekommen.
Der Aufwand für eine „Nordamerika-Maschine“ ist fast immer höher als für eine „IEC-Maschine“. Im höheren Auf-wand sollte das notwendige Handwerks-zeug, also die Codes & Standards und die Weiterbildung berücksichtigt werden. Man sollte den Mehraufwand dokumen-tieren, um von Maschine zu Maschine genauer kalkulieren zu können.
Stand des Aufsatzes und der Stan-
dards: Dezember 2014
Verbindlich sind die jeweils gültigen Aus-gaben der Codes & Standards. Es gelten die technischen Daten aus dem jeweils gültigen Katalog von Eaton. Die Anwend-barkeit der Hinweise und Empfehlungen aus dem Aufsatz sind für die konkrete Aufgabenstellung zu prüfen.
Danksagung:
Der Aufsatz entstand dankenswerter-weise mit der freundlichen und sach-kundigen Unterstützung durch:
Herrn Andre R. Fortin, BA Phys.
Literatur:
[1] „Schaltgeräte und Schaltanlagen für den Weltmarkt und für den Export nach Nordamerika“ VKF0211-563D
„Components and Systems suitable for World Markets and Export to North America“VKF0211-563GB, Eaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[2] Wolfgang Esserweitere Veröffentlichungen:www.eaton.eu/veroeffentlichungen
[3] Wolfgang Esser“Leichtere Produktauswahl für den Export nach Nordamerika“VER0211-969de, Artikelnr.: 144057„Product selection for North American exports made easy“VER0211-969en, Eaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[4] Mark W. Earley, Jeffrey S. Sargent“National Electrical Code HandbookTwelfth EditionInternational Electrical Code SeriesNational Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts
[5] Wolfgang Esser„Besondere Bedingungen für den Einsatz von Motorschutzschaltern und Motorstartern in Nordamerika“VER1210+1280-928D
„Special considerations governing the application of Manual Motor Controllers and Motor Starters in North America“VER1210+1280-928GB, Eaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[6] Wolfgang Esser“Exportrelevante Spannungsan-gaben und Netzformen in Nordamerika“VER4300-965de, Artikelnr.: 116834
„Export relevant voltage information and mains forms in North America“VER4300-965enEaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[7] Wolfgang Esser“Leistungsschilder richtig nutzen – erfolgreich nach Nordamerika exportieren“VER4300-962de
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„Be more successful in exports to North America – With the use of properly certified and marked equipment”VER4300-962en, Eaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[8] Wolfgang Esser„2-Komponenten-Motorstarter für den Einsatz in Nordamerika“VER1200+2100-967de, Artikelnr.: 118982„2-Component Combination Motor Controller solutions for North America”VER1200+2100-967en, Eaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[9] NFPA 70E, Standard for Electrical Safety in the Workplace, 2009
[10] Wolfgang Esser “Hauptschalter mit Drehgriffen konform mit NFPA 79 und UL 508A einsetzen.“VER1230-966de
„Supply circuit disconnecting means with rotary handles in compliance with NFPA 79 and UL 508A”VER1230-966enEaton Industries GmbH, Bonn, 2010
[11] ANSI Z535.4-2007, “American National Standard for Product Safety Signs and Labels”
[12] ANSI Z535.6-2006, “American National Standard For Product Safety Information In Product Manuals, Instructions, And Other Collateral Materials”
[13] Wolfgang Esser„SCCR – Overall Panel Short Circuit Current Rating– gemäß NEC und UL Standards –“VER 0211-959D
„SCCR – Overall Panel Short Circuit Current Rating per NEC and UL Standards –“VER0211-956GBMoeller GmbH, Bonn, 2007
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