Elektrische Prüfungen Die elektrischen Prüfungen konzentrieren sich hauptsächlich auf den Stromfluss in Klemmen. Um die Klemmen auf z. B. maximale Kurzschlussströme und Erwärmung bei Nennstrom zu testen, werden verschiedene Szenarien simuliert. Zusätzlich geprüft werden der Spannungsfall zur Gewährleistung der Effizienz und die elektrische Isolation durch Prüfung auf elektrischen Durchschlag, Kriechstrecken und Isolationseigenschaften.

Die Derating-Kurve stellt die Strombelastbarkeit eines Bauteils in Abhängigkeit zu Umgebungstemperatur und benachbarten Kontakten dar. Sie wird durch die Kontaktwerkstoffe und Isoliergehäuse beeinflusst. Zur Bestimmung der Strombelastbarkeit von steckbaren Reihenklemmen werden verschiedenpolige Anordnungen gewählt, die mit Leitern gleichen Querschnitts elektrisch in Reihe geschaltet sind. Für die praxisgerechte Ermittlung der Derating-Kurven wird die Strombelastbarkeit für die steckbaren Reihenklemmen gemäß DIN EN 60512-5-1 ermittelt. Hierbei wird bei Belastung mit unterschiedlichen Stromstärken und nach Einstellung des Temperaturgleichgewichts die maximal an den Prüflingen auftretende Temperaturerhöhung gemessen. Unter Berücksichtigung der oberen Grenztemperatur des Isolierstoffs s (hier und in der Regel mit 100 °C angenommen) ergibt sich eine von der Umgebungstemperatur abhängige Strombelastbarkeitskurve (die „Basiskurve“). Nach DIN EN 60512-5-2 wird eine korrigierte Belastbarkeitskurve, die „Derating-Kurve“, erstellt. In Übereinstimmung mit dieser Norm beträgt hierbei der zulässige Belastungsstrom das 0,8-fache des jeweiligen Basisstroms. Der Reduktionsfaktor „berücksichtigt Exemplarstreuungen im Kontaktsystem von Steckverbindern. Weiterhin berücksichtigt er Unsicherheiten bei der Temperaturmessung und in der Messanordnung“. Für steckbare Reihenklemmen von Phoenix Contact werden Derating-Kurven mit 2-, 5-, 10- und 15-poligen Anordnungen angegeben.

Die Erwärmung einer Reihenklemme durch Stromwärme ist so gering wie möglich zu halten. Dazu muss der Übergangswiderstand möglichst niedrig sein. In dieser Prüfung wird die Erwärmung bei Raumtemperatur unter Belastung mit Prüfstrom dokumentiert.

IEC 60947-7-1/-2
Hierbei werden fünf Klemmen horizontal auf einer Schiene montiert und mit 1 m bzw. 2 m langen Leiterschleifen des Bemessungsquerschnitts in Reihe beschaltet. Die Reihenklemmen werden mit einem Prüfstrom in Höhe der Stromtragfähigkeit des Bemessungsquerschnitts belastet. Dokumentiert wird die Erwärmung an der mittleren Klemme. Ausgehend von etwa +20 °C Raumtemperatur sind maximal 45 K (Kelvin) Erwärmung in der Klemme zulässig. Abschließend ist eine Spannungsfallprüfung an der Klemme durchzuführen.

UL 1059
Der Ablauf entspricht im Wesentlichen der IEC-Prüfung, jedoch weichen die Leiterlängen ab. Bei der UL 1059 werden drei Klemmen horizontal nebeneinander montiert. Die Messung erfolgt bei 25 °C Umgebungstemperatur, wobei eine maximale Erwärmung von 30 K (gemessen möglichst nahe an der Klemmstelle) zulässig ist. Aufgrund der hochwertigen Kontaktwerkstoff e in den Phoenix Contact-Reihenklemmen bieten alle Anschlusstechniken geringere Erwärmungswerte als in den genannten Normen gefordert. Hochwertige Kupferwerkstoffe und zuverlässige Kontaktübergänge garantieren niedrige Übergangswiderstände in den Reihenklemmen.

