Neue Möglichkeiten bei der Umsetzung der überarbeiteten DIN EN60204-1 (VDE0113-1)
Mehrwerte schaffen
Jede Veränderung ist auch immer eine Chance neue Wege zu beschreiten. Die Neuerungen der aktualisierten DIN EN60204-1 werden die Verantwortlichen für die Umsetzung kaum vor große Herausforderungen stellen, denn vielfach entsprechen sie der gängigen Praxis. Wie sich die neuen Anforderungen so implementieren lassen, dass gleichzeitig zusätzliche Mehrwerte geschaffen werden und welche einfachen Software-Tools und Fachliteratur einem die Arbeit erleichtern, erläutert Dirk Meyer, Manager Special Applications bei Eaton.
Bild: Eaton Industries GmbHIn dieser sechsten Version der DIN EN60204-1 (VDE0113-1) werden viele grundlegenden Sicherheitsanforderungen bezüglich der elektrischen Ausrüstung vertieft. Zusätzliche Anforderungen bleiben jedoch überschaubar. Diese können zumeist durch zusätzliche Dokumentation und Berechnungen erfüllt werden. Dort, wo ergänzende Systemkomponenten notwendig sind, lassen sich durch die Auswahl der richtigen Produkte z.T. sogar sehr einfach zusätzliche Mehrwerte generieren.
Hauptschalter der neuesten Generation
Neu mit aufgenommen wurden Einrichtungen zur Unterbrechung der Energiezufuhr zur Verhinderung von unerwartetem Anlauf. So darf auch die Netztrenneinrichtung diese Funktion übernehmen. Solche Hauptschalter müssen dann nicht nur die Anforderungen der Produktnorm erfüllen, sondern im speziellen auch die Anforderungen an eine Netztrenneinrichtung nach Kapitel 5.3 der DIN EN60204-1 (VDE0113-1). Dazu zählt z.B. die Möglichkeit, dass Wiedereinschalten durch das Abschließen mit einem entsprechend geeigneten Schloss zu verhindern. Aus Eatons Schaltgeräteportfolio erfüllen sowohl die Nockenschalter T und P, die Lasttrennschalter der Dumeco-Serie oder die Lasttrennschalter (P)N1 bis (P)N4 diese Anforderungen. Wird ein Leistungsschalter NZM1 bis NZM4 mit entsprechenden Betätigungsgriffen aus dem Zubehörprogramm als Hauptschalter eingesetzt, lassen sich darüber hinaus noch zusätzliche Funktionen implementieren. Gerade dann, wenn Wartungsarbeiten am Schaltschrank unter Spannung durchgeführt werden müssen, lässt sich durch Nutzung des Wartungsmodus des Schalters (Arc Reduction Maintenance System kurz ARMS) die Gefahr durch Auftreten eines Störlichbogens für das Wartungspersonal deutlich reduzieren. Ist dieser ARMS-Modus aktiviert, reagiert der Schalter deutlich schneller als im Normalbetrieb, wodurch die Energie eines bei den Wartungsarbeiten möglicherweise auftretenden Lichtbogens erheblich reduziert wird. Die Verletzungsgefahr für das Wartungspersonal sinkt. Dieser Wartungsmodus kann auch automatisch, z.B. durch einen Türkontakt an der Schaltschranktür, aktiviert und auch wieder ausgeschaltet werden, so dass Anlage immer im richtigen Betriebszustand arbeitet. Aufgrund der vielfältigen Kommunikationsmöglichkeiten des neuen NZM Leistungsschalters (Modbus, Profinet, etc.) lässt sich dieser dazu noch einfach in das Automatisierungsumfeld integrieren. Eine Lebensdauerüberwachung sowie die sehr genaue Erfassung sämtlicher Energie- und Leistungswerte runden die Funktionalität ab. Weltweite Verfügbarkeit und globale Zulassungen machen den neuen NZM von Eaton zu einer universell einsetzbaren Sicherheitskomponente.
