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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

2009 wurde erstmalig eine Internationale Norm für die elektrische Ausrüstung von Maschinen für die Produktion von Halbleitern veröffentlicht. Diese Norm ist eine Ableitung von der Norm IEC 60204-1:2005, die allgemeine Anforderungen an die elektrische Ausrüstung für Maschinen festlegt.
Die Norm wurde im IEC/TC 44 erarbeitet. Dem FDIS wurde mit 91 % zugestimmt. Die Überführung als EN 60204-33 muss erst noch vom CENELEC/TC 44X beschlossen werden. Wird keine europäische Norm herausgegeben, kann diese Norm in Deutschland als DIN IEC 60204-33 (VDE 0113-33) veröffentlicht werden.
Die besonderen Anforderungen für Fabrikeinrichtungen für die Herstellung von Halbleitern basieren darauf, dass viele Maschinen und andere Produktionseinrichtungen zusammenwirken müssen. Deshalb wurde für solche maschinellen Anlagen auch eine eigenständige Norm für die elektrische Ausrüstung erforderlich. Diese Norm eignet sich auch für andere maschinelle Anlagen, bei denen eine Vielzahl von Maschinen, die zusammen als Fabrik wirken müssen und unter Umständen gemeinsam mit Personen erst funktionieren, wie zum Beispiel bei Produktionsanlagen der Kraftfahrzeugindustrie, obwohl diese nicht explizit im Anwendungsbereich genannt sind.
Im Folgenden werden die Besonderheiten gegenüber IEC 60204-1 beschrieben:
Funktionale Sicherheit
Für Schutzmaßnahmen, die mithilfe der funktionalen Sicherheit realisiert werden, wurde sowohl auf die Norm IEC 62061:2005 mit ihrem Sicherheits-Integrationslevel (SIL) als auch auf die Norm ISO 13849-1:1999 mit ihren Kategorien verwiesen. Leider wurde bei ISO 13849-1 datiert auf die alte Ausgabe verwiesen, obwohl technisch allseits bekannt ist, dass bei der Auswahl von Sicherheitsbauteilen sowohl die Häufigkeit ihrer Verwendung als auch die Lebensdauer zu beachten sind. Dies wird in der 2006er-Ausgabe von ISO 13849-1 mit dem Performance-Level (PL) berücksichtigt. Solche Referenzierungen auf die alte Ausgabe sind unter anderem ein Grund, dass die Europäische Kommission die Gültigkeit der Norm EN 954-1:1996 (EN 13849-1:2006) um weitere zwei Jahre bis 31. Dezember 2011 verlängert hat.
Eine wesentliche Ergänzung in der jetzt vorliegenden Norm ist die Bezugnahme zu anderen Normen, in denen die grundsätzlichen Anforderungen zu bestimmten Themen definiert sind. Auch die Einbindung von Normen aus dem Bereich ISO wurde aufgenommen, zum Beispiel ISO 12100, ISO 13849, ISO 13850.
Not-Abschaltung
Anstelle von Not-Halt beziehungsweise Not-Aus wird in dieser Norm ein neues "Not-System" eingeführt: die Not-Abschaltung, abgekürzt als "EMO". Natürlich muss dieser Drucktaster rot sein und der Hintergrund gelb, jedoch ist hier erstmalig auch eine Beschriftung mit dem Text "Not-Abschaltung" oder "EMO" gefordert, siehe auch Kommentar zu Steuerstromkreise und Bedienerschnittstellen.
Allgemeine Anforderungen
Bei den allgemeinen Anforderungen werden in dieser Norm keine speziellen physikalischen Grenzwerte festgelegt, sondern es wird auf spezifizierte Anforderungen des Herstellers solcher maschineller Anlagen verwiesen. Da der Anhang B von IEC 60204-1:2005 im Teil 33 entfallen ist, gibt es keinen "Fragebogen" mehr, der spezielle elektrotechnische Bedingungen zwischen Lieferant der elektrischen Ausrüstung und Betreiber abklären sollte.
Netzanschluss
Anforderungen an den Mindestquerschnitt des externen Schutzleiters sind entfallen. Stattdessen wird auf Anhang C (normativ) verwiesen, in dem umfangreich Querschnitte von Leitern in Abhängigkeit unter anderem von der Umgebungstemperatur, der Anzahl der Leiter oder der Abstände festgelegt sind.
Die Anschlussklemmen der Stromversorgung für eine Maschine müssen mit U, V, W oder mit L1, L2, L3 beschriftet werden.
