Schaltschrankbau und EMV SINAMICS. SINAMICS G130 Schaltschrankbau und EMV. Sicherheitshinweise. Allgemeines. Grundlagen der EMV 3

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3 Sicherheitshinweise 1 Allgemeines 2 SINAMICS SINAMICS G130 Grundlagen der EMV 3 EMV-gerechter Aufbau und Schaltschrankprojektierung 4 Hinweise zur Schaltschrank- Klimatisierung 5 Betriebsanleitung Regelungsausführung V4.7 04/2014 A5E A

4 Rechtliche Hinweise Warnhinweiskonzept Dieses Handbuch enthält Hinweise, die Sie zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachschäden beachten müssen. Die Hinweise zu Ihrer persönlichen Sicherheit sind durch ein Warndreieck hervorgehoben, Hinweise zu alleinigen Sachschäden stehen ohne Warndreieck. Je nach Gefährdungsstufe werden die Warnhinweise in abnehmender Reihenfolge wie folgt dargestellt. GEFAHR bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten wird, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. WARNUNG bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. VORSICHT bedeutet, dass eine leichte Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. ACHTUNG bedeutet, dass Sachschaden eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. Beim Auftreten mehrerer Gefährdungsstufen wird immer der Warnhinweis zur jeweils höchsten Stufe verwendet. Wenn in einem Warnhinweis mit dem Warndreieck vor Personenschäden gewarnt wird, dann kann im selben Warnhinweis zusätzlich eine Warnung vor Sachschäden angefügt sein. Qualifiziertes Personal Das zu dieser Dokumentation zugehörige Produkt/System darf nur von für die jeweilige Aufgabenstellung qualifiziertem Personal gehandhabt werden unter Beachtung der für die jeweilige Aufgabenstellung zugehörigen Dokumentation, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheits- und Warnhinweise. Qualifiziertes Personal ist auf Grund seiner Ausbildung und Erfahrung befähigt, im Umgang mit diesen Produkten/Systemen Risiken zu erkennen und mögliche Gefährdungen zu vermeiden. Bestimmungsgemäßer Gebrauch von Siemens-Produkten Beachten Sie Folgendes: Marken WARNUNG Siemens-Produkte dürfen nur für die im Katalog und in der zugehörigen technischen Dokumentation vorgesehenen Einsatzfälle verwendet werden. Falls Fremdprodukte und -komponenten zum Einsatz kommen, müssen diese von Siemens empfohlen bzw. zugelassen sein. Der einwandfreie und sichere Betrieb der Produkte setzt sachgemäßen Transport, sachgemäße Lagerung, Aufstellung, Montage, Installation, Inbetriebnahme, Bedienung und Instandhaltung voraus. Die zulässigen Umgebungsbedingungen müssen eingehalten werden. Hinweise in den zugehörigen Dokumentationen müssen beachtet werden. Alle mit dem Schutzrechtsvermerk gekennzeichneten Bezeichnungen sind eingetragene Marken der Siemens AG. Die übrigen Bezeichnungen in dieser Schrift können Marken sein, deren Benutzung durch Dritte für deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann. Haftungsausschluss Wir haben den Inhalt der Druckschrift auf Übereinstimmung mit der beschriebenen Hard- und Software geprüft. Dennoch können Abweichungen nicht ausgeschlossen werden, so dass wir für die vollständige Übereinstimmung keine Gewähr übernehmen. Die Angaben in dieser Druckschrift werden regelmäßig überprüft, notwendige Korrekturen sind in den nachfolgenden Auflagen enthalten. Siemens AG Industry Sector Postfach NÜRNBERG DEUTSCHLAND A5E A P 08/2014 Änderungen vorbehalten Copyright Siemens AG Alle Rechte vorbehalten

5 Inhaltsverzeichnis 1 Sicherheitshinweise Allgemeine Sicherheitshinweise Sicherheitshinweise zu elektromagnetischen Feldern (EMF) Umgang mit Elektrostatisch gefährdeten Bauelementen (EGB) Restrisiken von Antriebssystemen (Power Drive Systems) Allgemeines Sicherheitshinweise Richtlinien Normen Grundlagen der EMV Einführung in die EMV EMV-gerechter Aufbau und Schaltschrankprojektierung Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung Allgemeines Hinweise zur Belüftung Index Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 5