Bild: Eaton Industries GmbHPersonenschutz durch Fehlerstromschutzschalter (FI) weiter verbessern
Im Kapitel 7 'Schutz der Ausrüstung' wurde das Thema Erdschluss-/Fehlerstromschutz in der Norm ergänzt. Waren bisher Fehlerstromschutzeinrichtungen (FI-Schutzschalter) für Steckdosenkreise bis 20A nur optional, so müssen diese jetzt generell mit FI-Schutzschalter mit einem Bemessungsdifferenzstrom von In 30mA für den Personenschutz abgesichert sein (Kapitel 15.1). Für alle sonstigen, fest angeschlossenen Teile bleibt der erhöhte Personen- und Anlagenschutz über FI-Schutzschalter weiterhin optional. Doch gerade dann, wenn unter Spannung an Schaltschränken gearbeitet werden muss, empfiehlt sich natürlich der zusätzliche Personenschutz durch FI-Schutzschalter. FI-Schutzschalter der xEffect-Serie von Eaton erfüllen alle Anforderungen der DIN EN60204-1 (VDE0113-1).
FrequenzumrichterAnwendungen sicher realisieren
Die sichere Einbindung von Frequenzumrichtern wird mit unterschiedlichen Aspekten in der neuen DIN EN60204-1 (VDE0113-1) aufgegriffen. Neu aufgenommen wurde die Prüfung von Power-Drive-Systemen. Zu überprüfen ist, dass ein Fehler im Feld auch dann zur Abschaltung führt, wenn ein Frequenzumrichter oder ein Servoantrieb im Stromkreis eingebaut ist. Viele Umrichter der neuesten Generation mit internem Überlast- und Kurzschlussschutz können im Fehlerfall den Motor eigenständig abschalten, selbst dann, wenn ein Fehler im Umrichter selbst vorliegt. Verfügt der Umrichter nicht selbst über eine entsprechende Schutzeinrichtung, muss eine 'externe' Schutzeinrichtung diese Aufgabe übernehmen. In diesem Fall ist auch die Schleifenimpedanz zu prüfen, damit sichergestellt ist, dass im Fehlerfall die zugeordnete Schutzeinrichtung wirklich anspricht. Die Frequenzumrichter der PowerXL-Produktlinie von Eaton verfügen über einen normgerechten Schutz. Sie erkennen Fehler wie Erd- oder Kurzschlüsse im Motorstromkreis und schalten diesen dann automatisch ab. Im Kapitel 10 der Norm wird unterschieden zwischen der Betätigung der Netztrenneinrichtung, um ein Nothalt oder ein Notaus, zur Unterbrechung der Energiezufuhr, zu bewirken. Es wurde nun festgelegt, dass die Unterbrechung der Energiezufuhr durch die Netztrenneinrichtung zur Aktivierung der Stop-Funktion eines Frequenzumrichters als Stopp der Kategorie 0 angesehen werden kann. Sie lässt sich damit dazu verwenden, eine Bewegung während eines Notaus zu stoppen. Wie Schaltungen zum Nothalt mit Frequenzumrichter fachgerecht ausgeführt werden, erläutert das neue Sicherheitshandbuch der Firma Eaton anschaulich anhand mehrerer TÜV-geprüfter Schaltungsbeispiele für verschiedene Stopp-Kategorien. In den Schaltungsbeispielen wird zum einen die Umsetzung im Detail erläutert, zum anderen ist auch die erreichbare Sicherheitskategorie genannt. Ist für eine Anwendung eine bestimmte Sicherheitskategorie gefordert, kann die notwendige Schaltung dafür einfach ermittelt werden. Auch die notwendige Hardware und sonstige Randbedingungen sind im Handbuch angegeben, so dass die Umsetzung der Funktion in der entsprechenden Sicherheitskategorie zuverlässig gelingt.
