Der Schaltschrank ist noch in Betrieb, kein Schutzschalter hat ausgelöst und der Maschinenbediener hat nur von einem gelegentlichen Fehler berichtet. Dann öffnet sich die Schaltschranktür: Es ist ein schwacher Brandgeruch wahrnehmbar, ein Klemmengehäuse hat begonnen sich zu verfärben und die Wärmebildkamera zeigt einen hellen Hotspot in einer ansonsten unauffälligen Klemmleiste.
So beginnen viele Ausfälle von Reihenklemmen. Die Verbindung kann noch wochen- oder monatelang Strom führen, während die Hitze langsam den Leiter, die Isolierung und die umliegenden Komponenten beschädigt. Wenn der Schaltschrank schließlich ausfällt, kann die ursprüngliche Ursache unter geschmolzenem Kunststoff und oxidiertem Kupfer verborgen sein.
Die entscheidende Frage ist nicht einfach nur: “Warum ist diese Klemme heiß?” Sie lautet:
Wird die Wärme durch eine schlechte Verbindung, einen zu hohen Stromfluss im Stromkreis oder einen Schaltschrank verursacht, der die Wärme nicht effektiv abführen kann?
Die Antwort bestimmt, ob die korrekte Fehlerbehebung im Austausch eines beschädigten Anschlusses, der Anpassung der Leitungsdimensionierung oder einer Neugestaltung der Schaltschrankumgebung besteht.
Die kurze Antwort: Drei Bedingungen verursachen die meisten heißen Anschlussklemmen
Eine Überhitzung von Reihenklemmen wird üblicherweise durch eine von drei Bedingungen verursacht:
- Abnorm hoher Übergangswiderstand an einem Anschluss, oft durch falsches Anzugsdrehmoment, mangelhafte Leiterkonfektionierung, Korrosion, beschädigte Litzen oder eine ungeeignete Kombination aus Klemme und Leiter.
- Übermäßiger Stromfluss durch den gesamten Stromkreis, verursacht durch Überlast, zu klein dimensionierte Leiter oder Klemmen, Lastunsymmetrie, Oberschwingungen oder eine Lasterweiterung, die im ursprünglichen Entwurf nicht berücksichtigt wurde.
- Ungenügende Wärmeabfuhr, verursacht durch hohe Umgebungstemperatur im Schaltschrank, dichte Klemmenanordnung, wärmeerzeugende Geräte in der Nähe, blockierte Belüftung oder Einschränkungen durch das Gehäusedesign.
Der häufigste Fehler vor Ort besteht darin, jede heiße Klemme als lose Schraubverbindung zu behandeln. Ein einzelner Anschluss, der heißer ist als vergleichbare Anschlüsse, deutet oft auf einen hohen Übergangswiderstand hin. Wenn jedoch eine Klemme, ein Leiter und benachbarte Geräte gleichmäßig heiß sind, deutet dies meist auf eine Überlastung oder eine unzureichende Schaltschrankkühlung hin.
Die korrekte Diagnose kombiniert den Vergleich von Wärmebildern, Strommessungen, Sichtprüfungen, die Überprüfung von Leitern und Klemmen sowie die vom Hersteller spezifizierten Installationsdaten. Ziehen Sie eine unter Spannung stehende Klemme nicht einfach nach und wenden Sie kein allgemeines Drehmoment an.
Wenn Sie Komponenten auswählen, anstatt eine installierte Schalttafel zu überprüfen, beginnen Sie mit So wählen Sie den richtigen Klemmenblock aus oder Auswahl von auf DIN-Tragschienen montierten Reihenklemmen.
Wichtigste Erkenntnisse
- Die Wärmeentwicklung an Klemmen folgt der Beziehung P = I^2R: Entweder ein zu hoher Strom, ein zu hoher Widerstand oder beides führt zu einer erhöhten Wärmeentwicklung.
- Ein lokaler Hotspot an einem Anschluss deutet meist auf ein Problem mit dem Übergangswiderstand hin.
- Eine gleichmäßige Erwärmung über Klemmen und Leiter hinweg deutet meist auf Überlastung, Unterdimensionierung, hohe Umgebungstemperatur oder eingeschränkte Kühlung hin.
