NFPA 79

Maschinenbauer aufgepasst: Überspannungsschutz ist seit der Edition 2018 Pflicht für Maschinen in Teilen der USA. Machen Sie Ihre Maschine fit für den NFPA 79.

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Ready for NFPA 79

Maschinen- und Anlagenbauer, die Ihre Produkte in den nordamerikanischen Markt exportieren oder in dessen Geltungsbereich in Verkehr bringen wollen, unterliegen den dortigen Gesetzen und Vorschriften. Eine der wichtigen fachspezifischen Normen ist neben dem NEC der NFPA 79. Der NFPA 79 wird alle drei Jahre, im Anschluss an den NEC, überarbeitet und übernimmt dessen Neuerungen.

Erfahren Sie hier, welche verpflichtenden Anforderungen sich für elektrische Maschinen aus dem NFPA 79 für den Einsatz von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) ergeben. Mit uns sind Sie auf der sicheren Seite.

Welche Edition gültig ist, entscheidet der Bundesstaat, in dem die Maschine betrieben wird. Somit sind in ganz Nordamerika verschiedene Editionen gültig. Es bietet sich daher an, immer die neueste Edition zu berücksichtigen.

NFPA 79 – Edition 2021

  • Überspannungsschutz ist Pflicht für Industriemaschinen mit sicherheitsgerichteten Kreisen (Safety), die noch nicht ausreichend gegen Überspannungen geschützt sind.
  • Überspannungsschutzgeräte (SPD) müssen UL-Listed sein.
  • Ein Typ-4-SPD im Schaltschrank muss mit der Type Location der Maschine übereinstimmen und entsprechend gekennzeichnet sein.
  • Ein Typ-4-SPD darf nur vom Hersteller des Schaltschranks installiert werden.

NFPA 79 – Edition 2018

  • Überspannungsschutz ist Pflicht für Industriemaschinen mit sicherheitsgerichteten Kreisen (Safety).
  • Überspannungsschutzgeräte (SPD) müssen UL-Listed sein.
  • Ein Typ-4-SPD im Schaltschrank muss mit der Type Location der Maschine übereinstimmen und gekennzeichnet sein.

Unsere Lösung – Ihre Vorteile

  • VAL-US-Produkte sind UL-Listed und universell in allen Type Locations einsetzbar
  • Keine Überschreitung des Kurzschlussstroms dank hoher Kurzschlussfestigkeit von 200 kA
  • Vereinfachte Abnahme der Anlage durch Inspektoren, da Vorgaben des NFPA 79 eingehalten werden
  • Produkte europaweit erhältlich, einsetzbar und montierbar durch CE-Kennzeichnung
FAQ-Reihe, Teil 2: Für welche Maschinen gilt der NFPA 79?
Video Teil 2 NFPA 79 YouTube

FAQ-Reihe, Teil 2: Für welche Maschinen gilt der NFPA 79?

Hier erklären wir Ihnen, für welche Maschinen der NFPA 79 gilt. Erfahren Sie mehr.

FAQ-Reihe, Teil 3: Warum ist Überspannungsschutz Pflicht für Maschinen im nordamerikanischen Markt?
Video Teil 3 NFPA 79 YouTube

FAQ-Reihe, Teil 3: Warum ist Überspannungsschutz Pflicht für Maschinen im nordamerikanischen Markt?

Im dritten Video unserer FAQ-Reihe erzählt Ihnen Florian Lenzmeier, unser Experte für Überspannungsschutz, warum Überspannungsschutz für Maschinen Pflicht ist, die in den nordamerikanischen Markt exportiert und dort in Verkehr gebracht werden.

FAQ-Reihe, Teil 4: Wo steht im NFPA 79, dass Überspannungsschutz einzusetzen ist?
Video Teil 4 NFPA 79 YouTube

FAQ-Reihe, Teil 4: Wo steht im NFPA 79, dass Überspannungsschutz einzusetzen ist?

Florian Lenzmeier, unser Experte für Überspannungsschutz, erläutert Ihnen im vierten Video unserer FAQ-Reihe, in welchen Kapiteln der Norm diese Frage beantwortet wird.

FAQ-Reihe, Teil 5: Hat Phoenix Contact die passenden Produkte?
Video Teil 5 NFPA 79 YouTube

FAQ-Reihe, Teil 5: Hat Phoenix Contact die passenden Produkte?

