Norm bringt Form - All
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Fachthemen Stromversorgungen Norm bringt Form Normen und Zulassungen für elektronischen Überstromschutz erklären Sicherheit ist die eine, die Exportfähigkeit in alle Welt die andere Seite, warum Normen so eine große Rolle spielen. Mit der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ist eine Norm an Bord gekommen, die erhebliche Auswirkungen auf den Konformitätsprozess von Maschinen und Anlagen in ganz Europa hat. Darüber hinaus nimmt sie auch auf den elektronischen Überstromschutz gewaltigen Einfluss. Autor: Erich Fischer Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG beinflusst nicht nur den Konformitätsprozess von Maschinen und Anlagen in Europa, sondern auch den Export in den Rest der Welt. Neben den sicherheitsrelevanten Aspekten, die einen wesentlich höheren Stellenwert bekommen, gewinnt die Konstruktion des Gesamtsystems, bestehend aus Steuerungs- und Antriebstechnik, Mechanik, Sensorik und Aktorik, Hydraulik sowie Pneumatik, immer mehr an Bedeutung. Auch für den elektronischen Überstromschutz ist die Richtlinie nicht unerheblich. Denn aus der bisher einfachen Gefahrenanalyse wird nun eine komplette Risikobeurteilung für Mensch und Maschine, was den Einsatz elektronischer Überstromschutzgeräte im 24-Volt-DC-Bereich unabdingbar macht. So lange die DC-24Volt-Steuerspannung mit Leitungsschutzschaltern abgesichert ist, lässt sich ein Auslösen bei Kurzschluss- oder Überlastströmen nicht garantieren. Wenn die Stromversorgung kurzzeitig einbricht, führt das in der Regel zu unkontrollierten Zuständen der gesamten Anlage. Des Weiteren lösen normale Leitungsschutzschalter wegen der in 24-Volt-Stromkreisen immer existierenden Leitungsdämpfung nur sehr spät – nämlich im Minutenbereich – oder manchmal auch gar nicht aus. Gegen diese unsicheren Betriebszustände ohne Selektivität in den Stromkreisen geht die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG an. Verstöße dagegen können Probleme in der Produkthaftung und – für den Fall, dass eine Person zu Schaden kommt – strafrechtliche Konsequenzen nach sich ziehen. Die Notwendigkeit der Richtlinie 2006/42/EG Weil die diversen Maschinen und Produktionsanlagen in Länder wie USA oder Kanada exportiert werden, müssen Unternehmen neben den internationalen Europa- und IEC-Normen auch die Vorschriften nach UL oder CSA einhalten. Sich in diesem Normendschungel zurecht zu finden, ist eine Kunst für sich. Eine zentrale Norm für das Konformitätsverfahren von Maschinen und Anlagen nach den Anforderungen der 2006/42/EG ist die harmo28 elektronikJOURNAL 04/2009 nisierte Europanorm EN 60204-1, die sich mit „Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen“ beschäftigt. Hier lassen sich im Absatz 7 – „Schutz der Ausrüstung“ – Maßnahmen nachlesen, die beispielsweise den Schutz der Ausrüstung gegen Einflüsse von Überstrom als Folge eines Kurzschlusses oder einen Schutz vor Spannungseinbrüchen garantieren. Durch die Zulassung lässt sich nach den Gerätenormen für Überstromschutzgeräte nachweisen, dass diese dem Stand der Technik sowie den elektrischen Anforderungen in Maschinen und Anlagen entsprechen. Der in der Regel eingesetzte Leitungsschutzschalter (LS) ist gemäß der Norm EN/IEC 60898-2 „Elektrisches Installationsmaterial – Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke“ approbiert. Diese Geräte, die oft in Form von A-, B-, oder www.elektronikjournal.com Fachthemen Stromversorgungen Der zweipolige Gerätetyp ESS22-T kommt in ungeerdeten Systemen zum Einsatz. Er verfügt über eine selektive Lastabsicherung, die den fehlerhaften Strompfad zum Beispiel bei Überlast abschaltet. Geräte