Die meisten für den Weltmarkt bestimmten Produkte müssen heute nach unterschiedlichen Normen konstruiert werden. Ein Spagat, der in manchen Bereichen sogar zu unterschiedlichen Produktlinien für Nordamerika und den ‚IEC-Markt‘ führt. Die Harmonisierung von Normen für industrielle Automatisierungsgeräte reduziert diesen Anforderungskatalog und die damit verbundenen Kosten erheblich. Darüber hinaus wird der Zeitaufwand bis zu einem erfolgreichen Markteintritt signifkant reduziert, da alle wichtigen Zertifizierungen aus einer Hand geliefert werden können.

In Abhängigkeit der Zielmärkte in Nordamerika, Europa oder Asien liegen bislang für die meisten industriellen Automatisierungsprodukte sehr unterschiedliche Produktnormen zu Grunde. Für Frequenzumrichter wird seit 2002 mit der IEC/EN 61800-5-1 „Adjustable speed electrical power drive systems – Part 5-1: Safety requirements – Electrical, thermal and energy“ eine neue IEC Produktnorm angewandt. In Normerika widerum galten bisher für Frequenzumrichter die UL508C „Power Conversion Equipment“ und die CAN/CSA-C22.2 No. 274 „Adjustable Speed Drives“ . Bei Steuerungen wie z.B. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) galt bisher die IEC/EN 61131-2 für den Bereich Sicherheit. In Nordamerika galten die UL508 “Industrial Control Equipment“ sowie die kanadische CAN/CSA-C22.2 No. 142 “Process Control Equipment“.

Während die UL und die CSA Normen bezüglich der technischen Anforderungen weitgehend harmonisiert sind, bestanden zu den entsprechenden IEC/EN Normen erhebliche Unterschiede. Diese betreffen vor allem Luft- und Kriechstrecken, Art der Vorsicherung sowie der Klassifizierung von Lasten z.B. Hp-rating vs. AC-3 oder pilot duty ratings vs. AC-1.
Die Erkenntnis, dass harmonisierte Normen Vorteile bringen ist nicht neu. Erste Bemühungen zur Harmonisierung von nordamerikanischen Normen mit den IEC Normen im industriellen Bereich wurden von UL vor über 10 Jahren bei den Schützen und Motorstartern (UL/IEC 60947-4-1) vorgestellt. Seitdem hat sich eine aktive Mitwirkung von UL Experten in vielen IEC Normengremien etabliert.

Die zweite große Harmonisierung setzte sich bei den Frequenzumrichtern durch und mündete im harmonisierten Standard UL/IEC 61800-5-1 „Adjustable Speed Electrical Power Drive Systems – Part 5-1: Safety Requirements – Electrical, Thermal and Energy“. Bei einem dritten Harmonisierungsprojekt haben sich die Anforderungen in der IEC Welt und in Nordamerika gleichzeitig geändert. Die Anforderungen der elektrischen Sicherheit wurden aus der IEC 61131-2 „Programmable controllers – Part 2: Equipment requirements and tests“ ausgekoppelt und in die neue IEC 61010-2-201 „Safety requirements for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use – Part 2-201: Particular requirements for control equipment“ überführt. Diese Überführung war ein Schritt im Aufbau einer neuen IEC 61010 Normenreihe mit Schwerpunkt auf Fabrikautomatisierung. Gleichzeitig wurde ein harmonisierter Teil UL 61010-2-201 geschaffen – ein Novum, denn hier gibt es keine nationalen Abweichungen für die USA.
Die neue UL 61010-2-201 wurde im Januar 2014 veröffentlicht und ist im Zusammenhang mit der UL 61010-1 gültig. Diese Norm löst ab Januar 2016 die UL 508 für alle neuen Zertifizierungen von SPS und anderen Steuerungen ab. Bisherige Zertifizierungen nach der UL 508 bleiben unbegrenzt gültig. Für Hersteller, die neue SPS und Steuerungsgeräte konstruieren, gibt es erhebliche Änderungen der normativen Anforderungen an die neuen Geräte. Die Hauptunterschiede zwischen der UL 508 und der UL 61010-2-201 bestehen in einem IEC-basierten Konzept von Luft- und Kriechstrecken, erweiterten Prüfungen im Bereich von internen Bauteilefehlern, sowie geforderte Routineprüfungen während der Produktion. Für Kanada liegt die kanadische CAN/CSA C22.2 No 61010-2-201 Norm, die im April 2014 veröffentlicht wurde, zu Grunde. Auch hier gibt es keine nationalen Abweichungen zur IEC 61010-2-201 und dementsprechend kann ein Prüfprogramm gewählt werden, das sowohl UL als auch CAN-CSA und IEC/EN Anforderungen mit nur einer Testserie abdeckt. Daraus ergibt sich eine erhebliche Reduzierung von Kosten und Zeitaufwand.