Trennen und Schalten
Für Schaltgeräte zum Trennen der elektrischen Energie von Mehrfacheinspeisungen sind Warnhinweise anzubringen mit der Aufschrift: "Warnung: Risiko eines elektrischen Schlags oder Verbrennung. Vor Wartung oder Reparatur sind alle z (z = Anzahl der Trenneinrichtungen) Stromversorgungen abzuschalten".
Stecker/Steckdosenkombination mit einem Anschluss > 16 A beziehungsweise > 3 kW müssen Lasttrenneigenschaften aufweisen. Ist eine Trennung eines blockierten Motors erforderlich, muss der dann auftretende Strom trennbar sein. Zusätzlich zu einer Stecker/Steckdosenkombination muss eine Abschalteinrichtung für die Maschine beziehungsweise Teilmaschinen vorgesehen werden.
Bedieneinrichtungen dürfen bis zu 2 m Höhe angebracht werden. Der Teil 1 lässt hierfür eine Höhe von maximal 1,9 m zu.
Es wurde ein neuer Abschnitt "Netz-Abschalteinrichtung" hinzugefügt, der gegenüber dem Teil 1 zusätzliche Anforderungen unter Berücksichtigung der Schutzart enthält. Hierfür wurden auch Anforderungen zur Prüfung der Schutzart mittels Prüffinger entsprechend dem Anhang D (normativ) aufgenommen.
Kleine Maschinen ≤ 1,5 kW benötigen keine Netz-Abschalteinrichtung, wenn eine leicht erreichbare Abschalteinrichtung im Abstand bis zu 6 m zur Maschine vorhanden ist.
Bei Verwendung von unterbrechungsfreien Stromversorgungen > 30 V a.c., > 60 V d.c. oder > 240 VA müssen die Anschlussklemmen mit "USV-Ausgang" gekennzeichnet werden. Bei Auslösung einer "Not-Abschaltung" müssen auch die USV-Ausgänge abgeschaltet werden. Ausnahmen sind zulässig.
Schutz gegen elektrischen Schlag
Grundsätzlich wurden in diesem Teil 33 Schutzmaßnahmen für Kinder herausgenommen. Die Mindestschutzart wurde von IP4X auf IP2X verringert.
Die detaillierten Ausnahmen beim Schutz gegen elektrischen Schlag in 6.2.2 b) wurden durch einen Verweis auf den neuen Abschnitt 6.5 ersetzt, in dem die erforderlichen Schutzmaßnahmen für Elektrofachkräfte und (elektrotechnisch) unterwiesene Personen festgelegt sind.
Schutz gegen Restspannung
Anforderungen an Einrichtungen, die nach Abschaltung noch über einen Zeitraum eine Restspannung aufweisen, wurden von 5 s auf 10 s verlängert. Nach dieser Zeit muss die Spannung auf 60 V gesunken sein und die Energie darf nur noch 20 J (Joule) betragen. Ausnahmen sind möglich, doch darf die Entladezeit 5 min nicht überschreiten.
Schutztrennung
Die Anforderungen an die elektrische Ausrüstung im Teil 33 wurden umfangreich ergänzt. Potenzialgetrennte Stromversorgungen und die dazugehörigen Betriebsmittel müssen so gekennzeichnet werden, dass es erkennbar ist, dass es sich um ungeerdete Stromkreise handelt. Zusätzlich wurden Anforderungen an das TT-System festgelegt, dessen Details im Anhang B (normativ) festgelegt wurden.
Überstromschutz
Entsprechend Abschnitt 7.2 darf der Neutralleiter (N) in TN- und TT-Systemen nicht abgeschaltet werden und bedarf auch keiner Überstromschutzeinrichtung. Bei reduziertem Neutralleiterquerschnitt sind die Anforderungen entsprechend IEC 60364-4-43 zu beachten. Für IT-Systeme sollte kein Neutralleiter verwendet werden. Im verwiesenen Anhang E (informativ), der ein Auszug von IEC 60364-1 ist, sind die grundsätzlichen Bedingungen für den Aufbau von Systemen nach Art ihrer Erdverbindung dargestellt.
Zum Schutz von Transformatoren bei Überstrom sind die Angaben zu den benötigten Schutzeinrichtungen des Transformatoren-Herstellers zu beachten.
Für den elektrischen Anschluss einer maschinellen Anlage an die Versorgungseinrichtung muss der Hersteller die Anforderungen an die übergeordnete Überstromschutzeinrichtung festlegen. Die Abschaltselektivität von hintereinander geschalteten Überstromschutzeinrichtungen muss sichergestellt sein.
Sicherungen dürfen nur mit fest montierten Sicherungshaltern eingesetzt werden.
