Do`s and Dont`s zur Anschlusstechnik Gibt es Wege wenn die Luft und Kriechstrecken für UL 1059 nicht ausreichen?

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1 Do`s and Dont`s zur Anschlusstechnik Gibt es Wege wenn die Luft und Kriechstrecken für UL 1059 nicht ausreichen? Referent: Wolfgang Sichmann Produktmanager Leiterplattensteckverbinder Weidmüller Interface GmbH &Co. KG

2 Inhalt - Einleitung - UL Gerätezulassung. Listing - UL Bauteilzulasssung UL UL 1059 Applikationsgruppen für Klemmen und Steckverbinder - UL 1059 Fallbeispiel Luft und Kriechstreckenproblem - Die Möglichkeit über die Gerätezulassung UL 508 / UL840 die 600V Hürde zu nehmen - für Steckverbinder auf der Leiterplatte - Verschmutzungsgrad / Überspannungskategorie / Luftstrecke und Kriechstrecke - für Leiterplattenklemmen - Verschmutzungsgrad / Überspannungskategorie / Äquivalente zur Luftstrecke und Kriechstrecke - Aderendhülsen für den Amerikanischen Markt - Mehrleiteranschluss (Multiple Wire) an einem Pol Seite 2

3 Einleitung Dem Trend nach immer kompakteren Geräten mit größerer Leistung wird in der Regel mit höheren Spannungen begegnet. Bei gleicher Leistung kann der Strom und somit auch der Anschlussquerschnitt in Grenzen gehalten werden, was sich positiv auf die Gerätegröße auswirkt. Mit höherer Spannung steigt aber auch die Anforderung an die Luft und Kriechstrecken. Die Anschlusstechnik folgt zwangsläufig dem Trend zu kleineren Baugrößen. Speziell im Umgang mit der UL 1059 wird dies zur Herausforderung. Die strengen Vorschriften der UL 1059 für Bauteile der Feldverdrahtung haben absolut ihre Berechtigung und verdeutlichen die hohe Anforderung an die Handhabung. Hier geht es darum Fehler im Feld zu vermeiden oder wenn Fehler gemacht werden die Folgeschäden möglichst gering zu halten. Für den Teil der Anschlusstechnik, die in einem gesicherten Fertigungsprozess in das Gerät eingebaut wird, besteht die Möglichkeit diese mit reduzierten Luft und Kriechstrecken als Teil des Gerätes zuzulassen (Factory Wiring). Das bedeutet aber auch, dass die UL 1059 Regularien für alles was im Feld durch Beschalten oder Stecken bedient wird in vollem Umfang berücksichtigt werden müssen. Bezüglich des Feldanschlusses gilt es weitere Unterschiede zur europäischen Handhabung zu beachten. Themen wie Mehrleiteranschluss und die Verwendung von Aderendhülsen verdeutlichen eine Annäherung, zeigen aber auch die Unterschiede zwischen Europa und den USA. Seite 3 Page 3

4 UL Device Approvals Devices Gerätezulassung UL 508 (C) Die wichtigsten UL Zulassungen für Geräte in die Weidmüller Anschlusstechnik einfließt sind UL 508 (C) for Industrial control equipment UL 840 Insulation coordination Eine große Zahl anderer Richtlinien entsprechend ihrer Applikation UL 0325 for Automatic Doors UL 484 for Room Air Conditioner UL 104 for Elevator Door Locking Systems UL 731 for Oil-Fired Unit Heaters UL Seite 4 Page 4

5 UL Component Approval components Die Zulassung für die Feldanschlusstechnik von Weidmüller ist die UL 1059 UL1059 Standard for Safety for Terminal Blocks - Gültig für Klemmen - Gültig für Steckverbinder Komponentenzulassung UL 1059 für die Anschlusstechnik Seite 5

6 Allgemeine Zulassungen Listing: Listed Devices Gebrauchsfertige Endprodukte Recognition: Recognized Components eingesetzt im Endprodukt Komponenten wie Steckverbinder können nicht gelistet werden Seite 6

7 Von UL zertifiziert UL Recognized Component Mark UL approval made from UL for US UL approval certified for the Canadian market to the applicable Canadian standards made from UL (US) UL approval certified for the Canadian and US market to the applicable standards of US and CA. made from UL (US) Seite 7