Im fünften Video unserer FAQ-Reihe zeigt Ihnen Florian Lenzmeier die für den NFPA 79 passende Produktfamilie VAL-US.

Icon Ready for NFPA 79: Überspannungsschutz ist Pflicht für Maschinen in den USA

Webcast: Überspannungsschutz ist Pflicht für Maschinen in den USA

Erfahren Sie in diesem Webcast, welche verpflichtenden Anforderungen sich aus der NFPA 79 für den Einsatz von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) für den Einsatz in Maschinen im nordamerikanischen Markt ergeben.

Referent: Cord Feldmann, PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Was regelt der NFPA 79?

Der NFPA 79 (Electrical Standard for Industrial Machinery) ist eine amerikanische Norm für den Sicherheitsstandard industrieller Maschinen aus den USA. Sie regelt solche elektrischen und elektronischen Themen, die, falsch ausgeführt, zu gefährlichen Zuständen in der Maschine führen können. Dazu gehören u. a. Überstromschutz, Verkabelung und Sicherheitskreise und seit neustem der Einsatz von Überspannungsschutz.
Der NFPA 79 wird alle drei Jahre überarbeitet. Die aktuelle Fassung ist von 2018.

Warum muss meine Maschine den NFPA 79 erfüllen?

Jede Maschine, die in Betrieb genommen werden soll, muss vorher von einem Inspektor geprüft und abgenommen (approved) werden. Für diese Prüfung wird neben dem National Electrical Code (NEC – NFPA 70) auch der NFPA 79 herangezogen. Ist der Inspektor der Meinung, dass die Maschine nicht vollständig der Norm entspricht, kann er die Abnahme und somit die NFPA 79-Zertifizierung verweigern. Dann darf die Maschine nicht in Betrieb gehen.

Wo findet die Richtlinie Anwendung und welchen Geltungsbereich hat sie?

Die Richtlinie umfasst alle Industriemaschinen in den USA. Welche Fassung des NFPA 79 im jeweiligen Bundesstaat/Gebiet gültig ist, hängt von der gültigen Fassung des National Electrical Code im Bundesstaat/Gebiet ab. Für Maschinen, die in „Hazardous Locations“ eingesetzt werden, gilt zudem der NEC, Article 500 und fortfolgend.

Wie wird mit inhaltlichen Unterschieden aus verschiedenen Regelwerken umgegangen?

In Industriemaschinen eingesetzte Schaltschränke müssen zusätzlich zum NEC und zum NFPA 79 noch die Norm UL 508A erfüllen. Gibt es aus diesen drei Regelwerken verschiedene Anforderungen, so gilt die strikteste Vorgabe. Bei Überstromschutzeinrichtungen muss dann z. B. der niedrigste Wert verwendet werden.

Wieso wurde Überspannungsschutz mit der neuen Fassung des NFPA 79 verpflichtend?

Der Personenschutz spielt eine wichtige Rolle. Um gefährliche Situationen für Menschen an der Maschine zu vermeiden, darf eine Überspannung die Sicherheitskreise einer Maschine nicht beschädigen. Überlegungen in Richtung weitergehende Einsatzbereitschaft der Maschine nach einer Überspannung haben hier keine Relevanz.

Wie erfülle ich die Anforderungen aus dem NFPA 79 bezüglich Überspannungsschutz?

Im NEC (2017) und im NFPA 79 (2018) müssen Industriemaschinen, die mit Sicherheitskreisen ausgestattet sind, mit Überspannungsschutz (Surge Protective Device, SPD) für die Stromversorgung ausgerüstet sein. Dieser muss eine „UL Listed“ Approbation nach der Norm UL 1449 haben. Außerdem muss er eine Kurzschlussfestigkeit (Short Circuit Current Rating – SCCR) aufweisen, die größer ist als der Kurzschlussstrom am Einbauort.

Wie müssen Überspannungsschutzgeräte eingesetzt werden, um den NFPA 79 zu erfüllen?