6 Inhaltsverzeichnis 6 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

7 Sicherheitshinweise Allgemeine Sicherheitshinweise GEFAHR Lebensgefahr durch unter Spannung stehende Teile und andere Energiequellen Beim Berühren unter Spannung stehender Teile erleiden Sie Tod oder schwere Verletzungen. Arbeiten Sie an elektrischen Geräten nur, wenn Sie dafür qualifiziert sind. Halten Sie bei allen Arbeiten die landesspezifischen Sicherheitsregeln ein. Generell gelten sechs Schritte zum Herstellen von Sicherheit: 1. Bereiten Sie das Abschalten vor und informieren Sie alle Beteiligten, die von dem Vorgang betroffen sind. 2. Schalten Sie die Maschine spannungsfrei. Schalten Sie die Maschine ab. Warten Sie die Entladezeit ab, die auf den Warnschildern genannt ist. Prüfen Sie die Spannungsfreiheit von Leiter gegen Leiter und Leiter gegen Schutzleiter. Prüfen Sie, ob vorhandene Hilfsspannungskreise spannungsfrei sind. Stellen Sie sicher, dass sich Motoren nicht bewegen können. 3. Identifizieren Sie alle weiteren gefährlichen Energiequellen, z. B. Druckluft, Hydraulik oder Wasser. 4. Isolieren oder neutralisieren Sie alle gefährlichen Energiequellen, z. B. durch das Schließen von Schaltern, das Erden oder Kurzschließen oder das Schließen von Ventilen. 5. Sichern Sie die Energiequellen gegen Wiedereinschalten. 6. Vergewissern Sie sich, dass die richtige Maschine völlig verriegelt ist. Nach Abschluss der Arbeiten stellen Sie die Betriebsbereitschaft in umgekehrter Reihenfolge wieder her. WARNUNG Lebensgefahr durch gefährliche Spannung beim Anschluss einer nicht geeigneten Stromversorgung Beim Berühren unter Spannung stehender Teile können Sie im Fehlerfall Tod oder schwere Verletzungen erleiden. Verwenden Sie für alle Anschlüsse und Klemmen der Elektronikbaugruppen nur Stromversorgungen, die SELV- (Safety Extra Low Voltage) oder PELV- (Protective Extra Low Voltage) Ausgangsspannungen zur Verfügung stellen. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 7

8 Sicherheitshinweise 1.1 Allgemeine Sicherheitshinweise WARNUNG Lebensgefahr durch Berührung unter Spannung stehender Teile bei beschädigten Geräten Unsachgemäße Behandlung von Geräten kann zu deren Beschädigung führen. Bei beschädigten Geräten können gefährliche Spannungen am Gehäuse oder an freiliegenden Bauteilen anliegen, die bei Berührung zu schweren Verletzungen oder Tod führen können. Halten Sie bei Transport, Lagerung und Betrieb die in den technischen Daten angegebenen Grenzwerte ein. Verwenden Sie keine beschädigten Geräte. WARNUNG Lebensgefahr durch elektrischen Schlag bei nicht aufgelegten Leitungsschirmen Durch kapazitive Überkopplung können lebensgefährliche Berührspannungen bei nicht aufgelegten Leitungsschirmen entstehen. Legen Sie Leitungsschirme und nicht benutzte Adern von Leistungsleitungen mindestens einseitig auf geerdetes Gehäusepotenzial auf. WARNUNG Lebensgefahr durch elektrischen Schlag bei fehlender Erdung Bei fehlendem oder fehlerhaft ausgeführtem Schutzleiteranschluss von Geräten mit Schutzklasse I können hohe Spannungen an offen liegenden Teilen anliegen, die bei Berühren zu Tod oder schweren Verletzungen führen können. Erden Sie das Gerät vorschriftsmäßig. WARNUNG Lebensgefahr durch elektrischen Schlag beim Trennen von Steckverbindungen im Betrieb Beim Trennen von Steckverbindungen im Betrieb können Lichtbögen zu schweren Verletzungen oder Tod führen. Öffnen Sie die Steckverbindungen nur im spannungsfreien Zustand, sofern sie nicht ausdrücklich zum Trennen im Betrieb freigegeben sind. WARNUNG Lebensgefahr durch Brandausbreitung bei unzureichenden Gehäusen Durch Feuer und Rauchentwicklung können schwere Personen- oder Sachschäden auftreten. Bauen Sie Geräte ohne Schutzgehäuse derart in einem Metallschaltschrank ein (bzw. schützen Sie das Gerät durch eine andere gleichwertige Maßnahme), dass der Kontakt mit Feuer innerhalb und außerhalb des Gerätes verhindert wird. Stellen Sie sicher, dass Rauch über vorgesehene Wege entweichen kann. 8 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

9 Sicherheitshinweise 1.1 Allgemeine Sicherheitshinweise WARNUNG Lebensgefahr durch unerwartete Bewegung von Maschinen beim Einsatz mobiler Funkgeräte oder Mobiltelefone Bei Einsatz von mobilen Funkgeräten oder Mobiltelefonen mit einer Sendeleistung > 1 W näher als ca. 2 m an den Komponenten können Funktionsstörungen der Geräte auftreten, die Einfluss auf die funktionale Sicherheit von Maschinen haben und somit Menschen gefährden oder Sachschäden verursachen können. Schalten Sie Funkgeräte oder Mobiltelefone in unmittelbarer Nähe der Komponenten aus. WARNUNG Lebensgefahr durch Brand des Motors bei Überlastung der Isolation Bei einem Erdschluss in einem IT-Netz entsteht eine höhere Belastung der Motorisolation. Mögliche Folge ist ein Versagen der Isolation mit Personengefährdung durch Rauchentwicklung und Brand. Verwenden Sie eine Überwachungseinrichtung, die einen Isolationsfehler meldet. Beseitigen Sie den Fehler so schnell wie möglich, um die Motorisolation nicht zu überlasten. WARNUNG Lebensgefahr durch Brand bei Überhitzung wegen unzureichender Lüftungsfreiräume Unzureichende Lüftungsfreiräume können zu Überhitzung mit Personengefährdung durch Rauchentwicklung und Brand führen. Weiterhin können erhöhte Ausfälle und verkürzte Lebensdauer von Geräten / Systemen auftreten. Halten Sie unbedingt die für die jeweilige Komponente angegebenen Mindestabstände als Lüftungsfreiräume ein. Diese finden Sie in Maßbildern bzw. in den "Produktspezifischen Sicherheitshinweisen" am Beginn des jeweiligen Kapitels. WARNUNG Unfallgefahr durch fehlende oder unleserliche Warnschilder Fehlende oder unleserliche Warnschilder können Unfälle mit Todesfolge oder mit schweren Verletzungen auslösen. Überprüfen Sie die Vollständigkeit der Warnschilder an Hand der Dokumentation. Bringen Sie auf den Komponenten fehlende Warnschilder, gegebenenfalls in der jeweiligen Landessprache, an. Ersetzen Sie unleserliche Warnschilder. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 9