Reihenklemmen müssen in der Praxis auch Kurzschlussströme unbeschadet überstehen, bis die jeweilige Schutzeinrichtung den Strom abschaltet. Dies kann einige Zehntelsekunden dauern und in Höhe des mehrfachen Nennstroms auftreten. Für die Prüfung wird eine Reihenklemme auf der Befestigungsauflage montiert und mit einem Leiter des Bemessungsquerschnitts verdrahtet. Schutzleiter-Reihenklemmen werden in drei Durchgängen für 1 s mit einer Stromdichte von 120 A/mm² des Bemessungsquerschnitts belastet. Die Anforderungen werden erfüllt, wenn nach der Prüfung keine Beschädigung der Einzelteile aufgetreten und der weitere Gebrauch gewährleistet ist. Vor und nach der Prüfung muss die Reihenklemme die Spannungsfallprüfung bestehen. Dabei darf der Spannungsfall vor und nach der Prüfung 3,2 mV je Reihenklemme sowie das 1,5-fache des vor der Prüfung gemessenen Werts nicht übersteigen. Im Fall einer 240-mm²-Hochstromklemme von Phoenix Contact wird ein Prüfstromstoß von 28.800 A eine Sekunde lang ohne Qualitätsverlust durch die Klemme geleitet.

Die maßliche Kontrolle der Luft- und Kriechstrecken belegt ausreichende elektrische Isolationseigenschaften hinsichtlich

• Konstruktion
• zu erwartender Verschmutzung
• zu erwartender Umgebungsbedingungen

Der Nachweis wird zwischen zwei benachbarten Reihenklemmen sowie zwischen stromführenden Metallteilen und Befestigungsauflage unter Betrachtung der kürzesten Abstände durchgeführt. Dabei wird zum einen die Isolation der Luft als Luftstrecke betrachtet und zum anderen die Entfernung entlang der Oberfläche als Kriechstrecke. Festgelegt sind die Mindeststrecken in der IEC 60947-1.

Für die Luftstrecke gilt:
Sie ist der kürzeste Weg zwischen zwei elektrischen Potenzialen durch die Luft. Maßgebend für die Bemessung der Mindestluftstrecke ist die Bemessungsstoßspannung, die Überspannungskategorie der Reihenklemme und der zu erwartende Verschmutzungsgrad. Die Bemessungsstoßspannung leitet sich aus der Neutralleiterspannung in Bezug auf die Überspannungskategorie ab. Wenn nicht anders dokumentiert, wird für Reihenklemmen die Überspannungskategorie III angenommen. Die Kategorie beschreibt Betriebsmittel in festen Installationen und für Fälle, in denen besondere Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit gestellt werden. Die zugehörige Luftstrecke wird in der Tabelle 2 (Auszug) der IEC 60664-1 beschrieben. Weitere Vorgaben dabei sind das generell inhomogene Feld für die Anwendung und der Verschmutzungsgrad 3 (leitfähige Verschmutzung tritt auf bzw. siehe Tabelle 2 der IEC 60664-1: eine nicht leitfähige Verschmutzung, die leitfähig wird, da Betauung zu erwarten ist).

Für die Kriechstrecke gilt:
Sie ist der kürzeste Weg zwischen zwei Potenzialen entlang der Oberfläche der Isolation. Maßgebend für die Ermittlung der Mindestkriechstrecke ist der Effektivwert des Gleich- oder Wechselspannungssystems (Leiter zu Leiter, Leiter zu Erde, Leiter zu Neutralleiter), siehe Tabelle 3a und 3b der IEC 60664-1. Tabelle 4 der IEC 60664-1 zeigt den Zusammenhang vom Effektivwert der Spannung, dem Verschmutzungsgrad (3) und der Isolierstoffgruppe (I.) des Reihenklemmengehäuses.