8 Von CSA zertifiziert CSA Certification marks for Canada und US CSA approval made from CSA for Canada CSA approval certified for the US market to the applicable US standards made from CSA CSA approval certified for the Canadian and US market to the applicable standards of US and CA. made from CSA Seite 8

9 Unterschied zwischen Field und Factory Wiring Field Wiring Stecker oder Klemme mit Kabel oder Leitung zum Anschluss von Feldkomponenten Factory Wiring Hierzu gehört z.b. ein Steckverbinder, welcher während der Herstellung des Gerätes im Fertigungsumfeld unter den entsprechenden Fertigungsrichtlinien in das Gerät eingebaut wird. Beispiel: Durch Befestigen und verdrahten Durch Löten auf die Leiterplatte Field Wiring = UL 1059 / Factory Wiring = UL 508(C) Seite 9

10 UL 1059 Applikationsgruppen für Klemmen und Steckverbinder Use Group A: Service devices Schaltpulte und Bedienkonsolen Kontroll- und Monitoreinrichtungen Use Group B: commercial appliances Leitungsgebundene, nicht fest installierte Geräte Use Group C: Industrial general Alle Geräte und Einrichtungen für industrielle Anwendungen Use Group D: Industrial limited ratings Alle Geräte und Einrichtungen für industrielle Anwendungen mit limitierten Stromdaten Use Group E: (1500) Volt Anschlusstechnik im Bereich 601 bis 1500 Volt Seite 10

11 UL 1059: Luft und Kriechstrecken (Clearance and Creepage distances) Table Limited ratings The spacings specified in item D of Table 8.1 are applicable to a terminal block for use only in or with industrial control equipment where the load on any single circuit of the terminal block does not exceed 15 A at V, 10 A at V, 5 A at V, or the maximum ampere rating, whichever is less. back to SVZ back to BVL back to LS 1/1 Seite 11

12 Fall 1: Auswahl Steckverbinder mit entsprechenden Anforderungen Beispiel Komponente zur Feldverdrahtung Anforderung bis 600V Klasse C Industrial general V UL 1059 rating data 35 A max Rated voltage (use group B) Rated current (use group B) Rated voltage (use group C) Rated current (use group C) Rated voltage (use group D) Rated current (use group D) 600 V 35 A 600 V 35 A 600 V 5 A ok. Ergebnis: Die Komponente für die Feldverdrahtung erfüllt die Anforderungen der UL 1059 Back to UL 1059 Seite 12

13 Fall 2: Auszug aus Katalog oder Datenblatt UL 1059 rating data Rated voltage (use group B) Rated current (use group B) Rated voltage (use group C) Rated current (use group C) Rated voltage (use group D) Rated current (use group D) back to UL 1059 Through air distance 7,62 mm (0.3inch) 6,9 mm (0.272inch) 300 V 35 A 300 V 35 A 600 V 5 A? Beispiel : Anforderung bis 600 V Klasse C Industrial general V 35 A max Ergebnis: Die Anforderung wird nicht für UL V aber für UL V erfüllt Lt. Table 8.1 benötigt man für Volt gem. UL 1059 Luftstr. 9,5 mm Kriechstr. 12,7mm Seite 13

14 Die Anforderung liegt aber zwischen Volt Factory Wiring?? Und jetzt?? Die auf der Leiterplatte montierte Komponente kann gemeinsam mit der Gerätezulassung 508 (C) zugelassen werden. wenn die Komponente die Factory Wiring Kriterien erfüllt! Field Wiring Für den Steckpartner ( Field Wiring Komponente) ist die Zulassung gem. UL 1059 verpflichtend! Seite 14

15 Die Möglichkeit über die Gerätezulassung UL 508 / UL840 für Steckverbinder auf der Leiterplatte

16 Wegweiser via Gerätezulassung UL508 und UL 840 Component type test - clearance and creepage distance No UL 1059 Yes Terminal Blocks UL 840 Yes exception UL 508 / 508C No Alternative for PCB Components Standard Requirements Yes Industrial Controls / Power Conversion Equipment UL 508A UL 840 exception No Standard Requirements Industrial Control Panels Yes Yes UL 840 exception UL 2011 No Standard Requirements Factory Automation Equipment Yes Yes NEC - National Electrical Code Seite 16 Seite 16

