IEC 60664-1: woher Ihre Abstandswerte kommen

Zwei Lieferanten bieten denselben Strom, dasselbe Kupfer und dasselbe Gehäuse an – und ihre Zeichnungen zeigen einmal 12 mm und einmal 18 mm. Keiner der Werte ist willkürlich. IEC 60664-1 leitet beide aus einer kurzen Liste erklärter Eingangswerte ab, und die beiden Lieferanten haben schlicht unterschiedliche erklärt.

Die Norm ist die Referenz für Isolationskoordination, auf die IEC 61439-1 verweist. Sie beschreibt keine Stromschienen; sie beschreibt, wie man zu Abständen gelangt, die bei den Stoßspannungen und den Dauerspannungen einer Niederspannungsanlage tatsächlich nicht durchschlagen. Damit ist sie die nützlichste Norm für jeden, der über einen Abstand streitet.

Die praktische Folge: Ein Abstandswert ohne seine Eingangswerte ist keine Spezifikation, sondern eine Angewohnheit. Wer die vier Eingangswerte erfragt, kann den Wert selbst nachrechnen – in beide Richtungen.

Wenn die Frage auf Anschlussebene noch offen ist, beginnen Sie beim Normen-Hub; die Prüfunterlagen, die diese Abstände verbrauchen, behandelt der IEC-61439-1-Leitfaden.

Alles auf dieser Seite folgt aus diesen Erklärungen. Wer sie falsch ansetzt, bekommt falsche Abstände, auch bei richtiger Rechnung.

• Bemessungsisolationsspannung U_i – die Spannung, der die Anlage dauerhaft standhalten soll. Nicht die Netzspannung und nicht die Bemessungsbetriebsspannung, auch wenn sie in der Praxis oft gleich sind.
• Überspannungskategorie – I bis IV, beschreibt die Stoßüberspannung, die der Stromkreis überstehen soll. Ein Abgang direkt am Hausanschluss liegt höher als ein Stromkreis hinter Ableiter und Transformator; die Kategorie ist der Schritt, der daraus eine Prüfstoßspannung macht.
• Verschmutzungsgrad – 1 bis 4. In einem geschlossenen, regelmäßig gereinigten Gehäuse ist 2 die übliche Annahme. Kondensat, leitfähiger Staub oder Salznebel erhöhen ihn, und die Abstände wachsen mit.
• Materialgruppe – abgeleitet aus dem Vergleichszahl der Kriechwegbildung der isolierenden Oberfläche. Gruppe I ist am beständigsten, IIIb am wenigsten. Dieser Eingangswert betrifft nur die Kriechstrecke, nicht die Luftstrecke.

Die Korrektur ist die Höhe. Luft wird mit steigender Höhe dünner, oberhalb von 2.000 m muss die Luftstrecke wachsen. Darunter ist der Faktor eins, und die meisten Projekte berühren ihn nie. Darüber – und viele Projekte im Andenraum, in Äthiopien oder auf dem chinesischen Plateau liegen darüber – gilt die Tabelle nicht mehr wie gedruckt.

Schreiben Sie alle fünf Angaben auf die Zeichnung, neben die Abstände, die sie erzeugt haben. Das kostet eine Zeile und beendet die meisten Diskussionen, bevor sie beginnen.

Die Luftstrecke schützt gegen ein kurzes, steiles Ereignis – einen Schalt- oder Blitzstoß, der über das Netz ankommt. Deshalb ist die Tabelle über die Stoßspannung indiziert, die für die erklärte Überspannungskategorie bei der erklärten U_i gilt, sowie über den Verschmutzungsgrad. Die Betriebsspannung geht nicht direkt ein.

Das ist das häufigste Missverständnis in Stromschienenzeichnungen. Ein 400-V-System in Kategorie III braucht bei 300 V Nennspannung eine Stoßfestigkeit von 4 kV, was bei Verschmutzungsgrad 2 auf etwa 3 mm Mindestluftstrecke führt – während 400 V Betriebsspannung eine viel größere Kriechstrecke nahelegen. Die beiden Werte bedienen verschiedene Ereignisse und sind getrennt nachzuschlagen.

Der Abstand gilt für den kürzesten Weg durch Luft zwischen Leitern unterschiedlichen Potenzials. Das schließt Wege ein, die um Ecken laufen: an einem Schraubenkopf vorbei, um einen Stützisolator herum, zwischen Leiterkante und Gehäusewand. Messen Sie den kürzesten, nicht den, der absichtlich aussieht.