Neue Festlegungen zur Anlagendokumentation
Eine der wichtigsten Neuerung bezüglich der Anlagendokumentation ist die Angabe des Bemessungskurzschlussstromes der gesamten elektrischen Ausrüstung (7.10). Die Norm erlaubt hier mehrere Verfahren zur Bestimmung dieses Wertes. Sowohl die Anwendung von Konstruktionsregeln, als auch Berechnungen oder Typprüfungen sind zugelassen. Häufig empfiehlt sich die Berechnungsmethode, denn dafür existieren einfache Softwarelösungen mit grafischer Oberfläche, welche den Aufwand einer solchen Berechnung erheblich reduzieren. Mit der kostenlosen Software xSpider von Eaton lassen sich die notwendigen Werte für Maschinen und Niederspannungsnetze schnell und zuverlässig ermitteln und dokumentieren. Ebenfalls wird nun in Kapitel 11 gefordert, eine Wärmeberechnung durchzuführen und eine Wärmebilanz zu erstellen. Ziel ist es, eine Überhitzung während des Betriebes der Maschine zu vermeiden. Ein mögliches Verfahren zur Berechnung ist der Nachweis nach den Methoden der IEC61439. Während Schaltgerätekombinationen mit einem Anlagennennstrom größer 1.600A nach IEC61439 immer geprüft werden müssen, ist für Bemessungsströme InA bis 630A, wie sie im Maschinenbau häufig vorkommen, eine Berechnung nach Absatz 10.10 der EN61439-1, dem sogenannten RDF-Verfahren, üblich. Liegt der Bemessungsstrom InA bei unter 1.600A erfolgt die Berechnung dann nach IEC60890. Eaton nennt im Produktdatenblatt für alle seine Geräte die jeweiligen Verlustleistungen, sodass sich die Gesamtwärmewirkung schnell ermitteln lässt. Zudem bieten die meisten Gerätehersteller, ECAD-Anbieter und Schaltschrankhersteller Software-Tools zur Berechnung der Temperatur. Das TC-Tool, welches auf der Internetseite von Eaton heruntergeladen werden kann, ist ein Programm für den normenkonformen Nachweis zur Erwärmung in der Schaltanlage nach DIN EN61439-1. Eine wichtige Ergänzung der neuen Norm ist, dass EMV-Störfestigkeits- und Emissionstests obligatorisch werden. Darauf kann allerdings verzichtet werden, wenn die verwendeten elektrischen Komponenten bereits die relevanten EMV-Anforderungen erfüllen, was typischerweise durch deren CE-Kennzeichnung belegt ist, und die Installation sowie Verdrahtung dieser Komponenten entsprechenden der Betriebsanleitungen der jeweiligen Hersteller erfolgt ist. Gleiches gilt, falls es keine relevanten EMV-Vorschriften gibt, und die Maßnahmen des neuen EMV-Anhangs der Norm angewendet wurden. Neu hinzugenommen wurde ebenfalls die Prüfung der Umgebungsbedingungen. So sind die verbauten Komponenten dahingehend zu überprüfen, dass sie bezüglich der Vibration-, Stoß- und Schockfestigkeit für die zu erwartenden Belastungen geeignet sind. Auch die Höhenlage des zukünftigen Einsatzortes ist zu beachten.
Auswahl der elektrischen Ausrüstung entscheidend
Wer bisher seine Schaltschränke normgerecht konstruiert und projektiert hat, wird durch die überarbeitete Version der IEC60204-1 nicht vor allzu große Herausforderungen gestellt. Bei Einsatz normkonformer elektrischer Ausrüstung und Schaltgerätetechnik sowie Nutzung verfügbarer Projektierungs- und Dokumentationssoftware stellen die Überarbeitungen innerhalb der Norm den Anwender vor keine allzu großen Herausforderungen. Weitere Informationen liefert das Whitepaper 'Update für die DIN EN60204-1 (VDE0113-1)' des Energie-Management-Unternehmens (www.eaton.de/EN60204) sowie das aktualisierte Sicherheitshandbuch (eaton.de/shb), die zum Download bereitstehen .