17 Step 1: Luftstrecke (Clearance) UL V factory wiring (PCB-Connectors) UL 508C Table 36.5 Luftstrecke = UL 1059 Deshalb UL 508C Exception via UL 840 insulation coordination für die Luftstrecke Verschmutzungsgrad (Pollution degree) UL Überspannungskategorie Overvoltage Category UL840 Tabele 8.1 UL840 Tabele 8.1 min. clearance - UL component type test clearance - connector Back to Terminals larger pitch required No Yes Clearance passed according to UL840 Seite 17

18 Step 1/1: Wo findet man die Luftstrecke Weidmüller Typprüfung: Lab Report, Clearance and Creepage Distance acc. to UL1059 back to UL 1059! Acc. to UL 1059 (600V Class C) or UL5.08 (C) min Clearance (Luftstrecke) = 9,5mm min Creepage (Kriechstrecke = 12,7mm Seite 18

19 Step 1/2: Wo findet man den Verschmutzungsgrad UL Pollution Degree Pollution degrees based on the presence of contaminants and possibility of condensation or moisture at the creepage distance are as follows: Pollution Degree 1: No pollution or only dry, nonconductive pollution. The pollution has no influence. Pollution Degree 2: Normally, only nonconductive pollution. However, a temporary conductivity caused by condensation may be expected. Pollution Degree 3: Conductive pollution, or dry, nonconductive pollution that becomes conductive due to condensation that is expected. Pollution Degree 4: Pollution that generates persistent conductivity through conductive dust or rain and snow.. back to min clearanceo 1/3 Seite 19

20 Überspannungskategorie Einspeisung Potentialtrennung Primary Supply Level Distribution Level Load Level Signal Level Überspannungskategorie IV Primary Supply Level Überspangskateg. III Distribution Level Übspangskateg. II Load Level Übspangskateg. I Signal Level Blitzüberspannung berücksichtigen back to min clearanceo back to min creepage Blitzüberspng. muss nicht berücksichtigt werden Feste Installation Überspng. durch Schaltvorgänge berücksichtigen z.b. Haushaltsgeräte Keine Überspanung. berücksichtigt Vorwiegend Betrieb mit Kleinspannung z.b. elektr. Kleingeräte. Seite 20 Page 20

21 Step 1/3: UL 840 Table 8.1 mindest Luftstrecke (minimum Clearance) UL 840 Section 8.9 Clearances selected and measured in accordance with the dimensions in Table 8.1 do not require testing. to overvoltage to pollution Seite 21 Page 21

22 Step 2: Kriechstrecke (Creepage) UL V factory wiring (PCB-Connectors) CTI of Material (catalogue) Material Group UL840 (catalogue) 600V Operating Voltage Pollution degree UL Table 9.1 UL840 min. creepage distance - UL component type test creepage distance -connector Seite 22 larger pitch required No Yes Creepage distance according to UL840

23 Step 2/1: Wo findet man die Kriechstrecke Weidmüller Typprüfung: Lab Report, Clearance and Creepage Distance acc. to UL1059 back to creepage table! Acc. to UL 1059 (600V Class C) or UL5.08 (C) min Clearance (Luftstrecke) = 9,5mm min Creepage (Kriechstrecke = 12,7mm Seite 23

24 Step 2/2: UL840 Table 9.3 Wo findet man den Verschmutzungsgrad UL 840 section 9.3 Pollution Degree Pollution degrees based on the presence of contaminants and possibility of condensation or moisture at the creepage distance are as follows: Pollution Degree 1: No pollution or only dry, nonconductive pollution. The pollution has no influence. Pollution Degree 2: Normally, only nonconductive pollution. However, a temporary conductivity caused by condensation may be expected. Pollution Degree 3: Conductive pollution, or dry, nonconductive pollution that becomes conductive due to condensation that is expected. Pollution Degree 4: Pollution that generates persistent conductivity through conductive dust or rain and snow. back to creepage table. Seite 24

25 Step 2/3: UL 840 Table 9.1 mindest Kriechstrecke (minimum Creepage) Link to pollution degree info 2 3 Material Groups Group CTI I >600 II IIIa IIIb CTI of Material PBT 200 Wemid 600 LCP 175 Kriechstrecke lt. Typprüfung (Creapage) = 9.66mm to type test 2/1 to polution degree 2/2 Seite 25