Beim Einsatz von Leistungsschaltern muss entsprechend der Einbaulage die Ein-Aus-Schaltrichtung beachtet werden.
Der Auslösewert beziehungsweise der Einstellwert von Überstromschutzeinrichtungen muss den Leiterquerschnitten beziehungsweise den Nenndaten von zum Beispiel Steckverbindungen entsprechen. Für Transformatoren wurden in Tabellen Maximalwerte festgelegt.
Bei Motoren, bei denen ein Schutz gegen unzulässige Erwärmung notwendig ist, wurde die Leistung von 500 W auf 240 W reduziert.
Überstromschutzeinrichtungen müssen in allen Außenleitern vorgesehen werden.
Können Motoren, die von einem Umrichter versorgt werden, nicht vom Umrichter bei Überlastung geschützt werden, müssen zusätzliche Überlastschutzeinrichtungen vorgesehen werden.
Für den Einsatz von Elektrolytkondensatoren, die nicht in einem Umrichter entsprechend der relevanten Produktnorm eingebaut sind, müssen besondere Schutzmaßnahmen vorgesehen werden.
Drehfeldüberwachung
Wenn eine falsche Drehrichtung zu einer Gefährdung oder Zerstörung führen kann, müssen Maßnahmen, zum Beispiel durch Überwachungsgeräte, Markierung der Außenleiter oder durch geeignete Warnhinweise beziehungsweise Warnsymbole, angewendet werden.
Schutzleitersystem
Zusätzlich zu den Anforderungen an das Schutzleitersystem wurden Anforderungen an den zusätzlichen Schutzpotenzialausgleich, mit Bezug auf den Anhang A (normativ), in dem der Basisschutz im TN-System beschrieben wird, aufgenommen. Für Installationen mit einem IT-System wurden die Anforderungen an eine Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) erwähnt. In einem neuen Abschnitt wurden die Teile beziehungsweise Geräte festgelegt, die nicht mit dem Schutzleitersystem verbunden werden brauchen/müssen.
Anforderungen bei betriebsbedingten Schutzleiterströmen wurden nicht festgelegt. (Anmerkung des Autors: Hier hilft nur die Berücksichtigung von IEC 61140.)
Steuerstromkreise, Not-Abschaltung und Schutzverriegelungen
Anforderungen zu diesen Themen entsprechend dem Abschnitt 9 von Teil 1 wurden abweichend neu festgelegt. Insbesondere der Wechsel von Not-Aus- und Not-Halt-Anforderungen in Not-Abschaltung ist von erwähnenswerter Bedeutung. Die Verwendung von Not-Aus wird zwar erwähnt, dessen Anwendungsform jedoch nicht konkret beschrieben.
Kabellose Steuerungen dürfen nicht verwendet werden, wenn dadurch Fehlfunktionen der Steuerung Auswirkungen auf die Sicherheit des Systems haben.
Anforderungen für die Software von Steuerungen, die funktionale Sicherheitsaufgaben übernehmen sollen, müssen der Norm IEC 61508 oder IEC 62061 oder ISO 13849 entsprechen. (Anmerkung des Autors: Bei der Referenz zu ISO 13849 muss wohl die Ausgabe von 2007 gemeint sein, denn nur ab dieser Ausgabe gibt es Anforderungen an die Software.)
Bedienerschnittstellen
Im Abschnitt 10 werden die Farben für Drucktaster festgelegt. Leider gibt es in der Tabelle 3 eine Inkonsistenz mit den Anforderungen in den vorherigen Abschnitten. So werden in dieser Tabelle Anforderungen an die Farbcodierung für den Not-Halt festgelegt, obwohl es diese Funktion nach dieser Norm nicht gibt. Auch in Abschnitt 10.4 sind noch Anforderungen an einen Not-Halt enthalten. Im Abschnitt 10.8 wird darauf hingewiesen, dass es notwendig sein kann, doch einen Not-Halt zu verwenden, doch nach dieser Norm muss er mit "Not-Halt" beschriftet werden, damit er von der Bedieneinrichtung Not-Abschaltung (die auch beschriftet werden muss) unterscheidbar wird.
Anforderungen, wann ein Not-Aus zur Anwendung kommen soll, fehlen, obwohl im Abschnitt 10.7 Aufbau- und Geräteanforderungen hierzu festgelegt werden. (Anmerkung des Autors: Der Planer muss bei der Festlegung dieser drei unterschiedlichen Befehlsgeräte darauf achten, dass eine Person, die solchen Not-Taster betätigen soll, keine Auswahl hat, insbesondere nicht über eine Beschriftung. Entsprechend DIN EN ISO 13850:2008 muss eine "Not-Halt-Funktion so konzipiert sein, dass die Entscheidung, das Not-Halt-Stellteil zu betätigen, der Person keine Überlegungen bezüglich der sich daraus ergebenden Wirkung abverlangt".)