Überspannungsschutzgeräte für die Stromversorgung sollten so nah wie möglich an der Einspeisung installiert werden. Je nach Ort der Maschine in der Installation sind die entsprechenden SPD-Typen (siehe NFPA 79 (2018), Article 7.8) zu wählen. Die VAL-US Serie macht es dabei besonders einfach: Als UL Listed Type 1-Geräte dürfen sie an jedem Ort der Installation eingesetzt werden. Dabei kann es nötig sein, den Schutz der Leitungen vor Überstrom zu berücksichtigen.

Überspannungsschutzgeräte für Signal- und Datentechnik sind im NFPA 79 nicht gefordert. Sie können trotzdem in Maschinen verbaut werden. Empfehlenswert ist hier ein Überspannungsschutzgerät für die Kommunikationsschnittstelle der Maschine, z. B. zur Leittechnik.

Wie komme ich an die vollständigen Informationen des NFPA 79?

Sowohl der NEC als auch der NFPA 79 sind bei der „National Fire Protection Association“ entweder käuflich erwerbbar oder kostenfrei einzusehen. Käuflich sind sowohl elektronische als auch gebundene Formate.

Amerikanische Netzformen

Die amerikanischen Netzformen, Spannungen und deren Frequenz unterscheiden sich teilweise deutlich von den in Europa bekannten und sind historisch begründet. Industriemaschinen werden hauptsächlich an den Netzformen „3-phase Wye“ und „Delta“ betrieben. Es gibt aber noch weitere Netzformen, von denen die gängigen nachfolgend vorgestellt werden.

Split-phase
3-phase Wye
Corner-grounded/ungrounded Delta
High-Leg Delta
Split-phase

Diese Netzform ist in Europa heutzutage weitestgehend unbekannt. Erzeugt wird sie durch eine Mittenanzapfung der Sekundärseite eines einphasigen Transformators. Die Mittenanzapfung ist geerdet, so dass die Spannung zwischen ihr und einer Phase genau der Hälfte der Spannung zwischen den Phasen beträgt. Die genutzte Spannung beträgt 120/240 V.
Diese Netzform wird in Amerika bei fast allen Haushalten und kleinen Bürogebäuden genutzt. An 120 V werden kleine und leistungsschwache Geräte angeschlossen, z. B. Computer, Fernseher oder Licht. An 240 V werden Geräte mit höherer Leistung angeschlossen, z. B. die Klimaanlage.

3-phase Wye

Diese Netzform ist dem in Europa genutzten TN-System sehr ähnlich. Die spannungsführenden Außenleiter werden aus einem Transformator in Sternschaltung gespeist und haben einen Phasenversatz von je 120°. Der Sternpunkt ist geerdet. Je nach Bedarf wird der Neutralleiter mitgeführt oder nicht. Die genutzten Spannungen sind 277/480 V in USA und Mexiko und 347/600 V in Kanada. Diese Netzform wird hauptsächlich im industriellen Umfeld genutzt.

Corner-grounded/ungrounded Delta

Diese Netzform ist in Europa in Verteilnetzen unbekannt. Der speisende Transformator ist sekundärseitig im Dreieck geschaltet, der Phasenversatz beträgt je 120° zwischen den Phasen. Ein Neutralleiter ist, schaltungsbedingt, nicht vorhanden. Die genutzten Spannungen sind 480 V in USA und Mexiko und 600 V in Kanada. Je nach Erdungsverhältnis gibt es zwei unterschiedliche Varianten:

Ungrounded Delta
Der Transformator ist sekundärseitig nicht geerdet. Das System verhält sich ähnlich wie das in Europa bekannte IT-System.

Corner-Grounded Delta
Ein Außenleiter ist direkt geerdet. Diese Netzform kommt häufig zum Einsatz, wenn große Leistungen benötigt werden, z. B. für große Motoren.

High-Leg Delta

Diese Netzform findet in Europa keine Anwendung. Es handelt sich um eine Mischung aus Delta und Split-phase. Das Delta-System hat eine Spannung von 240 V Phase-Phase. Einer der drei Schenkel erhält zusätzlich eine Mittenanzapfung, die geerdet wird. Dadurch entstehen drei Spannungen:

Phase A – N = Phase C – N = 120 V
Phase B – N = 120 V * √3 = 208 V
Zwischen allen Phasen = 240 V

Diese Netzform wird für große Bürogebäude und kleine Industriegebäude genutzt. Wie im Split-phase System werden an 120 V leistungsschwache Geräte (Computer, Toaster, …) und an 240 V leistungsstärkere Geräte (Klimaanlage …) angeschlossen. Die 208 V werden in der Regel für die Beleuchtung verwendet.

