Welche Norm für Stromschienen für Ihren Auftrag gilt

Die meiste Verwirrung um Normen in der Arbeit an Strom- und Sammelschienen geht auf einen einzigen Fehler zurück: „Welche Norm gilt?“ wird als eine Frage behandelt, obwohl es drei sind. Produktart, Spannungsebene und Zielmarkt schneiden das Feld jeweils anders, und solange nicht alle drei beantwortet sind, lässt sich kein maßgebendes Dokument benennen. Ein Schienenverteiler für 690 V, der nach Chicago geht, und ein Schienenverteiler für 690 V, der nach Frankfurt geht, sind dasselbe Stück Kupfer unter zwei völlig verschiedenen Regelwerken, und der Unterschied zeigt sich in der Lochbearbeitung, in der Beschichtung und in den Unterlagen.

Diese Seite geht die drei Fragen der Reihe nach durch und ordnet dann jede Norm an ihrer Anwendungsgrenze ein, sodass Sie sehen, wo sie endet.

Die drei Fragen

Was ist das Produkt? Nicht, was es enthält. Was es ist, als gelistetes oder erklärtes Objekt. Eine Schaltgerätekombination, ein Schienenverteiler, ein Bauteil, das in die Kombination eines anderen eingeht, oder blanke Schiene, die nach Meter verkauft wird. Das sind vier verschiedene Regelwerke, und das Kupfer ist oft identisch.

Welche Spannungsebene? Die 1-kV-Grenze ist die harte Trennlinie in der IEC-Welt. Darunter sind Sie in der Reihe 61439; darüber, bis 52 kV, sind Sie in 62271-200, mit anderen Luftstrecken und einem Störlichtbogenregime, für das es in der Niederspannung keine Entsprechung gibt.

Welcher Markt? Das entscheidet über die Form des Konformitätsnachweises, und es ist die Frage, die am häufigsten zuletzt gestellt wird — in der falschen Reihenfolge. Sie ändert die Fertigung und nicht nur die Akte.

Der Entscheidungsbaum

Alles Weitere erläutert die Zeilen.

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen: die Reihe IEC 61439

IEC 61439 erfasst Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen bis 1000 V AC und 1500 V DC. Der strukturelle Punkt, über den Einsteiger stolpern, ist, dass Teil 1 keine für sich stehende Spezifikation ist. Er enthält die allgemeinen Festlegungen und wird über den Teil angewendet, der Ihr Produkt benennt:

• 61439-2 — Energie-Schaltgerätekombinationen. Verteilertafeln, MCCs, Hauptverteilungen. Der Regelfall für den Schaltanlagenbau.
• 61439-3 — Installationsverteiler, die zur Bedienung durch Laien bestimmt sind. Zählerschränke und Ähnliches. Die angenommenen Belastungswerte in Teil 3 liegen durchgehend eine Stufe unter denen in Teil 2, weil ein Verteiler mit vielen kleinen Abgängen nicht so belastet wird wie eine Hauptverteilung.
• 61439-5 — Kombinationen für die Energieverteilung in öffentlichen Netzen.
• 61439-6 — Schienenverteilersysteme. Wenn Sie Schienenverteiler für einen IEC-Markt bauen, ist das Ihr Teil, und Teil 2 ist es nicht.
• 61439-7 — Kombinationen für bestimmte Anwendungen: Marinas, Campingplätze, Marktplätze und Ladestationen für Elektrofahrzeuge.

Was eine Fertigung tatsächlich prägt, ist die Nachweispflicht. IEC 61439 zertifiziert nichts; sie verlangt vom Hersteller einen Bauartnachweis, der belegt, dass die erklärten Eigenschaften eingehalten werden — durch Prüfung, durch Ableitung aus einer geprüften Konstruktion oder durch Berechnung, soweit die Norm es zulässt. Die Erwärmung ist die Stelle, an der die Schienenarbeit landet, und die Nachweiswege haben harte Grenzen. Der Rechenweg über IEC TR 60890 schließt oberhalb von 1600 A, und für Kombinationen mit nur einem Raum bis 630 A gibt es einen eigenen, stärker eingeschränkten Rechenweg. Unser Beitrag zum Erwärmungsnachweis behandelt die Randbedingungen und die Rechnung vollständig.

Die CE-Kennzeichnung sitzt darüber, nicht darin. Die Kombination wird nach der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU und der EMV-Richtlinie 2014/30/EU auf dem EU-Markt bereitgestellt, wobei EN 61439 der harmonisierte Weg zur Konformitätsvermutung ist. Es ist keine dritte Stelle beteiligt, sofern Sie nicht selbst eine hinzuziehen.