10 Sicherheitshinweise 1.2 Sicherheitshinweise zu elektromagnetischen Feldern (EMF) ACHTUNG Geräteschaden durch unsachgemäße Spannungs-/Isolationsprüfungen Unsachgemäße Spannungs-/Isolationsprüfungen können zu Geräteschäden führen. Klemmen Sie die Geräte vor einer Spannungs-/Isolationsprüfung der Maschine/Anlage ab, da alle Umrichter und Motoren herstellerseitig hochspannungsgeprüft sind und eine weitere Prüfung innerhalb der Maschine/Anlage deshalb nicht notwendig ist. Hinweis Einsatz von Kupferkabeln für ein UL-approbiertes System Bei Aufbau eines UL-approbierten Systems dürfen nur 60/75 C Kupferleitungen eingesetzt werden. 1.2 Sicherheitshinweise zu elektromagnetischen Feldern (EMF) WARNUNG Lebensgefahr durch elektromagnetische Felder Anlagen der elektrischen Energietechnik, z. B. Transformatoren, Umrichter, Motoren erzeugen beim Betrieb Elektromagnetische Felder (EMF). Dadurch sind insbesondere Personen mit Herzschrittmachern oder Implantaten gefährdet, die sich in unmittelbarer Nähe der Geräte/Systeme aufhalten. Stellen Sie sicher, dass betroffene Personen den nötigen Abstand einhalten (mindestens 2 m). 10 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

11 Sicherheitshinweise 1.3 Umgang mit Elektrostatisch gefährdeten Bauelementen (EGB) 1.3 Umgang mit Elektrostatisch gefährdeten Bauelementen (EGB) Elektrostatisch gefährdete Bauelemente (EGB) sind Einzelbauteile, integrierte Schaltungen, Baugruppen oder Geräte, die durch elektrostatische Felder oder elektrostatische Entladungen beschädigt werden können. ACHTUNG Schädigung durch elektrische Felder oder elektrostatische Entladung Elektrische Felder oder elektrostatische Entladung können Funktionsstörungen durch geschädigte Einzelbauteile, integrierte Schaltungen, Baugruppen oder Geräte verursachen. Verpacken, lagern, transportieren und versenden Sie elektronische Bauteile, Baugruppen oder Geräte nur in der Original-Produktverpackung oder in anderen geeigneten Materialien, z. B. leitfähigem Schaumgummi oder Aluminiumfolie. Berühren Sie Bauteile, Baugruppen und Geräte nur dann, wenn Sie durch eine der folgenden Maßnahmen geerdet sind: Tragen eines EGB-Armbands Tragen von EGB-Schuhen oder EGB-Erdungsstreifen in EGB-Bereichen mit leitfähigem Fußboden Legen Sie elektronische Bauteile, Baugruppen oder Geräte nur auf leitfähigen Unterlagen ab (Tisch mit EGB-Auflage, leitfähigem EGB-Schaumstoff, EGB- Verpackungsbeutel, EGB-Transportbehälter). Die notwendigen EGB-Schutzmaßnahmen sind im folgenden Bild noch einmal verdeutlicht: a = leitfähiger Fußboden b = EGB-Tisch c = EGB-Schuhe d = EGB-Mantel e = EGB-Armband f = Erdungsanschluss der Schränke g = Verbindung zum leitfähigen Boden Bild 1-1 EGB-Schutzmaßnahmen Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 11

