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Inhaltsverzeichnis
1. Besonderheiten des nordamerikanischen Marktes
2. Abweichungen gegenüber den IEC-Richtlinien
3. Mehr Flexibilität beim Schaltschrank-Export
4. Vorgehensweise bei Beanstandungen
5. Häufige, grundsätzliche Fehler
6. Geeignete Netzform und Betriebsspannung
7. Short Circuit Current Rating
Besonderheiten des nordamerikanischen Marktes
Während in den meisten Ländern der Welt die IEC/EN-Richtlinien und Normen für die elektrische Ausrüstung angewendet werden, unterscheiden sich die Codes und Standards für Maschinen für den nordamerikanischen Markt sehr deutlich (NEC, CEC, UL 508A, NFPA 79) von den internationalen Vorstellungen. Erschwerend trifft man auf ausgeprägte Unterschiede bei den Markt- und Gebrauchsgewohnheiten. Diese Gewohnheiten sind leider kaum dokumentiert oder sie müssen mühsam aus den Codes und Standards abgeleitet werden. Ihre Bedeutung für Erfolg oder Nichterfolg sollte nicht unterschätzt werden. Es gibt außerdem Detailunterschiede zwischen den Bestimmungen der USA und denen Kanadas, und teilweise auch unterschiedliche Bedingungen innerhalb der USA. Es wäre jedoch äußerst ungünstig, all diese Unterschiede erst durch Fehler und Beanstandungen kennen zu lernen.
Doch was ist zu beachten, wenn eine Maschine nach Nordamerika exportiert werden soll? Eine gute Voraussetzung ist schon erfüllt, wenn nach europäischen Gesichtspunkten eine „sichere und EMV-verträgliche“ Maschine oder Anlage exportiert wird. Dann sind unter den Gesichtspunkten der Maschinensicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit die nordamerikanischen Anforderungen in der Regel bereits erfüllt.
Häufig wird in Firmen die Meinung vertreten, dass es die alleinige Aufgabe der Elektrofachleute sei, eine Maschine exportfähig zu machen. Dieser Fokus entsteht vielleicht dadurch, dass speziell die elektrische Ausrüstung als Quelle möglicher Brandgefahren vor der Inbetriebnahme beim Betreiber von einer örtlich zuständigen Authority Having Jurisdiction (AHJ) abgenommen wird. Zu beachten sind aber auch Bestimmungen, die sich für ausgewählte Maschinenarten an die Mechanik-Konstrukteure und Verfahrenstechniker richten. So können FDA-Bestimmungen z. B. bei Maschinen und Anlagen für die Herstellung oder Verpackung von Medizinprodukten oder für die Lebensmittelverarbeitung zu berücksichtigen sein (z. B. Hygienerichtlinien).
Wichtige Verfahrensfragen sind mit dem Endkunden zu klären bzw. vom Maschinen- oder Anlagenbauer bereits in seinem Katalog oder bereits im Angebot zu erörtern. Ungeklärte Fragen führen häufig zu falschen Annahmen, die u. U. zu hohen nachträglichen Kosten und zu Zeit- und Imageverlusten führen können. Da man nur approbierte Komponenten verarbeiten soll, geht es aber auch um die Frage, ob man die richtigen Komponenten-Lieferanten hat.
Abweichungen gegenüber den IEC-Richtlinien
Beim Export von Maschinen mit elektrischer Ausrüstung nach Nordamerika sind verschiedene Abweichungen gegenüber den IEC-Richtlinien zu berücksichtigen. Besonders kritisch sind alle Fehler, für deren Beseitigung mehr Platz im Schaltschrank benötigt wird, der dann häufig nicht vorhanden ist. Folgende Empfehlungen sind deshalb zu beachten:
- die amerikanischen Codes und die richtigen Standards anwenden
- etwaige regionale und örtliche Abweichungen beachten
- von NRTLs approbierte (zertifizierte) Komponenten einsetzen, die Komponenten müssen nach den Codes und den richtigen Standards approbiert sein, die approbierten Komponenten müssen entsprechend der Codes und Standards ausgewählt, dimensioniert, kombiniert und eingesetzt werden
- Kombinationen, z. B. Motorstarter, müssen vom Hersteller komplett geprüft und approbiert werden, um High Fault Ratings zu erreichen
- etwaige Einsatzeinschränkungen beachten
- approbierte Komponenten oder Kombinationen nicht manipulieren, die Verdrahtungs- und Installationsrichtlinien beachten
- nordamerikanische Markt- und Gebrauchsgewohnheiten beachten, die z. T. stark von internationalen Gewohnheiten abweichen
- Short Circuit Current Ratings (SCCR) der Schaltschränke ermitteln und auf den Leistungsschildern bekannt geben