Jede Veränderung ist auch immer eine Chance neue Wege zu beschreiten. Die Neuerungen der aktualisierten DIN EN60204-1 werden die Verantwortlichen für die Umsetzung kaum vor große Herausforderungen stellen, denn vielfach entsprechen sie der gängigen Praxis. Wie sich die neuen Anforderungen so implementieren lassen, dass gleichzeitig zusätzliche Mehrwerte geschaffen werden und welche einfachen Software-Tools und Fachliteratur einem die Arbeit erleichtern, erläutert Dirk Meyer, Manager Special Applications bei Eaton.
Bild: Eaton Industries GmbHIn dieser sechsten Version der DIN EN60204-1 (VDE0113-1) werden viele grundlegenden Sicherheitsanforderungen bezüglich der elektrischen Ausrüstung vertieft. Zusätzliche Anforderungen bleiben jedoch überschaubar. Diese können zumeist durch zusätzliche Dokumentation und Berechnungen erfüllt werden. Dort, wo ergänzende Systemkomponenten notwendig sind, lassen sich durch die Auswahl der richtigen Produkte z.T. sogar sehr einfach zusätzliche Mehrwerte generieren.
Hauptschalter der neuesten Generation
Neu mit aufgenommen wurden Einrichtungen zur Unterbrechung der Energiezufuhr zur Verhinderung von unerwartetem Anlauf. So darf auch die Netztrenneinrichtung diese Funktion übernehmen. Solche Hauptschalter müssen dann nicht nur die Anforderungen der Produktnorm erfüllen, sondern im speziellen auch die Anforderungen an eine Netztrenneinrichtung nach Kapitel 5.3 der DIN EN60204-1 (VDE0113-1). Dazu zählt z.B. die Möglichkeit, dass Wiedereinschalten durch das Abschließen mit einem entsprechend geeigneten Schloss zu verhindern. Aus Eatons Schaltgeräteportfolio erfüllen sowohl die Nockenschalter T und P, die Lasttrennschalter der Dumeco-Serie oder die Lasttrennschalter (P)N1 bis (P)N4 diese Anforderungen. Wird ein Leistungsschalter NZM1 bis NZM4 mit entsprechenden Betätigungsgriffen aus dem Zubehörprogramm als Hauptschalter eingesetzt, lassen sich darüber hinaus noch zusätzliche Funktionen implementieren. Gerade dann, wenn Wartungsarbeiten am Schaltschrank unter Spannung durchgeführt werden müssen, lässt sich durch Nutzung des Wartungsmodus des Schalters (Arc Reduction Maintenance System kurz ARMS) die Gefahr durch Auftreten eines Störlichbogens für das Wartungspersonal deutlich reduzieren. Ist dieser ARMS-Modus aktiviert, reagiert der Schalter deutlich schneller als im Normalbetrieb, wodurch die Energie eines bei den Wartungsarbeiten möglicherweise auftretenden Lichtbogens erheblich reduziert wird. Die Verletzungsgefahr für das Wartungspersonal sinkt. Dieser Wartungsmodus kann auch automatisch, z.B. durch einen Türkontakt an der Schaltschranktür, aktiviert und auch wieder ausgeschaltet werden, so dass Anlage immer im richtigen Betriebszustand arbeitet. Aufgrund der vielfältigen Kommunikationsmöglichkeiten des neuen NZM Leistungsschalters (Modbus, Profinet, etc.) lässt sich dieser dazu noch einfach in das Automatisierungsumfeld integrieren. Eine Lebensdauerüberwachung sowie die sehr genaue Erfassung sämtlicher Energie- und Leistungswerte runden die Funktionalität ab. Weltweite Verfügbarkeit und globale Zulassungen machen den neuen NZM von Eaton zu einer universell einsetzbaren Sicherheitskomponente.