26 Zusammenfassung der Lösung für das Leiterplattenteil des Steckverbinders mittels der UL508 (C) & UL840 Neue Luftstrecke nach 508(C) & UL 840 Clearance O.K. Clearance distance according to UL840 No UL 508 (C) Yes Neue Creepage Kriechstrecke distance nach 508(C) & UL 840 exception UL 840 exception UL 840 No UL 508A No Yes UL 2011 Yes O.K. exception UL 840 NEC National Electrical Code Creepage distance according to UL840 Seite 26

27 Die Forderung nach immer kompakterer Anschlusstechnik macht diese Vorgehensweise notwendig. Factory Wiring 600V via UL 508 & UL840 PCB Part: geschafft! Zulassung zusammen mit der Gerätezulassung UL508(C) und UL 840 erfüllt die Luft und Kriechstrecken für 600V! Field Wiring 600V UL1059 Class C Field Part: Keine extra Aktion möglich und auch nicht notwendig. Die Komponente erfüllt die Anforderungen der UL 1059 für 600V! Seite 27

28 Die Möglichkeit über die Gerätezulassung UL 508 / UL840 für Leiterplattenklemmen

29 Wegweiser via Gerätezulassung UL508 und UL 840 Component type test - clearance and creepage distance No UL 1059 Yes Terminal Blocks UL 840 Yes exception UL 508 / 508C No Alternative for PCB Components Standard Requirements Yes Industrial Controls / Power Conversion Equipment UL 508A UL 840 exception No Standard Requirements Industrial Control Panels Yes Yes UL 840 exception UL 2011 No Standard Requirements Factory Automation Equipment Yes Yes NEC - National Electrical Code Seite 29

30 Step 1: Luftstrecke A [Clearance A (Equivalency)] UL V 9,5mm Luftstrecke Table 7.1 UL 508C Table 36.5 Luftstrecke = UL 1059 Deshalb UL 508C Exception protection against stray strands (splicing) + UL 508C Exception via UL840 Clearance A (Equivalency) Table 7.1 UL840 Tabele 7.1 Clearance A (Equivalency) No HV Test positiv Yes To Connectors larger pitch required Clearance according to UL840 Seite 30

31 Step 1/1: Wo findet man die Luftstrecke Weidmüller Typprüfung: Clearance and creepage distance acc. to UL1059! Acc. to UL 1059 (600V Class C) or UL5.08 (C) min Clearance (Luftstrecke) = 9,5mm min Creepage (Kriechstrecke = 12,7mm Seite 31

32 Step 1/2: (Ersatzprüfung für kleinere Luftstrecken) Wo findet man die Testspannung UL Clearance A (Equivalency) 7.1 Other than as noted in 1.6, the requirements of this section may be used to evaluate clearances less than those specified for the end product while maintaining the same overvoltage withstand capability for the equipment. 7.2 A clearance, less than the specified minimum through air spacing, in the product standard, may be suitable if acceptable results are obtained when tested in accordance with Section 14, Dielectric Voltage-Withstand Tests, using a voltage with a value in accordance with Table 7.1 Seite 32

33 Überspannungskategorie Einspeisung Potentialtrennung Primary Supply Level Distribution Level Load Level Signal Level Überspannungskategorie IV Primary Supply Level Überspangskateg. III Distribution Level Übspangskateg. II Load Level Übspangskateg. I Signal Level Blitzüberspannung berücksichtigen back to min creepage Blitzüberspng. muss nicht berücksichtigt werden Feste Installation Überspng. durch Schaltvorgänge berücksichtigen z.b. Haushaltsgeräte Keine Überspanung. berücksichtigt Vorwiegend Betrieb mit Kleinspannung z.b. elektr. Kleingeräte. Seite 33

34 Step 2: Kriechstrecke (Creepage) UL V (PCB-Terminals) CTI of Material (catalogue) Material Group UL840 (catalogue) 600V Operating Voltage Pollution degree UL Table 9.1 UL840 min. creepage distance - UL component type test creepage distance -connector larger pitch required No Yes Creepage distance according to UL840 Seite 34

35 Step 2/1: Wo findet man die Kriechstrecke Weidmüller Typprüfung: Clearance and creepage distance acc. to UL1059 Back to table 9.1 2/4! Acc. to UL 1059 (600V Class C) or UL5.08 (C) min Clearance (Luftstrecke) = 9,5mm min Creepage (Kriechstrecke = 12,7mm Seite 35