12 Sicherheitshinweise 1.4 Restrisiken von Antriebssystemen (Power Drive Systems) 1.4 Restrisiken von Antriebssystemen (Power Drive Systems) Die Komponenten für Steuerung und Antrieb eines Antriebssystems sind für den industriellen und gewerblichen Einsatz in Industrienetzen zugelassen. Der Einsatz in öffentlichen Netzen erfordert eine andere Projektierung und / oder zusätzliche Maßnahmen. Der Betrieb dieser Komponenten ist nur in geschlossenen Gehäusen oder in übergeordneten Schaltschränken mit geschlossenen Schutzabdeckungen unter Anwendung sämtlicher Schutzeinrichtungen zulässig. Der Umgang mit diesen Komponenten ist nur qualifiziertem und eingewiesenem Fachpersonal gestattet, das alle Sicherheitshinweise auf den Komponenten und in der zugehörenden Technischen Anwenderdokumentation kennt und einhält. Der Maschinenhersteller muss bei der gemäß entsprechenden lokalen Vorschriften (z. B. EG-Maschinenrichtlinie) durchzuführenden Beurteilung des Risikos seiner Maschine folgende von den Komponenten für Steuerung und Antrieb eines Antriebssystems ausgehende Restrisiken berücksichtigen: 1. Ungewollte Bewegungen angetriebener Maschinenteile bei Inbetriebnahme, Betrieb, Instandhaltung und Reparatur z. B. durch HW- und / oder SW-Fehler in Sensorik, Steuerung, Aktorik und Verbindungstechnik Reaktionszeiten der Steuerung und des Antriebs Betrieb und / oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Betauung / leitfähige Verschmutzung Fehler bei der Parametrierung, Programmierung, Verdrahtung und Montage Benutzung von Funkgeräten / Mobiltelefonen in unmittelbarer Nähe der Steuerung Fremdeinwirkungen / Beschädigungen 2. Im Fehlerfall kann es innerhalb und außerhalb des Umrichters zu außergewöhnlich hohen Temperaturen, einschließlich eines offenen Feuers, sowie Emissionen von Licht, Geräuschen, Partikeln, Gasen etc. kommen, z. B.: Bauelementeversagen Software-Fehler Betrieb und / oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Fremdeinwirkungen / Beschädigungen Umrichter der Schutzart Open Type / IP20 müssen derart in einem Metallschaltschrank eingebaut (oder durch eine andere gleichwertige Maßnahme geschützt) werden, dass der Kontakt mit Feuer innerhalb und außerhalb des Umrichters verhindert wird. 12 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

13 Sicherheitshinweise 1.4 Restrisiken von Antriebssystemen (Power Drive Systems) 3. Gefährliche Berührspannungen z. B. durch Bauelementeversagen Influenz bei elektrostatischen Aufladungen Induktion von Spannungen bei bewegten Motoren Betrieb und / oder Umgebungsbedingungen außerhalb der Spezifikation Betauung / leitfähige Verschmutzung Fremdeinwirkungen / Beschädigungen 4. Betriebsmäßige elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder, die z. B. für Träger von Herzschrittmachern, Implantaten oder metallischen Gegenständen bei unzureichendem Abstand gefährlich sein können 5. Freisetzung umweltbelastender Stoffe und Emissionen bei unsachgemäßem Betrieb und / oder bei unsachgemäßer Entsorgung von Komponenten Hinweis Die Komponenten müssen gegen leitfähige Verschmutzung geschützt werden, z. B. durch Einbau in einen Schaltschrank mit der Schutzart IP54 nach IEC bzw. NEMA 12. Unter der Voraussetzung, dass am Aufstellort das Auftreten von leitfähigen Verschmutzungen ausgeschlossen werden kann, ist auch eine entsprechend geringere Schutzart des Schaltschranks zulässig. Weitergehende Informationen zu den Restrisiken, die von den Komponenten eines Antriebssystems ausgehen, finden Sie in den zutreffenden Kapiteln der Technischen Anwenderdokumentation. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 13

14 Sicherheitshinweise 1.4 Restrisiken von Antriebssystemen (Power Drive Systems) 14 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

15 Allgemeines 2 Durch das modulare Konzept von SINAMICS G130 ist die Beschreibung jeder einzelnen Kombination nicht möglich. Vielmehr sollen Grundlagen und allgemeingültige Regeln vermittelt werden, mit deren Hilfe spezielle Gerätekombinationen "elektromagnetisch verträglich" und mechanisch aufgebaut werden können. Aufgrund ihrer Beschaffenheit sind die Komponenten von SINAMICS G130 für den Einbau in Gehäuse vorgesehen. Diese Gehäuse sind in der Regel Schaltschränke oder Schaltkästen aus Stahl, die den Schutz gegen direktes Berühren und andere Umwelteinflüsse gewährleisten. Sie gehören auch zum EMV-Konzept. 2.1 Sicherheitshinweise WARNUNG Lebensgefahr durch Nichtbeachtung der Grundlegenden Sicherheitshinweise und Restrisiken Durch Nichtbeachtung der Grundlegenden Sicherheitshinweise und Restrisiken in Kapitel 1 können Unfälle mit schweren Verletzungen oder Tod auftreten. Halten Sie die Grundlegenden Sicherheitshinweise ein. Berücksichtigen Sie bei der Risikobeurteilung die Restrisiken. WARNUNG Verletzungsgefahr durch Fremdkörper im Gerät In das Gerät fallende Teile (z. B.: Bohrspäne, Aderendhülsen) können zu Kurzschlüssen und Schäden der Isolierung führen. Daraus können schwere Verletzungen entstehen (Lichtbogen, Knall, herausfliegende Teile). Führen Sie Montage und sonstige Arbeiten grundsätzlich im spannungsfreien Zustand der Geräte durch. Decken Sie die Lüftungsschlitze während der Montage des Schaltschranks ab und entfernen Sie die Abdeckung vor dem Einschalten. ACHTUNG Begrenzung von Überspannungen In Netzen mit geerdetem Außenleiter und einer Netzspannung >600 V AC sind anlagenseitig Maßnahmen zu ergreifen, um auftretende Überspannungen auf die Überspannungskategorie II nach IEC zu begrenzen. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 15