Bild: Eaton Industries GmbHPersonenschutz durch Fehlerstromschutzschalter (FI) weiter verbessern
Im Kapitel 7 'Schutz der Ausrüstung' wurde das Thema Erdschluss-/Fehlerstromschutz in der Norm ergänzt. Waren bisher Fehlerstromschutzeinrichtungen (FI-Schutzschalter) für Steckdosenkreise bis 20A nur optional, so müssen diese jetzt generell mit FI-Schutzschalter mit einem Bemessungsdifferenzstrom von In 30mA für den Personenschutz abgesichert sein (Kapitel 15.1). Für alle sonstigen, fest angeschlossenen Teile bleibt der erhöhte Personen- und Anlagenschutz über FI-Schutzschalter weiterhin optional. Doch gerade dann, wenn unter Spannung an Schaltschränken gearbeitet werden muss, empfiehlt sich natürlich der zusätzliche Personenschutz durch FI-Schutzschalter. FI-Schutzschalter der xEffect-Serie von Eaton erfüllen alle Anforderungen der DIN EN60204-1 (VDE0113-1).
FrequenzumrichterAnwendungen sicher realisieren
Die sichere Einbindung von Frequenzumrichtern wird mit unterschiedlichen Aspekten in der neuen DIN EN60204-1 (VDE0113-1) aufgegriffen. Neu aufgenommen wurde die Prüfung von Power-Drive-Systemen. Zu überprüfen ist, dass ein Fehler im Feld auch dann zur Abschaltung führt, wenn ein Frequenzumrichter oder ein Servoantrieb im Stromkreis eingebaut ist. Viele Umrichter der neuesten Generation mit internem Überlast- und Kurzschlussschutz können im Fehlerfall den Motor eigenständig abschalten, selbst dann, wenn ein Fehler im Umrichter selbst vorliegt. Verfügt der Umrichter nicht selbst über eine entsprechende Schutzeinrichtung, muss eine 'externe' Schutzeinrichtung diese Aufgabe übernehmen. In diesem Fall ist auch die Schleifenimpedanz zu prüfen, damit sichergestellt ist, dass im Fehlerfall die zugeordnete Schutzeinrichtung wirklich anspricht. Die Frequenzumrichter der PowerXL-Produktlinie von Eaton verfügen über einen normgerechten Schutz. Sie erkennen Fehler wie Erd- oder Kurzschlüsse im Motorstromkreis und schalten diesen dann automatisch ab. Im Kapitel 10 der Norm wird unterschieden zwischen der Betätigung der Netztrenneinrichtung, um ein Nothalt oder ein Notaus, zur Unterbrechung der Energiezufuhr, zu bewirken. Es wurde nun festgelegt, dass die Unterbrechung der Energiezufuhr durch die Netztrenneinrichtung zur Aktivierung der Stop-Funktion eines Frequenzumrichters als Stopp der Kategorie 0 angesehen werden kann. Sie lässt sich damit dazu verwenden, eine Bewegung während eines Notaus zu stoppen. Wie Schaltungen zum Nothalt mit Frequenzumrichter fachgerecht ausgeführt werden, erläutert das neue Sicherheitshandbuch der Firma Eaton anschaulich anhand mehrerer TÜV-geprüfter Schaltungsbeispiele für verschiedene Stopp-Kategorien. In den Schaltungsbeispielen wird zum einen die Umsetzung im Detail erläutert, zum anderen ist auch die erreichbare Sicherheitskategorie genannt. Ist für eine Anwendung eine bestimmte Sicherheitskategorie gefordert, kann die notwendige Schaltung dafür einfach ermittelt werden. Auch die notwendige Hardware und sonstige Randbedingungen sind im Handbuch angegeben, so dass die Umsetzung der Funktion in der entsprechenden Sicherheitskategorie zuverlässig gelingt.