Im NEC (National Electrical Code) wird seit April 2006 für Industriesteuerungen die Angabe der Kurzschlussfestigkeit gefordert. Die Berechnung dieser SCCR-Werte (Short Circuit Current Rating) kann mit Hilfe der UL 508 A erfolgen. Die Berechnung muss in den USA auf dem Leistungsschild jeder Industrieschaltanlage zusammenfassend angegeben sein, für alle Hauptstromkreise sowie für die Einspeisung der Steuerspannungsversorgung. In der UL 508 A (Tabelle SB 4.1) werden Standardwerte für nicht spezifizierte Komponenten aufgeführt. Für Reihenklemmen wird hier ein Standardwert von 10 kA angegeben. Dieser SCCR-Wert beschreibt den Kurzschlussbemessungsstrom einer Anlage oder Komponente unter Vorgabe einer Bemessungsspannung. Das ist der maximal zulässige, symmetrische Fehlerstrom, der zu keiner signifikanten Beschädigung führt, die ggf. den Gebrauch beeinträchtigt oder zu einer gefährdenden Handhabung führt. Seitens einer kompletten Anlage basiert der SCCR-Wert auf der schwächsten verbauten Komponente in dem zugehörigen Verteiler- oder Einspeisestromkreis. Reihenklemmen des CLIPLINE complete-Systems sind mit 100 kA SCCR in der UL-File XCFR2_ E60425 dokumentiert. Sie helfen Ihnen, leistungsfähige Anlagen mit höher bemessenen SCCR-Werten zu erstellen.

Für Stromkreise, in denen der Einbau höher dokumentierter Komponenten nicht möglich ist, kann durch das Vorschalten einer entsprechenden hochstromig gelisteten Sicherungsklemme der gesamte Stromkreis aufgewertet werden. Die Sicherungsklemmen UK 10,3-CC HESI N ermöglichen die Aufwertung des SCCR für nachgeschaltete Stromkreise auf 200 kA.

In jeder Klemmstelle einer Reihenklemme werden je nach Anschlusstechnik ein oder mehrere Leiter kontaktiert. Der Stromübertrag wird stark von dem elektrischen Widerstand zwischen Leiter und Strombalken beeinflusst. Hochwertige Kontakte erzeugen eine gasdichte Verbindung. Somit wird eine dauerhafte und zuverlässige Verbindung garantiert. Diese elektrische Prüfung ermittelt deshalb den Spannungsfall an einer Reihenklemme (zwei Klemmstellen), woraus Rückschlüsse auf den Übergangswiderstand und die Kontaktqualität gezogen werden. Die Reihenklemmen werden mit dem Bemessungsquerschnitt verdrahtet. Für die Messungen werden die Klemmen mit einem Prüfgleichstrom belastet, der dem 0,1-fachen der Stromtragfähigkeit des Bemessungsquerschnitts entspricht. Der Spannungsfall wird bei einem Abstand ≤10 mm von der Mitte der Klemmstelle abgegriffen (siehe Skizze). Bei etwa +20 °C Raumtemperatur darf der Spannungsfall vor und nach der Prüfung 3,2 mV sowie das 1,5-fache des zum Prüfungsbeginn gemessenen Werts nicht überschreiten. Phoenix Contact-Reihenklemmen unterschreiten die normativ geforderten Grenzwerte um bis zu 60 %.

Mittels Stoßspannungsprüfung werden ausreichend große Luftstrecken zwischen zwei benachbarten Potenzialen nachgewiesen. Dazu wird die Prüfung mit der Stoßspannung bei jeder Polarität in Abhängigkeit zur Bemessungsisolationsspannung fünfmal durchgeführt. Die Zeitabstände liegen dabei mindestens bei 1 s. Betrachtet wird die Strecke zwischen benachbarten Reihenklemmen bzw. zwischen Reihenklemme und Schiene. Unbeabsichtigte Überschläge dürfen während der Prüfung nicht erfolgen. Bemessungsstoßspannungen für Phoenix Contact-Reihenklemmen liegen bei 6 bis 8 kV nach IEC 60664. Die jeweilige Höhe ist aus der Nennspannung abgeleitet. Die dokumentierten Betriebsspannungen der Klemmen werden somit wirkungsvoll auf ihre betriebssichere Anwendung hin geprüft. Die Kategorie III der Überspannungskategorie 4 bildet die Default-Einstellung ab.