16 Allgemeines 2.2 Richtlinien 2.2 Richtlinien Folgende EG-Richtlinien müssen im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) durch den Schaltschrank erfüllt werden: Tabelle 2-1 Richtlinien Richtlinie 2006/95/EG 2004/108/EG 2006/42/EG Beschreibung Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten betreffend elektrischer Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen (Niederspannungsrichtlinie) Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedsstaaten für die elektromagnetische Verträglichkeit und zur Aufhebung der Richtlinie 89/336/EWG (EMV-Richtlinie) Richtlinie des europäischen Parlaments und des Rates vom über Maschinen und zur Änderung der Richtlinie 95/16/EG (Neufassung) (Maschinenrichtlinie) 2.3 Normen Hinweis Die in der nachfolgenden Tabelle gelisteten Normen sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die gelisteten Normen sind keine zugesicherte Produkteigenschaft. Verbindliche Aussagen sind ausschließlich in der Konformitätsbestätigung enthalten. Tabelle 2-2 Wesentliche anwendungsrelevante Normen in der Reihenfolge: EN, IEC/ISO, DIN, VDE Normen* EN 1037 ISO DIN EN 1037 EN ISO 9001 ISO 9001 DIN EN ISO 9001 EN ISO x ISO x DIN EN ISO x EN ISO x ISO x DIN EN ISO x EN ISO ISO DIN EN ISO Titel Sicherheit von Maschinen; Vermeidung von unerwartetem Anlauf Qualitätsmanagementsysteme - Anforderungen Sicherheit von Maschinen; Allgemeine Gestaltungsleitsätze; Teil 1: Grundsätzliche Terminologie, Methodik Teil 2: Technische Leitsätze und Spezifikationen Sicherheit von Maschinen; Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen; Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze Teil 2: Validierung Sicherheit von Maschinen - Risikobeurteilung Teil 1: Leitsätze 16 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

17 Allgemeines 2.3 Normen Normen* EN CISPR 11 DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE0295 EN IEC DIN EN VDE IEC bis -3 HD x-x IEC x-x DIN VDE 0100-x-x VDE 0100-x-x EN IEC DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE EN x IEC x DIN EN x Titel Industrielle, wissenschaftliche und medizinische Hochfrequenzgeräte (ISM-Geräte) - Funkstörungen - Grenzwerte und Messverfahren Halbleiterstromrichter; Allgemeine Anforderungen und netzgeführte Stromrichter; Teil 1-1: Festlegung der Grundanforderungen Elektrische Ausrüstung von Maschinen; Teil 1: Allgemeine Festlegungen Leiter für Kabel und isolierte Leitungen Niederspannungssicherungen; Teil 1: Allgemeine Anforderungen Kabel - Berechnung der Strombelastbarkeit Teil 1: Strombelastbarkeit-Gleichungen (100 %-Lastfaktor) und Berechnung der Verluste Teil 2: Thermischer Widerstand Teil 3: Hauptabschnitte für die Betriebsbedingungen Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V; Teil 200: Begriffe Teil 410: Schutzmaßnahmen, Schutz gegen elektrischen Schlag Teil 420: Schutzmaßnahmen, Schutz gegen thermische Einflüsse Teil 430: Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom Teil 450: Schutzmaßnehmen, Schutz gegen Unterspannung Teil 470: Schutzmaßnahmen; Anwendungen der Schutzmaßnahmen Teil 5xx: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Teil 520: Kabel, Leitungen, Stromschienen Teil 540: Erdung, Schutzleiter, Potentialausgleichsleiter Teil 560: Elektrische Anlagen für Sicherheitszwecke Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen; Teil 1: Typgeprüfte und partiell typgeprüfte Kombinationen Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) Klassifizierung von Umweltbedingungen Teil 3-0: Klassen von Umwelteinflussgrößen und deren Grenzwerte; Einführung Teil 3-1: Klassen von Umwelteinflussgrößen und deren Grenzwerte; Langzeitlagerung Teil 3-2: Klassen von Umwelteinflussgrößen und deren Grenzwerte; Transport Teil 3-3: Klassen von Umwelteinflussgrößen und deren Grenzwerte; Ortsfester Einsatz, wettergeschützt Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 17