Neue Festlegungen zur Anlagendokumentation
Eine der wichtigsten Neuerung bezüglich der Anlagendokumentation ist die Angabe des Bemessungskurzschlussstromes der gesamten elektrischen Ausrüstung (7.10). Die Norm erlaubt hier mehrere Verfahren zur Bestimmung dieses Wertes. Sowohl die Anwendung von Konstruktionsregeln, als auch Berechnungen oder Typprüfungen sind zugelassen. Häufig empfiehlt sich die Berechnungsmethode, denn dafür existieren einfache Softwarelösungen mit grafischer Oberfläche, welche den Aufwand einer solchen Berechnung erheblich reduzieren. Mit der kostenlosen Software xSpider von Eaton lassen sich die notwendigen Werte für Maschinen und Niederspannungsnetze schnell und zuverlässig ermitteln und dokumentieren. Ebenfalls wird nun in Kapitel 11 gefordert, eine Wärmeberechnung durchzuführen und eine Wärmebilanz zu erstellen. Ziel ist es, eine Überhitzung während des Betriebes der Maschine zu vermeiden. Ein mögliches Verfahren zur Berechnung ist der Nachweis nach den Methoden der IEC61439. Während Schaltgerätekombinationen mit einem Anlagennennstrom größer 1.600A nach IEC61439 immer geprüft werden müssen, ist für Bemessungsströme InA bis 630A, wie sie im Maschinenbau häufig vorkommen, eine Berechnung nach Absatz 10.10 der EN61439-1, dem sogenannten RDF-Verfahren, üblich. Liegt der Bemessungsstrom InA bei unter 1.600A erfolgt die Berechnung dann nach IEC60890. Eaton nennt im Produktdatenblatt für alle seine Geräte die jeweiligen Verlustleistungen, sodass sich die Gesamtwärmewirkung schnell ermitteln lässt. Zudem bieten die meisten Gerätehersteller, ECAD-Anbieter und Schaltschrankhersteller Software-Tools zur Berechnung der Temperatur. Das TC-Tool, welches auf der Internetseite von Eaton heruntergeladen werden kann, ist ein Programm für den normenkonformen Nachweis zur Erwärmung in der Schaltanlage nach DIN EN61439-1. Eine wichtige Ergänzung der neuen Norm ist, dass EMV-Störfestigkeits- und Emissionstests obligatorisch werden. Darauf kann allerdings verzichtet werden, wenn die verwendeten elektrischen Komponenten bereits die relevanten EMV-Anforderungen erfüllen, was typischerweise durch deren CE-Kennzeichnung belegt ist, und die Installation sowie Verdrahtung dieser Komponenten entsprechenden der Betriebsanleitungen der jeweiligen Hersteller erfolgt ist. Gleiches gilt, falls es keine relevanten EMV-Vorschriften gibt, und die Maßnahmen des neuen EMV-Anhangs der Norm angewendet wurden. Neu hinzugenommen wurde ebenfalls die Prüfung der Umgebungsbedingungen. So sind die verbauten Komponenten dahingehend zu überprüfen, dass sie bezüglich der Vibration-, Stoß- und Schockfestigkeit für die zu erwartenden Belastungen geeignet sind. Auch die Höhenlage des zukünftigen Einsatzortes ist zu beachten.
Auswahl der elektrischen Ausrüstung entscheidend
Wer bisher seine Schaltschränke normgerecht konstruiert und projektiert hat, wird durch die überarbeitete Version der IEC60204-1 nicht vor allzu große Herausforderungen gestellt. Bei Einsatz normkonformer elektrischer Ausrüstung und Schaltgerätetechnik sowie Nutzung verfügbarer Projektierungs- und Dokumentationssoftware stellen die Überarbeitungen innerhalb der Norm den Anwender vor keine allzu großen Herausforderungen. Weitere Informationen liefert das Whitepaper 'Update für die DIN EN60204-1 (VDE0113-1)' des Energie-Management-Unternehmens (www.eaton.de/EN60204) sowie das aktualisierte Sicherheitshandbuch (eaton.de/shb), die zum Download bereitstehen .
Eaton Industries GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 7 2019 - 23.07.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
