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Auswirkungen der IEC/EN 61810-1: Ausgabe 2 auf Relais für Montage in Steckfassungen


Seit dem 02.12.2003 wurde die 2. Ausgabe der IEC EN 61810-1 - Elektromechanische Elementarrelais, Teil 1: Allgemeine und sicherheitsgerichtete Anforderungen, ratifiziert und inzwischen veröffentlicht. Sie hat weitreichende Auswirkungen auf den Markt für Relais zur Montage in Steckfassungen.
Die Steckfassungen für Relais gelten demnach als nicht genormte Steckverbinder und müssen den Anforderungen der IEC EN 61984[1] entsprechen. Für die Bewertung der Isolation gelten die einbezogenen Bemessungsregeln der Isolationskoordination.
Die normative Verankerung der Steckfassungen in der Relaisgrundnorm klärt die erforderliche Betrachtung und Prüfung der Kombination aus Steckfassung und Relais.
Können Relais und Steckfassung für sich allein noch alle normativen Anforderungen erfüllen, so ergibt die Bewertung der Kombination sehr oft Einschränkungen, wie z.B. bezüglich Dauerstrom, Umgebungstemperatur und Verschmutzungsgrad.


Isolation: Allgemeines
Die Bemessung von Isolation nach den Regeln der Isolationskoordination hat für alle am Markt bekannten Konstruktionen Gültigkeit. Speziell bei mehrpoligen Relais ist dies ein komplexes Thema. Die meisten Konstruktionen der Steckfassungen entsprechen einem Industriestandard mit kompatiblen Anschlussgeometrien.


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Typische Kombinationen aus Relais und Fassung

Bemessung und Bewertung anhand eines Beispiels

Die erforderliche Ausprägung der Isolation ist aus der für den Einsatz zutreffenden Norm herzuleiten. Typisch wäre hier die EN 50178[2]. Erforderlich ist danach innerhalb eines Stromkreises Funktionsisolierung (F-I; bei „Voller-Abschaltung“ Basisisolierung B-I) und zwischen den Stromkreisen Basis- oder doppelte (verstärkte) Isolierung (B-I oder D/V-I). Die zu beachtenden Einflussgrößen, wie Verschmutzungsgrad (V) und Überspannungskategorie (Ü), sowie die Spannungswerte, ergeben sich aus der Anwendung. Als Standard sind V 2 und Ü III zu berücksichtigen. Die Spannungswerte sind üblicherweise 230/400 Vac als verkettete und 120-240 Vac als einphasige Wechselspannung zu berücksichtigen. Hinzu kommt als Kleinspannung typisch 24 Vdc als PELV oder auch SELV.


Anforderungen an die Isolation
F-I
B-I
D/V-I
Einflussgrößen Mindestwerte
1.
2.
Versorgungsnetz 230/400VAC
- BIS 250/400 V
Überspannungskat. III
Verschmutzungsgrad 2
Isolierstoffgruppe III
Luftstrecke mm
0,5
0,5
3,0
5,5
Kriechstrecke mm
2,5
4,0
2,5
5,0
Prüfspannung VAC
1500
1700
1500
3000
Bemessungs-Stoß-Spannung V-1,2/50µs
-
-
4000
6000
Versorgungsnetz 120/240VAC
- BIS 125/250V
Überspannungskat. III
Verschmutzungsgrad 2
Isolierstoffgruppe III
Luftstrecke mm
0,2
0,2
1,5
3,0
Kriechstrecke mm
1,5
2,5
1,5
3,0
Prüfspannung VAC
1300
1500
1300
2600
Bemessungs-Stoß-Spannung V-1,2/50µs
2500
4000
1. F-I für die Netzspannung (120 bzw. 230V); Bemessung gemäß EN 50178
2. F-I für die Netzspannung (240 bzw. 400V); Bemessung gemäß EN 50178



Zur Erfüllung der Bedingung Verschmutzungsgrad 2 müssen, je nach den Einsatzbedingungen, die zur Anwendung kommenden Schaltschränke belüftet oder zum strengeren Ausschluss schlechterer Umgebungseinflüsse unter Überdruck gesetzt werden. Ein Verschmutzungsgrad 3 ist nicht akzeptabel, u. a. wegen der zu erwartenden negativen Auswirkung von z.B. Feuchtigkeit und Stäuben. Diese Anforderungen bedingen Mindestwerte für die Kriech- und Luftstrecken.
In den nachfolgenden Abbildungen zum gewählten Beispiel sind die sich ergebenen Kriech- und Luftstrecken zwischen den Spannung führenden Teilen eingetragen.



