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
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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
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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 ➜
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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