Oberhalb von 1 kV: IEC 62271-200

IEC 62271-200 erfasst metallgekapselte Wechselstrom-Schaltanlagen für Bemessungsspannungen über 1 kV bis einschließlich 52 kV, für Innen- und Außenraumaufstellung, bei Frequenzen bis 60 Hz. Sie ergänzt die Gerätenormen für gekapselte Betriebsmittel und ist an IEC 62271-1 angelehnt.

Für den Fertiger, der diese Linie überschreitet, ändern sich drei Dinge. Die Luftstrecken werden größer, sodass Schienenabstände und Stützengeometrie von den dielektrischen Anforderungen bestimmt werden und nicht von den thermischen. Der Zustand von Oberfläche und Kante ist nicht mehr eine Frage der Sorgfalt, sondern eine Konstruktionsvorgabe, denn die Feldstärke konzentriert sich an scharfen Ecken, und ein Grat, der bei 400 V unsichtbar bliebe, wird bei 24 kV zum Ort einer Teilentladung; deshalb wird das Anfasen in Mittelspannungsbetrieben mit einer Toleranz vorgegeben und nicht dem Bediener überlassen. Und es gibt eine Klassifizierung für Störlichtbögen, für die es in der Niederspannung keine Entsprechung gibt; sie schränkt den Aufbau der Kapselung ein und mittelbar auch den Raum, den Sie für die Schienenführung haben.

Nordamerika: UL 891, UL 857, NEMA BU 1

Das nordamerikanische System unterscheidet sich von IEC in der Art, nicht im Grad. Die einschlägigen Normen sind Produktsicherheitsnormen, die über eine Listung durch Dritte durchgesetzt werden, und aus Sicht eines Exporteurs ist dieser Konformitätsmechanismus der eigentliche Inhalt von UL 891.

UL 891 gilt für Switchboards in Dead-front-Bauweise mit einer Nennspannung von 1000 V oder weniger, für die Errichtung nach dem National Electrical Code (ANSI/NFPA 70), dem Canadian Electrical Code Part I und der mexikanischen Errichtungsnorm NOM-001-SEDE, bei einem verfügbaren Kurzschlussstrom bis 200.000 A. Die Ausschlüsse markieren die Grenzen: Bühnen-Vorwahl- und Dimmersteuerungen, Bauweisen mit frei liegenden spannungsführenden Teilen, Steuer- und Bahnstromausrüstungen sowie Bauformen, die ausschließlich zur Aufnahme von Einschüben für Motor Control Center bestimmt sind.

Die benachbarte Norm ist UL 1558 für metallgekapselte Niederspannungs-Leistungsschalteranlagen. Ist das Produkt um ausfahrbare LVPCB aufgebaut, ist es Gebiet von UL 1558 und nicht von UL 891, und das Kurzschlussprüfregime unterscheidet sich. Steuerungstafeln sind noch einmal ein dritter Fall, unter UL 508A. Diese Grenze falsch zu ziehen ist teuer, denn die Listung, die Sie erhalten, gilt für eine Produktkategorie und nicht für ein Stück Hardware.

UL 857 erfasst Schienenverteiler für Hausanschluss, Steig- und Endstromkreise sowie deren Formstücke, bemessen für 600 V oder weniger und bis 6000 A. Ein Schienenverteiler nach dieser Norm ist eine geerdete Metallkapselung mit werkseitig montierten Schienen, Stäben oder Rohren aus Kupfer oder Aluminium. Ausgenommen sind metallgekapselte Schienen, die Schaltanlagen in vorgefertigten Verteilungssystemen verbinden. Über 600 V oder über 6000 A haben Sie den Anwendungsbereich verlassen, und das gewinnt in der Arbeit für Rechenzentren an Bedeutung, wo die Bemessungswerte weiter steigen.

NEMA BU 1 ist die Produktnorm für Schienenverteiler; BU 1.1 gibt allgemeine Anweisungen für Handhabung, Errichtung, Betrieb und Instandhaltung von Schienenverteilern bis 600 V. BU 1.1 erfasst gekapselte, in Abschnitte unterteilte, vorgefertigte Sammelschienen ab 100 A, eingeteilt in Steigleitungs-Schienenverteiler für Innen- und Außenraum, Abgangs-Schienenverteiler für den Innenraum und Zubehör. Metallgekapselte Schienenverteiler nach ANSI/IEEE C37.23 sind nicht erfasst. Lesen Sie BU 1.1 auch von der Fertigungsseite und nicht nur von der Baustellenseite, denn ein guter Teil der Schäden, vor denen es die Errichter warnt, entsteht im Werk, bei der Handhabung zwischen der Kröpfstation und dem Packplatz.