Die Einführung der Not-Abschaltung (EMO) mag für Maschinen für die Herstellung von Halbleitern sinnvoll sein, doch sie muss sich von den üblichen Not-Halt- beziehungsweise Not-Aus-Einrichtungen deutlich unterscheiden beziehungsweise platziert werden.
Schaltanlagen
Anforderungen an Schaltanlagen und elektrische Betriebsstätten werden nicht durch Verweisung auf IEC 61439 wie im Teil 1 mit Referenz verwiesen, sondern im Abschnitt 11 dieser Norm sind diesbezüglich andere Anforderungen festgelegt. (Anmerkung des Autors: Die angegebenen Abmessungen für Bedienungs- und Wartungsgänge weichen von IEC 60364-7-729 ab.)
Kabel, Leitungen und Verdrahtungstechnik
Anforderungen an die Dimensionierung von Kabeln und Leitungen wurden im Abschnitt 12 umfangreich gegenüber dem Teil 1 ergänzt. Mithilfe von Tabellen im Anhang C (normativ) werden in Abhängigkeit verschiedener Parameter und der Widerstandsfähigkeit der Isolation Mindestquerschnitte beziehungsweise Korrekturfaktoren festgelegt.
Im Abschnitt 13 sind erweiterte Anforderungen an die Verdrahtung einschließlich der Kennzeichnung festgelegt. Auch Schutzmaßnahmen für die Verdrahtung sind in diesem Abschnitt genannt. Anforderungen an die Identifizierung von Leitern mit der technischen Dokumentation (nicht Markierung) sind gleich dem Teil 1 geblieben.
Elektromotoren
Die Anforderungen im Abschnitt 14 gelten für Elektromotoren mit einer Leistung ≥ 240 W und beinhalten zusätzliche Anforderungen, zum Beispiel an die Zugänglichkeit für Wartungszwecke oder besonderer Schutz in Umgebungen mit gefährlichen Substanzen.
An Motoren muss ein Drehrichtungspfeil angebracht sein.
Motoren, die abgebaut werden können und nicht Bestandteil der Fabrikationseinrichtung sind, müssen über eine Abschalteinrichtung für alle Außenleiter verfügen, die maximal 3 m vom Motor entfernt sein darf.
Bei Bremsen, bei denen die Gefahr einer Blockierung besteht, müssen mit einer Handlüftung versehen sein.
Zubehör und Beleuchtung
Steckdosen für Zubehör müssen mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) ausgerüstet werden.
Schalter und Anschlüsse dürfen nicht in der Nähe von Flüssigkeiten oder Substanzen angeordnet sein, die eine Gefahr eines elektrischen Schlags hervorrufen können.
Kennzeichnungen
Die Angaben auf dem Typenschild wurden gegenüber dem Teil 1 erheblich erweitert. So müssen Angaben über Adresse des Herstellers, Anzahl der Außenleiter, Frequenz, Volllaststrom, Nennstrom des größten Motors, erforderliche Dimensionierung der Überstromschutzeinrichtung der Stromversorgung, Anzahl der Schaltpläne beziehungsweise die Dokumentationsnummer gemacht werden. In Schaltschränken muss neben dem Einbauort von elektrischen Betriebmitteln eine Kennung angebracht werden, die eine Identifizierung mit der Dokumentation erlaubt, oder eine Dispositionszeichnung muss die Identifizierung ermöglichen.
Dokumentation der elektrischen Ausrüstung
Die Anforderungen an die Dokumentation der elektrischen Ausrüstung enthalten erweiterte Anforderungen gegenüber dem Teil 1. So sind in Stromlaufplänen neben dargestellten Schaltern oder Auslösegeräten die Verwendung beziehungsweise Einstellwerte anzugeben.
Prüfungen
Die nach dem Teil 33 erforderlichen Prüfungen der elektrischen Ausrüstung wurden vollständig gegenüber dem Teil 1 verändert. Prüfungen sind detaillierter festgelegt und Anforderungen für Prüfinstrumente konkretisiert.
Fazit
Die Norm richtet sich an spezielle Fertigungseinrichtungen mit Maschinen, die koordiniert zusammenarbeiten. Die Norm ist ein modifizierter Teil 1, bei dem für die Besonderheiten für solche Einrichtungen im Teil 33 die Anforderungen zwar verändert oder ergänzt wurden, eine durchstrukturierte eigenständige Norm ist aber nicht entstanden.