vorschriftsgemäß designen Neben den üblichen Kennlinien von elektromechanischen Schutzschaltern, beispielsweise für thermisch-magnetische Schutzschalter, beinhaltet die EN/IEC 60934 die Anforderungen für Geräte mit einer elektronisch-hybriden Auslösecharakteristik. Nach diesen Vorschriften entwickelte E-T-A Elektrotechnische Apparate die Modelle ESS20 und ESS22-T. Mehrwert für den Anwender: Die Geräte kombinieren die Vorteile der trennscharfen Überstromsabschaltung, einer elektronischen Strombegrenzung mit einer zusätzlichen galvanischen Trennung des Lastkreises im Fehler- oder Servicefall. Beim ESS20 handelt es sich um einen einpoligen elektronischen Geräteschutzschalter für geerdete Systeme, zum Beispiel TN-Systeme, der zweipolige ESS22-T kommt in ungeerdeten Systemen, etwa IT-Systemen, zum Einsatz. Die selektive Lastabsicherung beider Geräte schaltet bei Überlast oder ➜ toli : Fo Bild n ine ndu ava nn a, e Auf einen Blick C-Automaten zum Einsatz kommen, wurden ursprünglich für AC-Anwendungen entwickelt und haben deshalb ein Schaltvermögen von 5000 Ampere aufwärts. LS finden ihre Anwendung aber auch im DCBereich, weil bisher der reine Schutz der Zuleitung ein wichtiges Einsatzkriterium war. Geräteschutzschalter nach der EN/IEC 60934 sind auf die Anforderungen des Leitungs- und Geräteschutzes im Maschinen- und Anlagenbau zugeschnitten. Sie sind in unterschiedlichen Auslösecharakteristiken und in fein abgestuften Nennströmen von 100 Milliampere bis 32 Ampere erhältlich. Die Vorteile sind eine kleine Einbaubreite von 12,5 Millimeter inklusive Signalkontakt und die Möglichkeit, zwischen Geräten für die direkte Hutschienenmontage oder einer steckbaren Ausführung zu wählen. www.elektronikjournal.com Sicherheit für Mensch und Maschine Um die Sicherheit von Mensch und Maschine zu gewährleisten, sind Normen unabdingbar. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG spielt auch für den elektronischen Überstromschutz eine wichtige Rolle. Besitzen Geräte, wie das ESS22-T, die entsprechende Zertifizierung, lässt sich eine kurzfristige Unterbrechung der Stromversorgung und damit das Risiko eines Anlagenausfalls vermeiden. infoDIREKT www.elektronikjournal.de 100ejl0409 Link zu E-T-A Elektrotechnische Apparate VORTEIL Das ESS22-T nach 2006/42/EG verfügt über eine selektive Lastabsicherung, die bei Überlast oder Kurzschluss im Lastkreis ohne Rückwirkung auf die DC-24-Volt-Versorgung ausschließlich diesen Strompfad zweipolig abschaltet. Somit lassen sich Anlagenstillstände vermeiden und damit Ausfallkosten sparen. elektronikJOURNAL 04/2009 29 Fachthemen Stromversorgungen Das Modell ESX10-T für die Hutschienenmontage hat aufgrund seiner Überstromschutzfunktion und der integrierten Strombegrenzung eine Zulassung als Electronic Overcurrent Protector. Kurzschluss ohne Rückwirkung auf die DC24-Volt-Versorgung ausschließlich den fehlerhaften Strompfad ab. So lässt es sich vermeiden, dass bei einem Fehler in einem einzigen Lastkreis die Spannung einbricht und alle am Schaltnetzteil angeschlossenen Verbraucher ausfallen und eventuell sogar einen Anlagenstillstand verursachen. Die ESS-Geräte begrenzen den Kurzschlussstrom auf das 1,3- bis 1,8-fache des ausgewählten Nennstroms und schalten den fehlerhaften Stromkreis nach 100 Millisekunden ab. Einschaltspitzen hingegen werden zugelassen – kapazitive Lasten mit mehr als 20 000 Millifarad und kleine DC-24Volt-Motoren sind somit kein Problem. Bei Überlast löst der elektronische Schutzschalter ab dem 1,1-fachen des Nennstroms nach drei Sekunden aus. Die Gerätenennströme sind gemäß EN 60934 aus Sicherheitsgründen nur in festen Werten von einem halben bis zehn Ampere nach