Der Unterschied im Konformitätsnachweis ist das, worum ein Exporteur planen muss. Ein Produkt im UL-Bereich wird von einem national anerkannten Prüflaboratorium gelistet, und die Listung wird durch Nachinspektionen in Ihrem Werk aufrechterhalten. Ein Produkt im IEC-Bereich trägt die Erklärung des Herstellers selbst, gestützt auf eine Nachweisakte. Eine Akte nach IEC 61439 lässt sich nicht in eine UL-Listung überführen, und keine Menge an Prüfdaten ersetzt die Vereinbarung über die Nachinspektion. Wir haben diesen Vergleich ausführlich in UL 891 gegenüber IEC 61439 ausgeführt.

China: GB/T 7251.1-2023

GB/T 7251.1 ist die chinesische nationale Norm für Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen, aus IEC 61439-1 übernommen und mit demselben Anwendungsbereich von 1000 V AC und 1500 V DC. Die Ausgabe 2013 war eine identische Übernahme von IEC 61439-1

; die aktuelle Ausgabe ist GB/T 7251.1-2023, und die Bezeichnung trägt das Präfix GB/T, was eine empfohlene und keine verbindliche nationale Norm bedeutet.

Für einen Exporteur ist die praktische Frage eine der Unterlagen und keine technische. Die technische Übereinstimmung mit IEC ist hoch, die Konstruktion lässt sich also mit wenig Nacharbeit übertragen. Der Geltungsbereich der CCC-Kennzeichnung und die anerkannte Form des Nachweises übertragen sich nicht automatisch, und die sichere Annahme ist, dass sie mit Ihrer IEC-Akte überhaupt nicht mitreisen.

Indien: IS/IEC 61439-2 und das Problem IS 8623

IS/IEC 61439-2 ist die indische Übernahme der IEC-Norm für Energie-Schaltgerätekombinationen. Sie löst IS 8623 ab, die ihrerseits technisch identisch mit der älteren IEC 60439 war.

Die Schwierigkeit liegt im Verfahren. IS 8623 taucht noch Jahre nach ihrer Ablösung in indischen Ausschreibungsunterlagen auf, meist weil die Spezifikation aus einem älteren Projekt fortgeschrieben und nicht bewusst gewählt wurde. Wenn Sie sie sehen, fragen Sie nach, bevor Sie kalkulieren. Der konstruktive Unterschied zwischen den Regelwerken 60439 und 61439 ist real. 60439 beruhte auf der Typprüfung einer vollständigen Kombination, 61439 auf dem Bauartnachweis erklärter Eigenschaften, und ein Angebot auf der falschen Grundlage kann ein Nachweisprogramm bedeuten, das Sie nicht eingeplant haben.

Die Normen, die unabhängig vom eingeschlagenen Zweig gelten

Vier Dokumente liegen unter jedem Zweig des Baums.

IEC 60664-1 legt die Isolationskoordination für Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen fest, und von dort stammen die Werte für Luft- und Kriechstrecken in IEC 61439. Die Luftstrecke wird aus der Bemessungs-Stoßspannung zusammen mit Verschmutzungsgrad und Höhe abgeleitet. Die Kriechstrecke wird aus der Arbeitsspannung, dem Verschmutzungsgrad und der Vergleichszahl der Kriechwegbildung des Isolierstoffs abgeleitet. Was das für einen Fertiger bedeutet: Zwei Anlagen bei derselben Spannung können unterschiedliche normativ geforderte Mindestabstände haben, weil sie in verschiedenen Verschmutzungsgraden oder in verschiedenen Höhen stehen.

IEC 60947-1 enthält die allgemeinen Festlegungen für die Niederspannungsgeräte selbst und nicht für die Kombinationen, in die sie eingebaut werden. Von Bedeutung ist sie an der Schnittstelle. Die Anschlussausführungen und Temperaturgrenzen des Leistungsschalters, auf dem Ihre Schiene landet, werden hier festgelegt, und wo eine Geräteanschlussstelle zugleich die Anschlussstelle für einen äußeren Leiter ist, gilt die niedrigere der beiden anwendbaren Temperaturgrenzen. Legen Sie die Verbindung auf die Grenze des Geräts aus, nicht auf die der Schiene.