- prüfen, ob und wo die komplette elektrische Ausrüstung durch ein NRTL approbiert werden soll
- u. U. die Werkstatt durch ein NRTL zertifizieren lassen
- die Maschine wird am Aufstellungsort meistens von einer Authority Having Jurisdiction begutachtet und für den Einsatz freigegeben oder beanstandet
- notwendige Änderungen dürfen häufig nur durch amerikanische Fachleute durchgeführt werden
- nach Änderungen ist die Notwendigkeit einer erneuten Anlagenapprobation durch ein NRTL zu prüfen (Codes = National Electrical Code (NEC), USA, Canadian Electrical Code (CEC), Kanada, NRTL = Nationally Recognized Testing Laboratories, z. B. UL, CSA, ETL Intertek, High Fault Ratings = optimale Prüfergebnisse, z. B. für SCCR)
In Nordamerika werden keine Eigendeklarationen von Herstellern zur Konformität mit nordamerikanischen Codes & Standards akzeptiert, sondern es zählen ausschließlich Zertifikate von unabhängigen Dritten. Es besteht die Möglichkeit, die Exportmaschinen bereits beim Hersteller von Inspektoren einer frei wählbaren Zertifizierungs- und Approbationsgesellschaft (NRTL) zertifizieren oder approbieren zu lassen. Die Zulassung kann ein Verkaufsargument oder sogar eine Voraussetzung darstellen. Zu beachten ist, dass etwaige Beanstandungen in der Werkstatt des Herstellers meistens leichter und kostengünstiger nachgebessert werden können. Zum Teil ist es nicht erlaubt oder nicht möglich, dass Mitarbeiter des Herstellers in Amerika selbst an den Maschinen arbeiten und nachbessern. Ein Mitarbeiter des Herstellers kann dann lediglich als Supervisor amerikanische Fachleute anweisen und beaufsichtigen. In Kanada können Maschinen bereits vom Zoll zurückgewiesen werden.
Mehr Flexibilität beim Schaltschrank-Export
Als Approbationsvariante ermöglicht der Schaltanlagenbau in einer eigenen, durch ein NRTL approbierten Werkstatt eine höhere Flexibilität. Das ist besonders wirtschaftlich bei einem größeren Exportanteil. In diesem Fall kann der Hersteller, nach einer Schulung, die elektrische Ausrüstung selbst mit einem NRTL-Label versehen. Die Werkstatt unterliegt dann einem kostenpflichtigen Follow-up-Service des NRTLs (halb- oder vierteljährliche Auditierungen durch das NRTL), bei dem sich das NRTL von der Einhaltung der eigenen Vorgaben, sowie der Codes und Standards überzeugt. Am Anfang des Exportgeschäfts oder bei einem zunächst geringen Exportaufkommen könnte das auch die approbierte Werkstatt eines externen Schaltschrankbauers sein. Eine weitere Alternative bildet eine Field Evaluation durch ein NRTL am Aufstellungsort in Nordamerika.
Andere Exporteure unternehmen zunächst nichts, um die Konformität der elektrischen Ausrüstung mit den nordamerikanischen Codes und Standards nachzuweisen. Sie warten ab, was in Amerika am Aufstellungsort passiert. Diese Vorgehensweise kann ein hohes Risiko beinhalten und setzt zumindest gute Fachkenntnisse voraus. Vor Ort in Nordamerika wird die elektrische Ausrüstung der Maschine in der Regel von der örtlich zuständigen Authority Having Jurisdiction (AHJ) abgenommen. Der einzelne AHJ ist nicht unbedingt ein Elektrofachmann. In Kanada werden die Inspektionen überwiegend von regionalem Personal der Provinzen durchgeführt, zum Beispiel von der Electrical Safety Authority (ESA) in der Provinz Ontario. Exporteure, die diese Vorgehensweise wählen, reagieren erst auf Beanstandungen durch die AHJs.
Keine der unterschiedlichen Zertifizierungs-/Approbationsmöglichkeiten durch die NRTLs schützt zu 100 % vor Beanstandungen des AHJs in den USA oder der ESA in Kanada. Das vorhandene Approbationszeichen einer NRTL ist aber meistens vorteilhaft, weil es die Arbeit der AHJs erleichtert und diese von einem Teil ihrer Verantwortung für die Zulassung entbindet. Meist wird der AJH einen mit einem NRTL-Label versehenen Schaltschrank akzeptieren und nicht weiter untersuchen. Der AHJ kann sogar eine Field Evaluation durch ein NRTL verlangen, bevor er dem Betrieb der Maschine zustimmt. Bei großen Anlagen oder bei neuartigen Technologien kann es sinnvoll und zum Teil auch Kosten sparend sein, den/die AHJ bereits in der Planungs-/Projektierungsphase einzubinden.