VDE zugelassen. Mit dem ESS22-T die 2006/42/EG erfüllen Mit dem ESS22-T stellt der Altdorfer Hersteller ein Gerät vor, das den Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und der angegliederten Norm EN 60204-1 zur „Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen“ entspricht. Dort sind im Abschnitt „9.4.3.1 Erdschlüsse“ verbindliche Anforderungen festgelegt, wie in ungeerdeten Systemen das zweipolige Absichern von Lasten – etwa Magnetventilen, Feldbusmodulen, Sensoren oder DC-Motoren – und das Schützen dieser Komponenten inklusive Der elektronische Schutzschalter ESS20 verfügt über die Approbation nach UL 1077 als Supplementary Protector. Der einpolige elektronische Geräteschutzschalter eignet sich für geerdete Systeme. 30 elektronikJOURNAL 04/2009 deren Zuleitungen gewährleistet sein muss. Die ungeerdeten Systeme sind im Anlagenbau der Chemischen Industrie, in der Kraftwerkstechnik und in der Stahlindustrie anzutreffen. Auch hier kommen zunehmend an Stelle von Trafonetzteilen oder Drehstrombrücken die kompakten Schaltnetzteile zum Einsatz. Die Stromversorgungen reagieren bei Überlastung des Ausgangs schneller als normale Leitungsschutzschalter und regeln die komplette Steuerspannung herunter. Dieser Fakt mündet in der Anlage in unerwünschten Betriebszuständen, die aber gemäß der 2006/42/EG und der EN60204-1 vermieden werden müssen. Die selektive Lastabsicherung des ESS22-T schaltet bei Überlast oder Kurzschluss im Lastkreis ohne Rückwirkung auf die DC-24-Volt-Versorgung ausschließlich den fehlerhaften Strompfad zweipolig ab. Somit lassen sich undefinierte Anlagenstillstände vermeiden, weil trotz Kurzschluss in einem einzigen Lastkreis die gesamte Spannung stabil bleibt und alle anderen am Schaltnetzteil angeschlossenen Geräte weiter funktionieren. Internationale Zulassungen sind ein Muss für den elektronischen Überstromschutz Neben der EN/IEC-Normen gibt es noch eine Reihe an UL-Vorschriften, die zu beachten sind. An dieser Stelle nimmt die Approbation nach UL 1077 als Supplementary Protector eine übergeordnete Position ein. Mit ihr lassen sich die Geräte ESS20 und ESS22-T als Überstromschutz für die Steuerspannung von Maschinen und Anlagen klassifizieren, deren elektrische Ausrüstung der Schaltschrank-Norm UL 508 A, den so genannten Industrial-ControlPanels, entsprechen muss. Für den rein elektronischen Überstromschutz existieren derzeit keine EN-Normen. Hier kommen UL-Regularien zum Tragen, bei denen der Nachweis erbracht ist, dass die Geräte ebenfalls eine originäre Überstromschutzfunktion beinhalten. Beispielsweise passte die UL-Prüfstelle nach Herstelleraussagen die UL 2367 eigens an die Anforderungen der steckbaren elektronischen Sicherungsautomaten ESX10 sowie der Hutschienenmodelle ESX10-T an. Diese Geräte sind aufgrund ihrer Überstromschutzfunktion und der integrierten Strombegrenzung als Electronic Overcurrent Protector zugelassen. Damit auch der Schaltschrankeinbau uneingeschränkt möglich ist, erhielten die Geräte eine zusätzliche Zulassung nach UL 508 als Industrial Control Equipment. Last but not least gibt es mit der UL 1604 class I div. 2, die in etwa der ATEX-Zone 2 entspricht, eine Zulassung, die die elektronischen Sicherungsautomaten ESX10 und ESX10-T fit für den Einsatz in Ex-Umgebungsbedingungen machen. Vorausgesetzt natürlich, sie halten die entsprechenden Errichtungsbedingungen ein. Die äquivalenten CSA-Zulassungen der kanadischen Behörden runden die Tauglichkeit dieser Geräte für den internationalen Einsatz ab. (eck) ■ Der Autor: Erich Fischer ist Leiter der Sparte Automation & Process Control bei E-T-A Elektrotechnische Apparate in Altdorf. www.elektronikjournal.com