18 Allgemeines 2.3 Normen Normen* EN x-x IEC x-x DIN EN x-x VDE 0660-x EN x IEC x DIN EN x VDE x EN IEC DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE EN IEC DIN EN VDE EN x IEC x DIN EN x VDE x EN IEC DIN EN VDE UL 50 CSA C22.2 No UL 508 CSA C22.2 No. 142 UL 508C CSA C22.2 No. 14 Titel Niederspannungsschaltgeräte Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 6-1: Fachgrundnorm; Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäfts- und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe Teil 6-2: Fachgrundnormen; Störfestigkeit für Industriebereich Teil 6-3: Fachgrundnormen; Fachgrundnorm Störaussendung für Wohnbereich, Geschäfts- und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe Teil 6-4: Fachgrundnormen; Fachgrundnorm Störaussendung für Industriebereich Schutz gegen elektrischen Schlag; Gemeinsame Anforderungen für Anlagen und Betriebsmittel Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe; Teil 2: Allgemeine Anforderungen Festlegungen für die Bemessung von Niederspannungs- Wechselstrom-Antriebssystemen mit einstellbarer Frequenz Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe; Teil 3: EMV- Anforderungen einschließlich spezieller Prüfverfahren Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl; Teil 5: Anforderungen an die Sicherheit; Hauptabschnitt 1: Elektrische, thermische und energetische Anforderungen Hauptabschnitt 2: Funktionale Sicherheitsanforderungen Sicherheit von Maschinen; Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbar elektronischer Steuerungssysteme Enclosures for Electrical Equipment Industrial Control Equipment Process Control Equipment Power Conversion Equipment Industrial Control Equipment * Die aufgelisteten Normen sind bzgl. der technischen Anforderungen nicht unbedingt inhaltsgleich. 18 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

19 Grundlagen der EMV Einführung in die EMV Was versteht man unter EMV? Unter der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) versteht man die Fähigkeit eines elektrischen Gerätes, in einer vorgegebenen elektromagnetischen Umgebung fehlerfrei zu funktionieren, ohne dabei die Umgebung in unzulässiger Weise zu beeinflussen. Die EMV stellt somit ein Qualitätsmerkmal dar für die Eigenstörfestigkeit: Beständigkeit gegen interne elektrische Störgrößen Fremdstörfestigkeit: Beständigkeit gegen systemfremde elektromagnetische Störgrößen Störemissionsgrad: Beeinflussung des Umfeldes durch elektromagnetische Abstrahlung Für einen störungsfreien Betrieb des Schrankgerätes in der Anlage darf das störungsbehaftete Umfeld nicht vernachlässigt werden. Daher werden an den Aufbau der Anlage hinsichtlich der EMV besondere Anforderungen gestellt. Betriebssicherheit und Störfestigkeit Um die größtmögliche Betriebssicherheit und Störfestigkeit einer Gesamtanlage (Umrichter, Automatisierung, Antriebsmaschine usw.) zu erreichen, sind Maßnahmen seitens Umrichterhersteller und Anwender notwendig. Nur wenn alle diese Maßnahmen eingehalten werden, kann die einwandfreie Funktion des Umrichters garantiert, sowie die vom Gesetzgeber vorgeschriebene Anforderungen (2004/108/EG) eingehalten werden. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 19

20 Grundlagen der EMV 3.1 Einführung in die EMV Störemissionen Die EMV-Anforderungen an "Drehzahlveränderbare Antriebssysteme" beschreibt die Produktnorm EN Sie stellt Anforderungen an Umrichter mit Betriebsspannungen unter 1000 V. Abhängig vom Aufstellort des Antriebssystems werden unterschiedliche Umgebungen und Kategorien definiert. Bild 3-1 Definition der Ersten und Zweiten Umgebung Bild 3-2 Definition der Kategorien C1 bis C4 Tabelle 3-1 Definition der Ersten und der Zweiten Umgebung Definition der Ersten und der Zweiten Umgebung Erste Umgebung Zweite Umgebung Wohngebäude oder Standorte, an denen das Antriebssystem ohne Transformator am öffentlichen Niederspannungsnetz angeschlossen ist. Industriegebiete, die über einen eigenen Transformator aus dem Mittelspannungsnetz gespeist werden. 20 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

21 Grundlagen der EMV 3.1 Einführung in die EMV Tabelle 3-2 Definition der Kategorien C1 bis C4 Definition der Kategorien C1 bis C4 Kategorie C1 Kategorie C2 Kategorie C3 Kategorie C4 Nennspannung <1000 V uneingeschränkter Einsatz in der ersten Umgebung. Ortsfeste Antriebssysteme Nennspannung <1000 V für den Einsatz in der zweiten Umgebung. Einsatz in erster Umgebung bei Vertrieb und Installation von Fachpersonal. Nennspannung <1000 V ausschließlich Einsatz in der zweiten Umgebung. Nennspannung 1000 V oder für Nennströme 400 A in komplexen Systemen in der zweiten Umgebung. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 21

22 Grundlagen der EMV 3.1 Einführung in die EMV 22 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

23 EMV-gerechter Aufbau und 4 Schaltschrankprojektierung Ausführliche Projektierungshinweise zum EMV-gerechten Aufbau von Antrieben und zur Schaltschrankprojektierung finden Sie im "Projektierungshandbuch SINAMICS Low Voltage", siehe Projektierungshandbuch SINAMICS G130, G150, S120 Einbaugeräte, S120 Cabinet Modules, S150 ( Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 23