Die neue UL 61800-5-1 wurde im Juni 2012 veröffentlicht. Ab Februar 2016 müssen alle neuen Frequenzumrichter für den US Markt nach der UL 61800-5-1 zertifiziert werden. Bisherige Zertifizierungen nach UL 508C bleiben gültig. Für Frequenzumrichter müssen nationale Abweichungen für die USA heute noch etwas differenzierter betrachtet werden. Auch bei der UL 61800-5-1 kann ein Prüfprogramm mit kombinierten Prüfungen erstellt werden, dass sowohl die UL wie auch die IEC Anforderungen abdeckt.
Es gibt in der heutigen Edition der UL 61800-5-1 noch eine Vielzahl kleinerer nationaler Abweichungen zwischen der UL und der IEC Version. Im Wesentlichen stützt sich die UL 61800-5-1 hinsichtlich der Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken auf die IEC Norm. Für die Bauteilefehlerprüfungen gehen die Anforderungen der UL 61800-5-1 deutlich weiter als die UL 508C wie auch die IEC 61800-5-1. Bei typischen Frequenzumrichtern ist ein Kurzschluss am Motorausgang bei gängigen Konstruktionen schnell erkannt und über die Ausgangshalbleiter abgeschaltet. Dabei ist kaum ein größerer Schaden zu erwarten. Im Unterschied zur UL 508C werden bei der UL/IEC 61800-5-1 Kurzschlussprüfungen neben den Motorausgängen, an allen Leistungsausgängen, wie z.B. Gleichstromzwischenkreis oder Bremswiderstandsanschluss gefordert. Je nach Konstruktion kann dies erhebliche Folgen haben und führt oft zum Auslösen der Vorsicherungen.

Bei einem internen Fehler, z.B. durch Bauteile, die im Bereich des Gleichstromkreises versagen, kann ein interner Kurzschluss mit erheblichen Auswirkungen entstehen. Dieser Kurzschluss wird von mehreren Quellen gespeist. Zum einen durch die internen Kondensatoren im Gleichspannungszwischenkreis und zum anderen durch den speiseseitigen Netzgleichrichter. Im zweiten Fall wirkt – je nach Ausprägung der Speiseschaltung – die Kurzschluss-Leistung des Versorgungsnetzes als Parameter ein. Daher werden die UL 61800-5-1 Prüfungen an internen Bauteilefehlern unter Bedingungen wie beim Kurzschlusstest durchgeführt.

CB Scheme – der Reisepass auf die Weltmärkte

CB Scheme ist ein globales Verfahren zur Anerkennung von Prüfungen in vielen wichtigen Absatzmärkten. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass Hersteller mit nur einer einzigen Prüfung durch UL die nationalen Prüfzeichen von über 50 Ländern erhalten können. Die Hersteller haben nur einen Ansprechpartner für den kompletten globalen Marktzugang, was die Produkteinführung in die wichtigsten Absatzmärkte erheblich vereinfacht und beschleunigt. Dank seiner langjährigen Erfahrung mit dem CB Verfahren ist UL heute das Zertifizierungsunternehmen, das weltweit die meisten CB Zertifikate ausstellt.
Ähnlich einem Reisepass ist mit einem CB Zertifikat der direkte Marktzugang für viele Länder möglich. Einige Länder haben jedoch zusätzliche nationale Anforderungen, vergleichbar mit einem Visum, die ein Produkt erfüllen muss, bevor es Marktzugang erhält. Diese nationalen Anforderungen sind von Land zu Land sehr unterschiedlich und ändern sich teilweise häufig. Mit seinem weltweiten Netzwerk mit Niederlassungen in über 40 Ländern ist UL in allen Märkten zuhause und kann Hersteller bei Fragen zum Marktzugang effektiv unterstützten. Insbesondere für Regionen wie Europa, China, Brasilien, Argentinien und den mittleren Osten bietet UL maßgeschneiderte Dienstleistungen, um alle notwendigen Produktzulassungen zu erteilen. Speziell im Bereich der Frequenzumrichter und SPS kann auf Basis eines CB-Zertifikates ein vereinfachter Marktzugang zu vielen Länder erfolgen.
Es ist wichtig, schon im voraus zu identifizieren in welche Länder ein Produkt exportiert werden soll. Dadurch können nationale Abweichungen und Anforderungen wie z.B. Netzspannungen, Netzformen oder auch die Sprache von Warnhinweisen in den Zulassungsprozess mit eingebunden werden. Damit auf Basis eines CB Zertifikates nationale Prüfzeichen ausgestellt werden können, müssen alle nationale Abweichungen enthalten sein und weitere Regeln beachtet werden. Hierzu gehört zum Beispiel, dass kein SMT-Verfahren für China angewendet wird oder die Vorgabe, dass die Prüfungen für Brasilien in einem ILAC akkreditierten Labor durchzuführen sind.

Der Prozess der Harmonisierung von nordamerikanischen und IEC-basierten Normen resultiert in einer erheblichen Vereinfachung des globalen Marktzugangs für Hersteller, insbesondere Hersteller von Frequenzumrichtern und Steuerungen. Die Vorstellung, mit nur einem Prüfprogramm viele wichtige Märkte abzudecken, wird Realität. Dies wird den Zeit- und Kostenaufwand für Produkteinführungen erheblich reduzieren.

Autor:
Dirk R.F. Müller
Manager, Principle Engineers bei UL
Mitglied in vielen Normenarbeitsgruppen bei UL, IEC und DKE
Technical Assessor im IECEE CB-Scheme und Mitglied in der Arbeitsgruppe ETF7 für Zertifizierungsentscheidung bezüglich Automatisierungsprodukten
Seit über 20 Jahren im Bereich Prüfung von Leistungs- und Automatisierungskomponenten tätig


Verweise

www.iec.ch
www.ul.com
www.iecee.org

Offizielle CB-Statistik März 2014 – IECEE-CMC/1441/INF