Prüfen Sie auch den Weg, der nicht auf der Zeichnung steht: Eine Stromschiene mit 3 mm zwischen Kante und Schraubenkopf besteht die Zeichnungsprüfung und fällt beim Erstmuster durch, weil die Scheibe 0,5 mm anders sitzt.

Die Kriechstrecke schützt gegen ein langsames Ereignis – Kriechstrom über eine feuchte, verschmutzte Oberfläche. Sie ist über die Betriebsspannung (Effektivwert, dauerhaft), den Verschmutzungsgrad und die Materialgruppe indiziert. Hier ändert die Wahl von Folie oder Beschichtung einen Wert, den der Kunde nie sieht.

Drei Mechaniken zählen beim Messen:

• Nuten und Rippen zählen nur unter Bedingungen. Eine schmale Nut wird wie eine gerade Linie darüber behandelt, was hilft; eine breite Nut folgt ihrer Kontur, was nicht hilft. Rippen helfen mehr als Nuten, und die Tabellen setzen eine bestimmte Mindesthöhe voraus.
• Fügestellen unterbrechen den Weg. Zwei ohne Klebstoff zusammengepresste Teile bilden eine Fuge, die als Sperre zählen kann – aber nur wenn die Bedingungen der Norm zu Breite und Kontakt erfüllt sind und sich im Betrieb nichts verschiebt.
• Die schlechteste Oberfläche bestimmt. Trägt ein Laminat eine trackingfeste Deckschicht und eine offene Schnittkante mit deutlich niedrigerem Index, gilt die Schnittkante für die erklärte Materialgruppe – es sei denn, die Deckschicht deckt sie nachweislich ab.

Bei einem geschichteten Aufbau sind die interessanten Flächen meist die Enden: Laminatschnittkanten, Folienkante, Vergussmasse und jede Beschichtung, die die Zeichnung zeigt, die der Prozess aber nicht zuverlässig erzeugt.

Die Tabellen setzen eine Oberfläche in Luft voraus. Eine mehrschichtige Stromschiene ist überwiegend eine Oberfläche in festem Dielektrikum, und das ändert drei Dinge.

1. Der Zwischenraum zwischen Lagen ist kein Luftspalt. Zwischen den Kupferlagen liegt PET, Nomex oder DLF-Folie, unter Wärme und Druck verklebt. Abstände im Stapel folgen den Regeln für feste Isolierung und dem Teilentladungsverhalten, nicht den Kriechstreckentabellen. Einen Luftabstand für einen inneren Lagenzwischenraum anzugeben, ist ein Kategorienfehler – siehe Teilentladung in geschichteten Aufbauten.
2. Die offene Kante ist die schwache Fläche. Eine Schnittkante kann Folienlagen, Kleber und Kupfergrat freilegen. Wenn die erklärte Materialgruppe auf dem Trackingindex der Folie beruht, braucht die Kante eine Abdeckung – eine Isolierkappe, Verguss oder einen kontrollierten Kantenabstand zum nächsten anderen Potenzial.
3. Montageteile verändern den kürzesten Weg. Schrauben, Scheiben, Stützisolatoren und Kabelschuhe sitzen in dem Raum, den die Zeichnung als Luft gemessen hat. Der Abstand, der bei Inbetriebnahme zählt, enthält sie; der Abstand, den der Monteur bauen kann, enthält Toleranzen.

Nichts davon verlangt überall größere Werte. Es verlangt die Angabe, welches Isoliersystem welchen Abstand abdeckt, damit ein Prüfer die Aussage prüfen kann und nicht das Selbstvertrauen der Zeichnung.

Die Frage ist berechtigt, und die Antwort ist bedingt. Beschichtung und Verguss können es erlauben, ein Design mit niedrigerem Verschmutzungsgrad zu bewerten, weil die Oberfläche dem Verschmutzungsgrad nicht mehr ausgesetzt ist. In staubigen oder kondensierenden Anlagen ist das eine echte Erleichterung.