24 EMV-gerechter Aufbau und Schaltschrankprojektierung 24 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

25 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung Allgemeines Die nachfolgend aufgeführten Mindestmaße für die Freiräume der Belüftung sind unbedingt einzuhalten. In diesen Bereichen dürfen keine anderen Bauteile und Leitungen montiert bzw. verlegt werden. ACHTUNG Geräteausfall durch Überlastung von Geräten und Komponenten Werden die Einbauvorschriften für die Geräte SINAMICS G130 nicht eingehalten, so führt dies zu einer deutlichen Reduzierung der Lebensdauer von Bauteilen. Es kann zu vorzeitigen Ausfällen von Geräten und Komponenten führen. Halten Sie die Einbauvorschriften für die Geräte und Komponenten ein. Folgende Spezifikationen sind bei Verwendung eines SINAMICS G130 Antriebsverbandes zu beachten: Lüftungsfreiraum Leitungsführung Luftführung Tabelle 5-1 Lüftungsfreiräume der Komponenten Komponente Baugröße Abstand vorn [mm] Abstand oben [mm] Abstand unten [mm] Power Module FX 40 1) Power Module GX 50 1) Power Module HX, JX 40 1) ) Die Abstände gelten für den Bereich der Lüftungsschlitze in der Frontabdeckung. Hinweis Hinweise zu den Maßangaben Die Maße beziehen sich auf die Außenkanten der Geräte. Die Maßzeichnungen finden sich in der Betriebsanleitung. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 25

26 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung 5.2 Hinweise zur Belüftung 5.2 Hinweise zur Belüftung Die Geräte SINAMICS G130 werden mit eingebauten Lüftern zwangsbelüftet. Um einen ausreichenden Luftstrom zu gewährleisten, sind entsprechend große Öffnungen für Zuluft, z. B. Lüftungsöffnungen in der Schranktüre und Abluft, z. B. durch Verwendung einer Dachhaube, vorzusehen. Die Komponenten müssen von der Kühlluft senkrecht von unten (kalter Bereich) nach oben (durch den Betrieb warmer Bereich) durchströmt werden. Auf die richtige Luftströmungsrichtung ist unbedingt zu achten. Es muss ferner sichergestellt sein, dass die warme Luft nach oben entweichen kann. Die Lüftungsfreiräume sind gemäß der Tabelle "Lüftungsfreiräume der Komponenten" im vorherigen Kapitel unbedingt einzuhalten. Hinweis Direkt auf den Komponenten dürfen keine Leitungen verlegt werden. Die Lüftungsgitter müssen unbedingt frei bleiben. Direktes Anblasen der elektronischen Geräte mit Kaltluft ist zu vermeiden. ACHTUNG Geräteausfall durch Betauen bei ungeeigneter Luftführung und Kühlung Durch eine ungeeigete Luftführung und Kühleinrichtung kann Betauung auftreten, die zu einem Geräteausfall führen kann. Wählen Sie die Luftführung, die Anordnung und Einstellung der Kühleinrichtung so, dass auch bei der maximal zu erwartenden relativen Luftfeuchtigkeit ein Betauen ausgeschlossen ist. Bauen Sie gegebenenfalls eine Schaltschrankheizung ein. 26 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

27 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung 5.2 Hinweise zur Belüftung Bild 5-1 Luftführung bei Power Module, Baugröße FX, GX Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 27

28 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung 5.2 Hinweise zur Belüftung Bild 5-2 Luftführung bei Power Module, Baugröße HX, JX Ein Betrieb der Geräte in einem so genannten Luftkurzschluss ist unbedingt zu vermeiden, da dies zum Ausfall bzw. zur Zerstörung führt. Durch die Sogwirkung des Lüfters entsteht an den Lüftungsöffnungen der Schranktüren ein Unterdruck. Dieser ist abhängig vom Volumenstrom und dem hydraulischen Querschnitt der Öffnungen. Die Luft, die oben aus dem Gerät ausgeblasen wird, staut sich unter dem Dachblech, bzw. der Dachhaube. Dadurch entsteht an dieser Stelle ein Überdruck. Innerhalb des Schaltschrankes entsteht durch die Druckdifferenz zwischen Überdruck oben und Unterdruck unten eine Luftströmung, der Luftkurzschluss. Je nach Querschnitt der Türund Dachöffnungen und des Volumenstromes der Luft ist dieser unterschiedlich stark ausgeprägt. 28 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