DIN 43671 bleibt in weiten Teilen der Welt die praktische Referenz für die Strombelastbarkeit von Kupferschienen, gleich unter welchem Regelwerk die fertige Kombination erklärt wird. Ihre Tabellen beziehen sich auf 35 °C Umgebungstemperatur und 65 °C Schienentemperatur, mit Korrekturdiagrammen für Umgebungstemperaturen von 0 bis 60 °C, Betriebstemperaturen bis 125 °C und Faktoren für die Schienenanordnung und die Anzahl der Schienen je Phase. Ein Bemessungswert ohne die zugehörigen Annahmen zu Umgebung und Anordnung ist kein Bemessungswert; deshalb fragt unser Rechner für die Strombelastbarkeit nach der Einbausituation, bevor er eine Zahl ausgibt.

DIN 43673-1 regelt Lage und Größe der Löcher an rechteckigen Sammelschienen sowie die Grunddaten für die Schraubverbindungen, für Gleichstrom und Wechselstrom bis 60 Hz. Vier Seiten, ausgegeben im Februar 1982, weiterhin gültig. Sie ist das Dokument hinter den meisten europäischen Lochbildern und wird auf Zeichnungen regelmäßig ohne beigefügte Maße zitiert; der Beitrag zu Lochbildern behandelt, was dann zu tun ist.

EN 13601 erfasst Kupferstangen, -stäbe und -drähte für elektrotechnische Zwecke, einschließlich Cu-ETP mit der Werkstoffnummer CW004A. Ihre Werkstoffzustände sind das, was Ihr Werkszeugnis angibt: R220/H040 weichgeglüht mit 220–260 N/mm², R240/H065 halbhart mit 240–300 N/mm², R290/H090 hart mit 290–360 N/mm². Das ist eine Werkstoffnorm und keine Konstruktionsnorm; deshalb ist eine Bestellung, auf der nur „Kupferschiene“ steht, nicht beschaffbar. Der Werkstoffzustand entscheidet über den kleinsten Biegeradius und über die Rückfederung, und beide entscheiden darüber, ob sich die gelieferte Schiene nach Ihrer Zeichnung umformen lässt.

Falsch zitierte Normen

Drei Fehler treten häufig genug auf, um sie zu benennen.

DIN 46433 ist keine Norm für Lochbilder an Sammelschienen. Es handelt sich um DIN 46433

, Flachdrähte und Flachstangen, gezogen, mit gerundeten Kanten — Maße. Acht Seiten, und eine Maßnorm für gezogenen Flachdraht und gezogene Flachstangen. Sie sagt nichts über Lochlagen oder Schraubverbindungen. Sie ist zurückgezogen und wird durch DIN EN 13601 ersetzt. Wenn eine Zeichnung sie für ein Lochbild zitiert, sind DIN 43673-1 für das Lochbild und DIN 43671 für die Strombelastbarkeit gemeint; wird sie für den Werkstoff zitiert, ist EN 13601 das gültige Dokument.

IEC 61439 schreibt das Anfasen nicht vor. Keine Festlegung verlangt einen Kantenradius an einer Sammelschiene. Was die Norm verlangt, ist die Einhaltung der Festlegungen zu Luftstrecken, Kriechstrecken und Isolationsfestigkeit, und die Kantengeometrie ist ein technisches Mittel, sie einzuhalten — vor allem dort, wo die Feldkonzentration an einer scharfen Ecke die begrenzende Größe ist. Lieferantenunterlagen, die das Anfasen als benannte Anforderung der IEC 61439 ausgeben, sind falsch, und diese Behauptung gegenüber dem Ingenieur eines Kunden zu wiederholen kostet Sie die Glaubwürdigkeit für alles Übrige im Angebot.

IS 8623 ist abgelöst. Sie bleibt als Beschreibung dessen gültig, was eine ältere indische Spezifikation verlangte, und sie ist in laufenden Ausschreibungen weiterhin verbreitet. Sie ist nicht die Norm, auf die Ihr Nachweisprogramm zielen sollte, sofern der Kunde das nicht schriftlich bestätigt.

Was sich in der Fertigung tatsächlich ändert

Die Zweige des Baums laufen an fünf konkreten Stellen auseinander, und dort kostet eine falsche Antwort Geld und nicht nur Verlegenheit.

• Lochbilder: Europäische Arbeit folgt metrischen, aus DIN abgeleiteten Lochbildern; nordamerikanische Arbeit folgt der NEMA-Konvention mit zwei Löchern, ½-Zoll-Schrauben im Abstand von 1¾ Zoll (44,45 mm) und Löchern von 0,562 Zoll. Dieselbe Schiene, ein anderes Rüsten des Werkzeugmagazins, ein anderer Werkzeugbestand. Wer für beide fertigt, für den ist die Zahl der Werkzeugstationen an der Maschine eine kaufmännische und keine technische Entscheidung. Das ist das Argument für ein Bearbeitungszentrum mit 24 Stationen wie das IMAC-CENTER 80 statt einer Linie mit festen Werkzeugen.