Einzelne Maschinenbauer lassen aus Kostengründen lediglich die erste Maschine einer neuen Reihe approbieren bzw. labeln und bauen dann die weiteren Maschinen in gleicher Weise, ohne ein NRTL-Label anzubringen. Denkbar ist es, zwei Preise für eine Maschine abzugeben, für die Nordamerika-Ausführung ohne oder mit NRTL-Zulassung. Bei einzelnen Herstellern hängt eine unterschiedliche Vorgehensweise von der Maschinengröße und vom Umfang und der Komplexität der elektrischen Ausrüstung ab. Ob und wie die elektrische Ausrüstung approbiert wird, sind strategische Fragen, die im Team geklärt werden sollten. Trägt der Betreiber oder der Hersteller die Kosten für die AHJ-Abnahme? Wer muss etwaige Änderungskosten übernehmen? Welche Informationen sind Hol- und welche Bringschuld? Sowohl die IEC/EN 60 204-1 (Elektrische Ausrüstung von Maschinen), als auch der Standard NFPA 79 enthalten Anhänge mit Empfehlungen für technisch orientierte Vereinbarungen zwischen Herstellern und Betreibern von Maschinen.
Vorgehensweise bei Beanstandungen
Bei Beanstandungen sollte man Ruhe bewahren. Emotionale Reaktionen und Schuldzuweisungen sind nicht hilfreich. Auch hier ist eine im Team abgestimmte Vorgehensweise zu empfehlen. Das ist besonders wichtig, wenn der Hersteller eine Vertriebsorganisation in Amerika hat. Welche Unternehmenseinheit kümmert sie führend um Beanstandungen? Beanstandungen von Inspektoren müssen in schriftlicher Form erfolgen. Erst wenn wirklich genau bekannt ist, was beanstandet wurde, sollte reagiert werden.
Viele Verarbeiter sind der Meinung, dass jede Komponente, die mit einem nordamerikanischen Approbationszeichen versehen ist, auch in der Maschinenausrüstung verarbeitet werden darf. Diese Annahme ist falsch. Ein Netzteil, das nach einem IT-Standard approbiert wurde, gehört in der Regel nicht in eine Maschinensteuerung. Angaben zu den richtigen Standards für Komponenten für die Maschinensteuerungen findet man, nach Kategorien sortiert, in der Tabelle SA 1.1 des Standards UL 508A.
Häufig empfiehlt es sich, mit den Angaben zur Beanstandung ausgestattet den Kontakt mit den Lieferanten beanstandeter Komponenten aufzunehmen. Meist muss der Lieferant die Beanstandung bestätigen, weil Komponenten wirklich falsch eingesetzt oder fehlerhaft dimensioniert wurden. Aber auch allgemeine Informationen können hilfreich sein, besonders, wenn der Lieferant Tipps zur Behebung des Problems geben kann.
Es ist zu empfehlen, in Zweifelsfällen bereits innerhalb der Projektierungsphase mit den Lieferanten zu sprechen. Man merkt schnell, wie tief seine Kenntnisse in Bezug auf den amerikanischen Markt sowie auf die Codes und Standards sind und man kann daraus notfalls Konsequenzen ziehen. Dazu sollte der Einkäufer der Maschinenbauunternehmen die besonderen Ansprüche an Lieferanten und an die erforderlichen Produktapprobationen kennen. Bis auf wenige Ausnahmen, in Stromkreisen mit low-voltage limited-energy (Kleinspannungsstromkreise mit begrenzter Energie, 100 W-Regel), sollten alle Komponenten approbiert sein. Nicht alle Probleme sind bei Zukaufteilen zu suchen.
Bei Beanstandungen hat der AHJ das letzte Wort bezüglich der Zulassung des Betriebs der Maschine oder Anlage. Eine Inbetriebnahme ohne seine Zulassung und ohne die Nachbesserung der beanstandeten Punkte kann versicherungsrechtliche sowie haftungstechnische Konsequenzen haben und die weitere Versorgung mit Elektrizität gefährden.
In Nordamerika müssen die Arbeitgeber/Unternehmer sichere Arbeitsplätze für ihre Mitarbeiter bereitstellen. Der Arbeitgeber kann durch die AHJ- oder ESA-Abnahme zunächst einmal sein Bemühen um sichere Arbeitsplätze dokumentieren. Daher hat auch er ein Interesse an einer Abnahme. Auf diese Weise kann er außerdem den Maschinenlieferanten ohne großen Argumentationsaufwand für anfallende Änderungskosten verantwortlich machen. Allerdings werden die meisten Maschinen und Anlagen, durch gute Fachkenntnisse und nach guter Vorbereitung ohne Beanstandungen in Betrieb genommen. Mit jeder exportierten Maschine nehmen die Fachkompetenz und die positiven Erfahrungen der Hersteller zu.