29 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung 5.2 Hinweise zur Belüftung Durch die Luftströmung innerhalb des Schaltschrankes wird durch den Gerätelüfter bereits vorgewärmte Luft angesaugt. Dadurch erwärmen sich die Bauteile deutlich stärker. Darüber hinaus stellt sich für den Ventilator ein ungünstiger Arbeitspunkt ein. ACHTUNG Geräteausfall durch Luftkurzschluss im Schaltschrank Durch eine ungeeigete Luftführung kann ein Luftkurzschluss auftreten, der zu Überhitzung im Schaltschrank und zum Geräteausfall führen kann. Verhindern Sie einen Luftkurzschluss durch geeignete Schottungsmaßnahmen im Schaltschrank. Die Schottung hat so zu erfolgen, dass an Ober- und Unterseite der Geräte keine Luft außen an den Seiten entlang strömen kann. Vor allem eine Luftströmung von oben (warme Abluft) nach unten (kalte Kühlluft) muss vermieden werden. Ausgeführt werden können die Schottungsmaßnahmen z. B. durch die Verwendung geeigneter Bleche. Die Schottung hat bis zu den Seitenwänden bzw. der Schaltschranktüre zu erfolgen. Sie muss so gestaltet sein, dass der austretende Luftstrom nicht in die Schrankholme gedrückt sondern um diese herum gelenkt wird. Bei allen Schutzarten größer IP20 sind Schottungsmaßnahmen unbedingt erforderlich. Die den Umrichterschränken benachbarten Schaltschränke o. ä. sind bei der Schottung mit zu berücksichtigen. Für eine ausreichende Belüftung der Geräte sind die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Öffnungsquerschnitte mindestens einzuhalten. Die angegebenen Öffnungsquerschnitte setzten sich aus mehreren kleinen Öffnungen zusammen. Damit der Druckverlust und der Strömungswiderstand an diesen gitterförmigen Öffnungen nicht zu groß werden, muss die Querschnittsfläche je Öffnung mindestens in der Größenordnung von 190 mm² liegen (z. B. 7,5 mm x 25 mm oder 9,5 mm x 20 mm). Um einen dauerhaften Betrieb der Geräte zu gewährleisten, muss darauf geachtet werden, dass keine Schmutz- und Staubpartikel eindringen können. Dazu sind Drahtgitter (Drahtgewebe DIN 4189-St-vzk-1x0.28) bzw. Filtermatten (mindestens Filterklasse G2) zu verwenden. Die Wahl der Filtermatten richtet sich auch nach der geforderten Schutzart und den Umgebungsbedingungen. Sind Schaltschränke in einer Umgebung aufgestellt, wo feine Stäube oder Öldämpfe auftreten, sind Feinfiltermatten zu verwenden, um eine Verschmutzung der Geräte zu vermeiden. Werden Schmutzfilter eingesetzt, so sind die angegebenen Öffnungsquerschnitte und damit die Filterflächen nach oben hin anzupassen. ACHTUNG Geräteausfall durch Überhitzung aufgrund verschmutzter Schmutzfilter Verschmutzte Filtermatten führen zu einer Überhitzung des Gerätes und zum Geräteausfall. Halten Sie bei Verwendung von Schmutzfiltern die angegebenen Tauschintervalle ein. Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 29

30 Hinweise zur Schaltschrank-Klimatisierung 5.2 Hinweise zur Belüftung Sind die Filtermatten stark mit Schmutz zugesetzt, verringert sich das angesaugte Luftvolumen durch den erhöhten Strömungswiderstand. Dies führt zur Überlastung der in die Geräte eingebauten Lüfter bzw. zur Überhitzung und damit Beschädigung der Geräte selber. Die in der Tabelle angegebenen Öffnungsquerschnitte beziehen sich auf jeweils ein Gerät. Werden mehrere Geräte in einen Schaltschrank eingebaut, so vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt entsprechend. Lassen sich die benötigten Öffnungen im Schaltschrank nicht realisieren, so sind die Geräte auf mehrere Schaltschränke zu verteilen, die durch Trennwände gegeneinander abgeschlossen werden. Die Abführung der erwärmten Abluft muss über das Dachblech bzw. die Dachhaube oder seitliche Öffnungen im Schaltschrank in Höhe der Geräteoberseite erfolgen. Auch hier ist die Größe des Öffnungsquerschnittes zu beachten. Bei Schutzarten größer IP20 und Verwendung einer Dachhaube kann es erforderlich sein, eine "aktive" Dachhaube zu verwenden. In eine solche Dachhaube sind Ventilatoren integriert, die den Luftstrom nach vorne ausblasen. Bis auf die Luftaustrittsöffnung ist die Dachhaube geschlossen. Bei der Auswahl der "aktiven" Dachhaube ist auf eine ausreichende Luftleistung der Ventilatoren zu achten, damit kein Luftstau im Schaltschrank entstehen kann. Kommt es zu einem Luftstau, wird die Kühlleistung reduziert und es kann zu einer Überhitzung und damit Zerstörung der Geräte führen. Die Luftleistung der Ventilatoren sollte mindestens den Daten des Gerätelüfters entsprechen. Tabelle 5-2 Volumenstrom, Öffnungsquerschnitte Power Module Bestellnummer 6SL3310-1GE32-1AAx 1GH28-5AAx 1GH31-0AAx 1GH31-2AAx 1GH31-5AAx 1GE32-6AAx 1GE33-1AAx 1GE33-8AAx 1GE35-0AAx 1GF31-8AAx 1GF32-2AAx 1GF32-6AAx 1GF33-3AAx 1GF34-1AAx 1GH31-8AAx 1GH32-2AAx 1GH33-6AAx 1GH33-3AAx 1GE36-1AAx 1GE37-5AAx 1GE38-4AAx 1GF34-7AAx 1GF35-8AAx 1GH34-1AAx 1GH34-7AAx 1GH35-8AAx 1GE41-0AAx 1GF37-4AAx 1GF38-1AAx 1GH37-4AAx 1GH38-1AAx Kühlluftbedarf [m³/s] 0,17 0,23 0,36 0,78 1,48 Minimaler Öffnungsquerschnitt im Schaltschrank - Einlassöffnung - Auslassöffnung [m²] [m²] 0,1 0,1 0,1 0,1 0,19 0,19 0,28 0,28 0,47 0,47 30 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A

31 Index E Elektromagnetische Felder, 10 R Restrisiken, 12 S Sicherheitshinweise Elektromagnetische Felder, 10 Betriebsanleitung, 04/2014, A5E A 31

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