• Erwärmungsbudget: IEC und nordamerikanische Praxis lassen an derselben Schiene sehr unterschiedliche Erwärmungen zu; die nordamerikanischen Grenzwerte sind enger und reagieren auf die Beschichtung. Eine Schiene nach dem einen Regelwerk auszulegen und in das andere zu liefern ist ein direkter Weg, eine Prüfung nicht zu bestehen, die Sie bereits bezahlt haben.

• Beschichtung: ergibt sich aus dem vorigen Punkt und läuft der üblichen Empfehlung für IEC-Märkte zuwider, wo Verbindungsflächen Kupfer auf Kupfer meist blank bleiben, weil eine weiche Beschichtung bei Temperatur fließen und die Kontaktkraft abbauen kann.

• Kanten- und Oberflächenzustand: in der Mittelspannung durch die dielektrischen Anforderungen bestimmt, bei jeder Spannung durch die Kontaktgüte. Entgraten ist keine Kosmetik, wenn der Grat in einer Verbindungsfläche sitzt: Er hält die beiden Schienen auseinander, und die Kontaktfläche, mit der Sie gerechnet haben, ist nicht die Kontaktfläche, die Sie bekommen. Eine Entgratlinie wie die BND800-2 gibt es, weil sich diese Arbeit bei Serienstückzahlen von Hand nicht zuverlässig ausführen lässt.

• Kennzeichnung und Dokumentation: ein UL-Listungszeichen, eine CE-Erklärung und ein CCC-Zertifikat entstehen in drei verschiedenen Verfahren mit drei verschiedenen Vorlaufzeiten. Fast immer unterschätzt wird die Vereinbarung über die Nachinspektion hinter einer UL-Listung, weil sie eine dauerhafte Verpflichtung für Ihr Werk ist und keine einmalige Übung.

Zwei durchgerechnete Fälle

Nehmen Sie eine Hauptverteilung mit 4000 A für ein deutsches Rechenzentrum. Produkt: Energie-Schaltgerätekombination, also IEC 61439-1 mit 61439-2. Spannung: 400 V, klar innerhalb des Anwendungsbereichs. Markt: EU, also eine Konformitätserklärung nach Niederspannungs- und EMV-Richtlinie mit einem Bauartnachweis dahinter. Oberhalb von 1600 A ist der Rechenweg geschlossen; die Erwärmung wird daher durch Prüfung nachgewiesen oder aus einer geprüften Konstruktion abgeleitet, und diese Entscheidung muss vor dem ersten Schnitt fallen, weil sie bestimmt, ob Sie ein Prüfmuster bauen. Strombelastbarkeit der Schienen nach DIN 43671 mit den zugehörigen Korrekturfaktoren, Lochbilder nach DIN 43673-1, Werkstoff nach EN 13601 mit einem auf der Bestellung genannten Werkstoffzustand. Luft- und Kriechstrecken auf IEC 60664-1 beim richtigen Verschmutzungsgrad zurückgeführt.

Nun ein Strang Abgangs-Schienenverteiler mit 2500 A für ein US-Distributionszentrum. Produkt: Schienenverteiler, also UL 857 mit NEMA BU 1 und BU 1.1. Spannung: 480 V und Strom 2500 A, beides innerhalb des Anwendungsbereichs. Markt: USA, also eine NRTL-Listung mit Nachinspektion und keine Eigenerklärung. Die Geometrie der Verbindungslasche und die Genauigkeit der Verbindungsebene liegen im Anwendungsbereich der Norm; damit wird die Lochteilung der Verbindungslasche eine Frage der Konformität und nicht eine des Zusammenbaus. Deshalb wird Ausrüstung für Schienenverteiler nach der Teilungsgenauigkeit spezifiziert und nicht nach der Presskraft. Die Erwärmung folgt den nordamerikanischen Grenzwerten, und das bestimmt die Entscheidung über die Beschichtung der Schienen. Unser Beitrag zu Kröpfung und Verbindungslasche behandelt die Fertigungsfolge.

Die beiden Aufträge verwenden dasselbe Kupfer, dieselben Biegevorgänge und weitgehend dieselben Maschinen. Sie laufen im Lochbild, in der Beschichtung, im Erwärmungsbudget und im Konformitätsweg auseinander, und jede dieser Abweichungen muss vor dem ersten Schnitt geklärt sein und nicht erst bei der Abnahme.