Doch drei Bedingungen müssen halten, und sie scheitern leise:

• Die Beschichtung muss über den gesamten Kriechweg durchgehend sein, einschließlich des Übergangs, an dem ein Leiter aus dem Verguss austritt und auf eine Klemme trifft. Dort beginnt die Kriechwegbildung.
• Das Material muss für die elektrische und thermische Beanspruchung qualifiziert sein, nicht nur für den Prozess passend. Eine Vergussmasse mit niedrigem Trackingindex bringt das Problem zurück, gegen das sie gekauft wurde.
• Es muss nachgewiesen sein, nicht behauptet. Ein Design, das aufgrund einer Beschichtung mit Verschmutzungsgrad 1 bewertet wird, braucht den Nachweis, dass jedes Fertigungsteil die Beschichtung in der angenommenen Dicke, mit der angenommenen Härtung und ohne Lunker an den kritischen Übergängen besitzt.

Für die meisten geschichteten Stromschienen ist die ehrliche Position: den Verschmutzungsgrad erklären, den das Gehäuse tatsächlich herstellt, und Verguss als thermische und mechanische Maßnahme behandeln, deren Isolationsnutzen dort dokumentiert wird, wo er real ist.

Nehmen Sie die Zeichnung, nehmen Sie die vier erklärten Eingangswerte und gehen Sie diese Prüfungen durch.

1. Tragen Sie U_i, Überspannungskategorie, Verschmutzungsgrad, Materialgruppe und Höhe in den Schriftkopf ein. Fehlt etwas, halten Sie an; ohne diese Angaben sind die Abstände nicht prüfbar.
2. Schlagen Sie die Stoßspannung für Kategorie und U_i nach, dann die Luftstrecke für diese Spannung beim vorliegenden Verschmutzungsgrad. Wenden Sie oberhalb von 2.000 m den Höhenfaktor an. Vergleichen Sie mit dem kleinsten Luftabstand der Zeichnung.
3. Schlagen Sie die Kriechstrecke für Betriebsspannung, Verschmutzungsgrad und Materialgruppe nach. Vergleichen Sie mit dem kleinsten Oberflächenweg – einschließlich an der Laminatkante und an jeder Klemme, an der ein Kabelschuh sitzt.
4. Markieren Sie die fünf kürzesten Wege auf der Zeichnung, in welcher Richtung sie auch laufen. Können Sie sie nicht markieren, stammt der Wert von woanders.
5. Prüfen Sie die Wege nach der Montage: Schrauben, Scheiben, Kabelschuhe, Kabeleinführungsplatten.
6. Entscheiden Sie ausdrücklich, welche Abstände feste Isolierung sind und welche Luft. Schreiben Sie es einmal auf – für den Prüfer und für das nächste Projekt.

Zwei Stunden an einer Zeichnung reichen meist, um das Muster zu finden, und das Muster wird für jede Variante wiederverwendet.

Nehmen Sie diese Punkte in die Freigabeliste auf, und der Großteil der Diskussion verschwindet, bevor sie den Kunden erreicht.

• U_i, Überspannungskategorie, Verschmutzungsgrad, Materialgruppe auf der Zeichnung angegeben.
• Höhe angegeben, Korrektur angewandt oberhalb von 2.000 m.
• Mindestluftstrecke hergeleitet und eingetragen, nicht von einer alten Zeichnung übernommen.
• Mindestkriechstrecke hergeleitet und eingetragen, mit benannter maßgeblicher Oberfläche.
• Innere Lagenzwischenräume als feste Isolierung eingeordnet, mit benanntem Folienaufbau.
• Kantenbehandlung des Laminats spezifiziert – Kappe, Verguss oder Mindestkantenabstand.
• Montageteile in der Abstandsprüfung enthalten: Schraubenköpfe, Scheiben, Kabelschuhe.
• Beschichtung oder Verguss als Isolationsnutzen durch eine Prozessspezifikation belegt.
• Betriebsspannung für die Kriechstrecke getrennt von U_i angegeben, beide Werte auf der Zeichnung.
• Jede Abweichung von der Tabelle dokumentiert, mit Begründung und Freigabe.

Wenn Sie vor der Weitergabe an einen Schaltschrankbauer ein zweites Paar Augen auf einen Stapel wollen: unser Engineering prüft Zeichnungen gegen diese Eingangswerte im Rahmen der Kalkulation. Beginnen Sie mit einer Anfrage, oder vergleichen Sie Lagenaufbauten im Designleitfaden für geschichtete Stromschienen.