- Ein falsches Drehmoment kann sowohl ein zu geringes als auch ein zu hohes Drehmoment bedeuten. Beides kann die Verbindungsqualität beeinträchtigen.
- Die Bemessungswerte der Anschlussklemmen hängen vom Leitertyp, dem Querschnitt, der Vorbereitung, den Umgebungsbedingungen, der Gruppierung und dem gesamten Schaltschrankdesign ab.
- Der Temperaturanstieg ist die Temperatur der Anschlussklemme über einer definierten Referenzumgebungstemperatur, nicht einfach die absolute Temperatur, die von einer Wärmebildkamera angezeigt wird.
- Eine allgemeine Feldregel wie “jede Anschlussklemme muss unter 40 K Anstieg bleiben” ist unsicher, ohne die geltenden Grenzwerte für die Klemme, die Baugruppe, das Prüfverfahren und den Hersteller zu bestätigen.
- Korrekturarbeiten sollten im spannungsfreien Zustand von qualifiziertem Personal unter Einhaltung der geltenden elektrischen Sicherheitsvorschriften durchgeführt werden.
Warum Anschlussklemmen überhitzen
Der grundlegende Zusammenhang für die Erwärmung lautet:
P = I^2R
Wo:
- P = I²R ist die wärmeerzeugende elektrische Leistung
- I ist der Strom durch die Verbindung
- R ist der elektrische Widerstand am Leiter, am Anschlusskörper und an den Kontaktstellen
Die Gleichung erklärt, warum scheinbar kleine Defekte schwerwiegend werden können.
Wenn der Strom steigt, nimmt die Erwärmung mit dem Quadrat des Stroms zu. Wenn der Übergangswiderstand steigt, weil nur ein kleiner Teil des Leiters einen effektiven Kontakt herstellt, konzentriert sich die Wärme an dieser kleinen Kontaktstelle. Die heißere Verbindung beschleunigt dann die Oxidation, erweicht das Isoliermaterial, verringert den mechanischen Druck und erhöht den Widerstand weiter.
Dies erzeugt einen destruktiven Rückkopplungskreis:
schlechte Verbindung -> höherer Widerstand -> mehr Wärme -> Oxidation oder mechanische Beschädigung -> noch höherer Widerstand
Der Übergangswiderstand ist jedoch nicht die einzige Ursache. Eine korrekt installierte Verbindung kann dennoch zu heiß werden, wenn der Stromkreis überlastet ist oder das Gehäuse die erzeugte Wärme nicht abführen kann.
Zuerst das Wärmemuster identifizieren
Bevor Sie Komponenten austauschen oder nachziehen, bestimmen Sie, wie sich die Wärme verteilt.
| Wärmemuster | Wahrscheinlichste Ursache | Was als Nächstes zu prüfen ist |
|---|---|---|
| Ein Anschluss ist deutlich heißer als vergleichbare Anschlüsse | Hoher Kontaktwiderstand, mangelhafte Leitervorbereitung, Korrosion oder Beschädigung der Verbindung | Überprüfung der exakten Schnittstelle zwischen Leiter und Klemme |
| Klemme und Leiter sind über ihre gesamte Länge heiß | Übermäßiger Stromfluss im Stromkreis oder unterdimensionierter Leiter | Laststrom messen und Bemessung von Leiter/Klemme verifizieren |
| Alle Phasen sind gleichermaßen heiß | Überlastung des Stromkreises, hohe Umgebungstemperatur im Gehäuse oder unzureichende Belüftung | Last mit Auslegung vergleichen und thermische Bedingungen im Schaltschrank prüfen |
| Eine Phase ist heißer als die anderen | Phasenunsymmetrie, eine schlechte Verbindung oder ungleiche Lastverteilung | Phasenströme messen und Anschlusszustand vergleichen |
| Hitze konzentriert sich an einer Brücke oder einem Verbindungssteg | Stromgrenze der Brücke, schlechter Sitz oder ungleichmäßige Stromverteilung | Bemessungsdaten und Installation der Brücke überprüfen |
| Mehrere benachbarte Klemmen in der Nähe eines Antriebs, Netzteils oder Schützes sind heiß | Wärmeübertragung von benachbarten Geräten oder dichte Anordnung | Überprüfung der Bauteilabstände und der Gehäusekühlung |
| Starke Temperaturschwankungen während Vibrationen oder Maschinenzyklen | Intermittierender Kontaktdruck oder Leiterbewegung | Überprüfung der Klemmmethode, der Zugentlastung und der Vibrationsfestigkeit |
Wärmebildaufnahmen sind wertvoll, da sie Muster aufzeigen, die bei einer normalen Sichtprüfung nicht erkennbar sind. Ein Wärmebild ist jedoch eine Symptomkarte und keine endgültige Diagnose. Der Laststrom muss ebenfalls gemessen werden, da Überlastung, Unsymmetrie und schlechte Verbindungen ähnlich aussehende heiße Bereiche erzeugen können.