36 Step 2/3: Wo findet man den Verschmutzungsgrad UL Pollution Degree Pollution degrees based on the presence of contaminants and possibility of condensation or moisture at the creepage distance are as follows: Pollution Degree 1: No pollution or only dry, nonconductive pollution. The pollution has no influence. Pollution Degree 2: Normally, only nonconductive pollution. However, a temporary conductivity caused by condensation may be expected. Pollution Degree 3: Conductive pollution, or dry, nonconductive pollution that becomes conductive due to condensation that is expected. Pollution Degree 4: Pollution that generates persistent conductivity through conductive dust or rain and snow.. Back to table 9.1 2/4 Seite 36

37 Step 2/4: UL 840 Table 9.1 mindest Kriechstrecke (minimum Creepage) Link to pollution degree info 2 3 Material Groups Group CTI I >600 II IIIa IIIb CTI of Material PBT 200 Wemid 600 LCP 175 to polution degr. to type test Kriechstrecke lt. Typprüfung (Creapage) = 12,6 mm Seite 37

38 Zusammenfassung: Mögliche Dimensionierung von Luft und Kriechstrecken für UL 600V Product standards Device standards Alternative assesment (Insulation coordination) UL1059 requirements clearance / creepage UL 1059 > 9,5 mm ok für 600 für 600 V > 12,7 mm > 6,4 mm für 300 V > 9,5 mm 6,9 mm aus Lab. Rep. ok für 300 V 9,66 mm aus Lab.Rep. UL 508 (C) UL 840 Table 9.1 UL 840 Material Group I ( Wemid ) Pollution degree 2 3 Through Air 5,5 mm 5,5 mm Creepage 3,2 mm 8,0mm ok 600V ok 600V Seite 38 Schutz vor abspleißenden 8,8 mm aus Lab. Rep. > 6,4mm ok für 300 V + + >9,5 mm 12,6 mm aus Lab.Rep. Litzen für 300 V Fachverband für Design, Leiterplatten- und Elektronikfertigung, (FED) Regionalgruppe Österreich Surge Voltage test 10,7 kv = Stossspannung. Creepage 3,2 mm 8,0mm Acc. to UL 1059 (600V Class C) or UL5.08 (C) min Clearance (Luftstrecke) = 9,5mm min Creepage (Kriechstrecke) = 12,7mm ok 600V

39 Aderendhülsen (AEH) für den amerikanischen Markt Werkzeuge - Die Hülsen dürfen nur zusammen mit den getesteten Werkzeugen verwendet werden Zwillings AEH s - Da hierfür keine Zulassung besteht dürfen Zwillingsaderendhülsen weder in Steuer noch in Leistungskreisen verwendet werden AEH s für Power Circuits - Die AEH s müssen von UL generell zugelassen sein - Können in Field und Factory Wiring verwendet werden Seite 39

40 Aderendhülsen für den amerikanischen Markt AEH s in Steuerkreisen - Unter Factory Wiring Bedingungen und < AWG 14 dürfen AEH s auch ohne Zulassung verwendet werden Für UL 508A - Es existiert eine Guidline von UL die unter Factory Wiring Bedingungen eine Verwendung in Steuer und Leistungskreisen erlaubt UL Eine Verwendung wie in UL 508A ist geplant UL 508C - Hierfür ist derzeit keine Zulassung geplant Seite 40 Page 40

41 Mehrleiteranschluss (Multiple Wire) an einem Pol Mehrleiteranschluss - Muss von UL generell in der Kombination Anschlusstechnik mit den verwendeten Leiter geprüft werden Prüfung - UL prüft jede Kombination mit dem kompletten Prüfprogramm Leiterquerschnitt und Leiterart - Es dürfen nur Leiter mit gleichem Querschnitt und gleicher Leiterart verwendet werden Anzahl der Leiter je Anschluss - Die Anzahl der von UL freigegebenen Leiter wird in der Bezeichnung in Klammern vor dem Leiterquerschnitt angegeben Zum Beispiel: (4) AWG 12 str - Hier dürfen dann auch nur 4 Leiter angeschlossen werden 2 bzw. 3 oder mehr als 4 Leiter sind nicht erlaubt Seite 41

42 Haben Sie noch Fragen? Vielen Dank Seite 42