SPD-Typen nach UL 1449

SPDs werden, je nach erreichter Kurzschlussfestigkeit, in verschiedene Typen eingeteilt. Zusätzlich wird auch die Installation, entsprechend der auftretenden Kurzschlussströme, in Type Locations unterteilt.

Die Type Location des Anschlussorts der Maschine gibt vor, welcher SPD-Typ mindestens verwendet werden muss. SPD Type 1 dürfen somit in allen Type Locations verwendet werden. SPD Type 2 dürfen in Type 2 Location und Type 3 Location eingesetzt werden.

Diese Einteilung der SPDs gibt keine Auskunft über das Ableitvermögen der Geräte oder ihren Einsatzbereich in einem Blitzschutzkonzept, wie aus der IEC-Normung bekannt. Die Typen nach UL richten sich ausschließlich nach der von UL 1449 vorgeschriebenen Prüfung auf Kurzschlussfestigkeit.

SPD-Typen nach UL 1449

Klassifizierung

 

Beschreibung

Klassifizierung
SPD Type 1 Installation hinter Transformator, vor der Hauptsicherung / Trennschalter
SPD Type 2 Installation hinter Hauptsicherung / Haupttrennschalter
SPD Type 3 Leitungslänge min. 10 m zum vorgelagerten Überstromschutz / Trennschalter
SPD Type 4* Teil einer Einrichtung / Schaltschrank, gesamte Einrichtung benötigt Kurzschlussprüfung nach UL
 *Bei SPD Type 4 hängt die Type Location der Einrichtung von dem Prüfergebnis des SPD Type 4 in Bezug auf die Kurzschlussfestigkeit ab.

Anforderungen an die Produkte

Für die verschiedenen Netzformen und Spannungen sind Produkte aus der VAL-US-Serie erhältlich. Sie erfüllen die Anforderungen aus dem NFPA 79, da sie einerseits eine „UL Listed“-Approbation vorweisen. Andererseits sind sie mit einer Kurzschlussfestigkeit (SCCR) von 200 kA (nach UL 1449 ed 4) universell ohne weitere Berechnungen einsetzbar.

3-phase Wye

 

Name (Artikelnummer)
Name (Artikelnummer)

Systemspannung (Phasen)
277/480 V (A, B, C, N, G) VAL-US-277/40/3+1-FM (2910374)
277/480 V (A, B, C, G) VAL-US-277/40/3+0-FM (1199369)
347/600 V (A, B, C, N, G) VAL-US-347/30/3+1V-FM (1079099)
347/600 V (A, B, C, G) VAL-US-347/30/3+0-FM (2910383)

Corner-grounded/ungrounded Delta

 

Name (Artikelnummer)
Name (Artikelnummer)

Systemspannung
480 V VAL-US-480D/30/3+0-FM (2910386)
600 V VAL-US-600D/30/3+0-FM (2910391)
Schaltbild: Sicherungen

Sicherungen

Überspannungsschutz, der nach UL 1449 als Type 1 Listed approbiert ist, benötigt keinen Überstromschutz (1). Allerdings wird durch den NEC vorgeschrieben, die Leitungen gegen Überstrom zu schützen. Dadurch kann es erforderlich sein, die Leitungen zum SPD mit Überstromschutzeinrichtungen (Overcurrent Protection Device, OCPD) zu versehen (2).
Die Auslegung oder Definition der OCPD erfolgt gemäß NFPA 79 nicht durch den Hersteller des eingesetzten Geräts, sondern durch den Anlagenplaner, in diesem Fall durch den Maschinenbauer. Das gilt auch für SPDs. Die Vorgehensweise zur Auslegung des OCPDs für Überspannungsschutzgeräte entspricht der für alle anderen Geräte. Da ein SPD jedoch keinen Laststrom aufweist, können die vom SPD-Hersteller angegebenen Daten zur Anschlussleitung herangezogen werden. Sie enthalten sowohl minimale und maximale Querschnitte als auch das erlaubte Material der Leitung. Auf Grundlage dieser Daten kann dann, wie üblich, mit Hilfe der entsprechenden Tabellen im NEC die Überstromschutzeinrichtung ausgelegt werden.