Pflicht für Industriemaschinen

Safety und Überspannungsschutz gehen Hand in Hand

Pflicht für Industriemaschinen

Andere Normen, Vorschriften und Herangehensweisen – das macht den Export von Maschinen nach Nordamerika zu einer Herausforderung. Seit 2018 ist in den meisten Bundesstaaten der USA Überspannungsschutz für Industriemaschinen vorgeschrieben. Deren richtige Auswahl gestaltet sich aber anders als in der IEC-Normenwelt. Mit den passenden Überspannungsschutzgeräten von Phoenix Contact kann dieser Punkt einfach abgehakt werden.

Normatives Dreigestirn: Der NEC deckt die ganze Installation (grau) ab, während sich der NFPA 79 auf die gesamte Maschine (rot schraffiert) bezieht. Die UL 508A wiederum betrachtet nur die Schaltschränke (rot umrahmt). Übergeordnete Normen sind ebenfalls zu berücksichtigen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Auch in Nordamerika hat das Thema Sicherheit einen hohen Stellenwert. Das betrifft nicht nur das öffentliche Leben, sondern auch die körperliche Unversehrtheit eines jeden Einzelnen. So kommt es, dass die wichtigsten Regelwerke Sicherheitsnormen sind, die ihren Schwerpunkt auf Schadensverhütung und Schadenseindämmung legen. In diesem Zusammenhang wird Überspannungsschutz immer wichtiger – denn er hilft, gefährliche Zustände in Anlagen, Maschinen und Gebäuden zu vermeiden. Diese reichen von Bränden durch Überhitzung über Lichtbögen durch Isolationsdurchschläge bis hin zum Ausfall von Sicherheitseinrichtungen.

Vorschriften in den USA

Die Grundregeln für elektrische Installationen in den USA definiert der National Electrical Code (NEC). Als Sicherheitsnorm beschreibt er u.a. die Ausführung der Installation sowie die Auswahl und Dimensionierung der betreffenden Geräte und Materialien. Dadurch soll verhindert werden, dass Menschen durch elektrische Fehler zu Schaden kommen – insbesondere durch Brände, die durch Strom ausgelöst werden. Der NEC hat also eine ähnliche Bedeutung wie die VDE 0100-Reihe in Deutschland. Der wichtigste Unterschied ist jedoch, dass der NEC – anders als die VDE 0100-Reihe – ein Gesetz und somit unbedingt einzuhalten ist. In Article 670 sind im NEC-Forderungen an Industriemaschinen beschrieben, die recht oberflächlich gehalten sind. Es wird jedoch auf den NFPA 79, Electrical Standard for Industrial Machinery, verwiesen. Durch den Verweis müssen Industriemaschinen, die in den USA betrieben werden sollen, neben dem NEC auch dem NFPA 79 entsprechen. Der NFPA 79 beschreibt alle Anforderungen an eine Industriemaschine hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften. Er beinhaltet nicht nur klassische Themen wie Überstromschutz und Potentialausgleich, sondern auch Themen wie Beleuchtung, Anlagenschutz oder funktionale Sicherheit. Im Bereich Anlagenschutz finden sich in der aktuellen Fassung von 2018 dann auch die Forderungen an Überspannungsschutz wieder. So sind Industriemaschinen, die Sicherheitskreise enthalten, durch Überspannungsschutz zu schützen. Dadurch sollen die Komponenten der funktionalen Sicherheit in der Maschine vor Ausfall geschützt werden. Zudem wird im NEC in Article 409 (Industrial Control Panels) auf die gleichnamige Norm UL 508A verwiesen, die folglich auch einzuhalten ist. Sie ist ebenfalls eine Sicherheitsnorm und bezieht sich auf alle Aspekte von industriellen Schaltschränken, wie Gehäuse, Kabelführung, Geräte und Dokumentation. Anders als der NEC und der NFPA 79 umfasst sie auch Signal- und Regelkreise und ist dadurch deutlich weiter gefasst.

Typisch in den USA: Das Gebäude wird direkt über einen eigenen Transformator gespeist. Eine Maschine, nach der Einspeisung (Service entrance) installiert, befindet sich in einer Type 2 (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Geforderte Eigenschaften von SPDs

Zwei zentrale Forderungen werden im NFPA 79 an Überspannungsschutzgeräte (Surge Protective Device, SPD) gestellt, die im Folgenden erläutert werden: Sie müssen sogenannte Listed Devices sein, und der SPD-Typ muss dem Einbauort entsprechen. Listed Devices sind SPDs, die nach der amerikanischen Produktnorm für SPDs, UL 1449, hohe Anforderungen an Sicherheit und Ausfallverhalten erfüllen. Sie können ohne weitere Aufwände, wie etwa Tests oder Berechnungen, verbaut werden. Dagegen sind Recognized Devices nur dann als sicher eingestuft, wenn bestimmte Bedingungen bei deren Einbau eingehalten werden. Deren Einhaltung muss von demjenigen, der die SPDs einplant oder auch einbaut, durch Prüfungen und/oder Berechnungen belegt werden. Dies kann einen erheblichen Aufwand bedeuten, da bestimmte Prüfungen nur in spezialisierten Laboren durchgeführt werden können. SPDs werden nach UL 1449 in fünf Typen unterteilt. Sie werden – wie auch in der IEC-Normenwelt – durchnummeriert, und zwar von 1 bis 5. Die Bedeutung der Typen nach UL ist aber eine vollkommen andere als nach IEC:

  • Nach IEC gibt der Typ die Position des SPDs entsprechend des Blitzschutzzonenkonzepts, also seine ‚Leistungsfähigkeit‘ unter Normalbedingungen, an.
  • Nach UL gibt der Typ ausschließlich an, an welchem maximalen Kurzschlussstrom der SPD im Fehlerfall noch sicher abgetrennt werden kann, z.B. durch eine Sicherung. Er lässt keine Rückschlüsse auf die ‚Leistungsfähigkeit‘ des SPDs zu.

Diese Kurzschlussfestigkeit (short circuit current rating, SCCR), und dadurch der UL Typ, definiert direkt den Ort innerhalb einer Installation, an dem ein SPD installiert werden darf. Das SCCR ist bei UL Listed Typ 1 SPDs am höchsten, so dass sie noch vor der Hauptsicherung installiert werden dürfen – in der sogenannten Type 1 Location. Ein UL Typ 2 SPD darf erst hinter der Hauptsicherung (Type 2 Location), und ein UL Typ 3 SPD hingegen muss mindestens 10m vom vorgelagerten Überstromschutz entfernt installiert werden (Type 3 Location). Die UL-Typen 4 und 5 spielen in diesem Zusammenhang keine Rolle.

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