Abbildung 1: Luft- und Kriechstrecken -
nur Relais   

Abbildung 2: Luft- und Kriechstrecken -
nur Steckfassung

Abbildung 3: Luft- und Kriechstrecken - Kombination Relais und Fassung


Ein Vergleich dieser Istwerte mit den Sollwerten zeigt, dass für die Bewertung der Isolation stets die Kombination von Relais und Steckfassung zugrunde zu legen ist und nicht nur jede Komponente für sich. Es ergeben sich daraus Einschränkungen für die Kombination, z.B. eine Reduktion des Spannungsbereiches. Besonders bei den kleinen vierpoligen Kombinationen mit Luftstrecken von 1,5 bis 2,0 mm Abstand der Relaisanschlüsse von Pol zu Pol sind diese Einschränkungen gravierend. Dies zeigt sich vor allem in der Beschaltung benachbarter Kontaktkreise mit unterschiedlichen Spannungen, da es zu einer Überschreitung der Nennisolationsspannung des Betriebsmittels kommen kann (z.B. Netzspannung 230 VAC und 24 VDC auf der benachbarten Polstrecke ergibt im ungünstigsten Fall eine Bemessungsisolationsspannung von 254 Veff bzw. 349 Vss). Eine konstruktive Änderung der vorhanden Steckfassungen mit ineinander greifender Nut und Feder gestaltet sich durch die Inkompatibilität zu Standardprodukten anderer Hersteller als fast unmöglich.

Die pflichtgemäße Beschreibung und Kennzeichnung der Isolation kann sich deshalb stets nur auf die vom Hersteller zur Verfügung gestellte Kombination beziehen.



Kennzeichnungsbeispiel

Nennstrom
12A
Bemessungsisolationsspannung (BIS)
250V, Phase - Erde / Phase – Phase
oder
Bemessungsisolationsspannung (BIS)
250 / 400V, Phase – Erde / Phase - Phase
Überspannungskategorie (Ü)
III
Verschmutzungsgrad (V)
2

Mit diesen Angaben sind die Anforderungen an die Isolation eindeutig beschrieben.



Strombelastbarkeit einer Steckfassung und die Derating-Kurve

Üblicherweise werden bei Steckfassungen die Nennströme, sofern in der Herstellerdokumentation es nicht anders angegeben ist, auf Einzelaufbau und eine Umgebungstemperatur von 40°C bezogen. In der IEC 61984 ist der wesentlichste Punkt die Ermittlung der Strombelastbarkeitskurven und damit die Festlegung der Strom-/Temperaturgrenzen der Kombination aus Relais und Fassung.



Die Strombelastbarkeitskurve ist der maximal zulässige Strom im Dauerbetrieb über alle Kontaktkreise über den gesamten Bereich der Umgebungstemperatur. Jede andere Belastungssituation ist gesondert zu betrachten und anzugeben. Fassungen werden mit einem gegenüber dem Nennstrom um 20 % erhöhten Strom geprüft, um Messunsicherheiten und Exemplarstreuungen zu berücksichtigen. Aus der ermittelten Strombelastungskurve wird die korrigierte Strombelastungskurve (Derating-Kurve) abgeleitet. Diese deckt dann in einem definierten Temperaturbereich die Nennstromangabe ab.





In der Abbildung 5 sind die Derating-Kurven von zweipoligen Steckfassungen verschiedener Hersteller mit dem selben Relais gegenübergestellt. Daraus ist eindeutig ersichtlich, welchen elementaren Einfluss die Fassung auf das Leistungsvermögen der Kombination hat. Alle Fassungen sind mit gleichen Werten zum Nennstrom ohne zusätzliche Angaben gekennzeichnet.

Wesentliche Einflussfaktoren auf das Verhalten der Kombination aus Relais und Fassung sind neben der konstruktiven Gestaltung die Materialien und der Montageabstand, der ebenfalls einen großen Einfluss auf die Eckdaten hat. Einzelaufbau bedeutet mindestens eine Fassungsbreite Abstand zwischen benachbarten Kombinationen.



Zusammenfassung:

Die im Datenblatt genannten Eigenschaften, insbesondere bezüglich Isolation und Strombelastbarkeit, müssen klar beschrieben sein. Sie können sich nur auf die geprüfte Kombination von Relais und Steckfassung beziehen. Eine Aussage zu beliebigen Kombinationen, z.B. mit Fremdfabrikaten ist damit nicht möglich. Auch eine mit Fremdfabrikaten durchgeführte Typprüfung (Momentanaufnahme) kann keine generelle Freigabe ergeben. Jegliche Änderung an einem der beiden Produkte führt zum Verlust der Gültigkeit einer solchen Typprüfung.

Eine klare Aussage seitens der Hersteller zur Verwendung von Steckfassungen in Kombination mit den dazugehörigen Relais ist daher zwingend notwendig. Möglicher unsachgemäßer Betrieb durch nicht klar deklarierte Einschränkungen und den daraus entstehenden Risiken wie z.B. der Brandgefahr oder verringerter Spannungsfestigkeit darf nicht unterschätzt und kann nicht generell ausgeschlossen werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass Steckfassungen verschiedener Hersteller in den seltensten Fällen vergleichbar sind.

 

[1] Steckverbinder – Sicherheitsanforderungen und Prüfungen
[2] Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln

Christian Kröpfl

Im Web publiziert - 11/2004

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