Ursache 1: Falsches Anzugsdrehmoment
Ein falsches Drehmoment ist eine häufige Ursache für die Überhitzung von Schraubklemmen, aber das Problem ist differenzierter als nur “locker ist schlecht”.”
Drehmoment zu niedrig
Ein unzureichendes Drehmoment führt zu einem mangelhaften Kontaktdruck. Der Leiter berührt die Klemme an weniger mikroskopischen Kontaktpunkten, was den Widerstand erhöht und zu lokaler Erwärmung führt.
Vibrationen und thermische Wechselbeanspruchung können die Verbindung im Laufe der Zeit weiter verschlechtern.
Drehmoment zu hoch
Ein zu starkes Anziehen kann:
- die Klemmschraube oder das Gewinde beschädigen
- den Klemmenkörper verformen
- Leiterlitzen durchtrennen oder quetschen
- ein Kaltfließen des Leiters verursachen
- Reduzierung des effektiven Leiterquerschnitts
- Beschädigung von Aderendhülsen oder Kabelschuhen
Das Ergebnis kann trotz fest angezogener Schraube ein erhöhter Widerstand sein.
Korrekte Praxis vor Ort
Verwenden Sie das für die jeweilige Reihenklemme und Leiteranordnung angegebene Drehmoment. Wenden Sie nicht ein allgemeines Drehmoment für den gesamten Schaltschrank auf jede Klemme an.
Drehmomentanforderungen variieren je nach:
- Klemmenbaureihe und -größe
- Schraubengröße
- Leiterquerschnitt
- eindrähtiger oder mehrdrähtiger Leiter
- Aderendhülse, Kabelschuh oder Vorbereitung des blanken Leiters
- Anzahl der in der Klemmstelle zulässigen Leiter
Federkraft- oder Push-in-Reihenklemmen nicht wahllos nachziehen. Ihre Wartung unterscheidet sich von der von Schraubklemmen, und unnötige Manipulationen können eine ansonsten korrekte Verbindung beschädigen.
Ursache 2: Mangelhafte Leitervorbereitung oder Crimpung
Eine Reihenklemme kann korrekt ausgewählt und korrekt angezogen sein, aber dennoch überhitzen, wenn der Leiter schlecht vorbereitet wurde.
Häufige Probleme sind:
- Isolierung im leitfähigen Klemmbereich eingeklemmt
- Abisolierlänge zu kurz, dadurch unzureichender Leiterkontakt
- Abisolierlänge zu lang, dadurch unsicherer, blanker Leiter freigelegt
- Abgeschnittene, fehlende oder umgeknickte Einzeldrähte
- Feinadrige Leiter ohne die vom Klemmenhersteller geforderte Vorbereitung eingeführt
- Aderendhülsen zu klein, zu groß, zu kurz oder fehlerhaft vercrimpt
- Kabelschuhe mit falscher Matrize oder falschem Werkzeug vercrimpt
- Verzinnte Litzenleiter verwendet, wo die Verbindung nicht dafür ausgelegt ist
- Oxidierte Leiteroberflächen
Die Crimpqualität ist entscheidend, da der Strom sowohl die Schnittstelle zwischen Leiter und Aderendhülse als auch die Schnittstelle zwischen Aderendhülse und Klemme durchfließen muss. Eine optisch einwandfreie Aderendhülse kann dennoch eine mangelhafte Crimpverbindung verbergen.