Häufige, grundsätzliche Fehler
Es gibt Begriffe und damit verbundene Anforderungen an das Elektromaterial, die man nach den IEC/EN-Richtlinien und Normen nicht kennt, z. B.
- Feeder Circuits,
- Branch Circuits,
- Branch Circuit Protective Devices,
- Power Distribution Equipment und
- Industrial Control Equipment.
Diese Begriffe und die damit verbundenen Anforderungen müssen die mit der Auswahl, Beschaffung und Verarbeitung der Elektromaterialien beauftragten Personen unbedingt beherrschen. Einige typische IEC-Produkte dürfen in Nordamerika nicht so eingesetzt werden, wie es in den IEC-Ländern üblich ist und sich bewährt hat. Das gilt z. B. für Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter, Motorstarter und Fehlerstromschutzschalter.
Geeignete Netzform und Betriebsspannung
Ein Teil der kompakten, europäischen Schalt- und Schutzgeräte dürfen in Nordamerika lediglich an starr geerdeten Stern-Netzen betrieben werden. In Deutschland ist diese Netzform der Normalfall. Die in starr geerdeten Sternnetzen vorkommenden Spannungen bezeichnet man nach ihrer Schreibweise in Amerika als „Slash Voltages“ (Slash = Schrägstrich). Beispiele in der richtigen Schreibweise sind z. B. Netze mit rated Voltages (Nennspannung) von 480Y/277 V oder 600Y/347 V. Wird in einem Schaltschrank auch nur ein Gerät eingesetzt, welches nur an einer Slash Voltage betrieben werden darf, muss diese Spannung in der gezeigten Weise auf dem Leistungsschild des Schaltschranks angegeben werden. Der Vertrieb sollte versuchen, die Frage nach der vorhandenen Netzform zu klären. Hier kann es allerdings sein, dass die Problematik für den amerikanischen Vertrieb zunächst unverständlich ist, wenn er die kleineren Komponenten, die in der IEC-Welt üblich sind, nicht kennt. Häufig ist die Klärung dieser Frage nicht rechtzeitig möglich. Deshalb sollte man klare Angaben zur Netzspannung und Netzform im Katalog, in technischen Dokumentationen und in Angeboten machen. Es kann ein Lösungsweg sein, die Maschine über einen Transformator einzuspeisen, dessen Sekundärwicklung sternförmig ausgeführt wird. Durch die Erdung dieses Sternpunktes erzeugt man eine eigene Slash-Voltage. In Kanada reduziert man mit diesem Transformator häufig gleichzeitig die hohe Netzspannung von 600 V auf beispielsweise 480 V, weil für 600 V nicht alle Schalt- und Schutzgeräte zur Verfügung stehen. Eine zu kommunizierende Lösung kann darin bestehen, dass der Kunde diesen Transformator beistellen muss.
Short Circuit Current Rating
Die Bestimmung des Short Circuit Current Ratings (SCCR/Kurzschlussfestigkeit des Schaltschranks) ist eine der während der Projektierung durchzuführenden Maßnahmen. Das Ergebnis muss auf dem Leistungsschild des Schaltschranks angegeben werden. Bei diesem Thema herrscht noch viel Unsicherheit. Im Prinzip geht es bei der Ermittlung des SCCRs darum, innerhalb des Schaltschranks, in den Hauptstromkreisen, die Komponenten oder die geprüften Kombinationen zu ermitteln, die das geringste SCCR aufweisen. Das geringste Einzel-SCCR bestimmt das SCCR des gesamten Schaltschranks. Dieser Wert ist auf dem Leistungsschild des Schaltschranks anzugeben. Das SCCR muss gleich oder größer sein, als der maximal am Einsatzort mögliche Kurzschlussstrom. Der Anhang SB des Standards UL 508A beinhaltet unlogische Aspekte und er nutzt nicht alle in der IEC-Welt bewährten Verfahren, wie Back-up-Schutz oder die Dimensionierung nach dem Durchlassstrom hinter Schutzgeräten mit Strombegrenzung. Er sollte dringend überarbeitet werden. Zurzeit geben viele Maschinen- und Schaltschrankbauer das SCCR lediglich mit 10 kA an.
Eine Besonderheit, die in der IEC-Welt immer wieder für Verwirrung sorgt, trifft man in den USA und in Kanada in Bezug auf die Betriebsspannung von Motoren an. An die Netz-Betriebsspannung (Rated voltage) von beispielsweise 480 V werden Motoren mit einer Nameplate Voltage (Leistungsschildspannung) von lediglich 460 V angeschlossen. Als einfachste Begründung gilt, dass die Netzspannung nicht am Motor ankommt. Bei der für Kanada überwiegend typischen Netzspannung von 600 V werden Motoren mit einer Nameplate Voltage von 575 V angeschlossen. Es gibt keinen Motor für 480 V oder für 600 V.