Untersuchen Sie bei der Fehlersuche an wiederholt heiß werdenden Klemmen die Vorbereitung des entfernten Leiters, anstatt lediglich die Reihenklemme auszutauschen.
Ursache 3: Falsche Reihenklemme für den Leiter
Reihenklemmen werden für definierte Leitertypen und Anschlusskapazitäten geprüft und spezifiziert. Probleme entstehen, wenn die Feldverdrahtung außerhalb dieser Bedingungen liegt.
Beispiele hierfür sind:
- Leiterquerschnitt außerhalb der spezifizierten Anschlusskapazität der Klemme
- zwei Leiter in einer Klemmeinheit installiert, die nur für einen Leiter ausgelegt ist
- flexibler Leiter verwendet, wo nur starre Leiter zulässig sind
- Aluminiumleiter in einer Klemme für Kupferleiter ohne ausdrückliche Freigabe installiert
- Aderendhülsentyp oder Kabelschuh nicht kompatibel mit der Klemmgeometrie
- Leiterisolationsdurchmesser verhindert vollständiges Einführen
- Hochstrom-Energieverteilung über eine für Steuerleitungen vorgesehene Klemme geführt
Eine Klemme, die einen Leiter physisch aufnimmt, ist nicht zwangsläufig für diesen geeignet.
IEC 60947-7-1:2025 behandelt industrielle Reihenklemmen für Kupferleiter mit Schraub- oder schraubenlosen Anschlusseinheiten und umfasst Anforderungen an das Bemessungsanschlussvermögen, die Erwärmung, den Spannungsfall, den kurzzeitigen Bemessungsstrom sowie die elektrische Leistungsfähigkeit. Nordamerikanische Reihenklemmen werden üblicherweise nach UL 1059 bewertet, jedoch kann die vollständige Anwendung zusätzliche Anforderungen auf Geräteebene stellen.
Für die konstruktiven Details hinter diesen Unterschieden siehe Leitfaden zu Komponenten und Aufbau von Reihenklemmen und Zertifizierungen von Reihenklemmen: 5 häufige Fehler.
Ursache 4: Übermäßiger Laststrom
Eine korrekt installierte Reihenklemme erzeugt dennoch Wärme, da alle Leiter und Verbindungen einen elektrischen Widerstand aufweisen. Wenn der Laststrom die vorgesehene Auslegung überschreitet, steigt die Temperatur schnell an, da die Wärmeentwicklung proportional zum Quadrat des Stroms ist.
Eine überstrombedingte Erwärmung der Klemmen kann folgende Ursachen haben:
- Anlagenerweiterungen ohne Anpassung der Klemmen oder Leiter
- Motoren, Heizungen oder Netzteile, die über der vorgesehenen Last betrieben werden
- Eine Phase führt mehr Strom als die anderen
- Erwärmung des Neutralleiters durch Oberschwingungsströme
- Wiederholte Hochstrom-Arbeitszyklen
- Unerwartete gleichzeitige Belastung
- Brücken oder Steckbrücken, die den kombinierten Strom mehrerer Stromkreise führen
Überlastungserwärmung betrifft normalerweise mehr als einen kleinen Anschlusspunkt. Der Leiter, der Anschlusskörper, die Brücke und benachbarte Geräte können sich alle warm anfühlen.
Messen Sie den tatsächlichen Strom unter repräsentativen Betriebsbedingungen. Diagnostizieren Sie eine Überlastung nicht allein anhand der Temperatur.
Ursache 5: Korrosion, Oxidation und Verschmutzung
Feuchtigkeit, Salz, Chemikalien, leitfähiger Staub und Oxidation können den Kontaktwiderstand erhöhen und die Isolationsleistung verringern.
Korrosion tritt besonders wahrscheinlich auf in:
- Schaltschränken im Außenbereich
- Abwasser- und Chemieanlagen
- Marine- und Küsteninstallationen
- Nassreinigungsbereiche in der Lebensmittelverarbeitung
- Mangelhaft abgedichtete Gehäuse
- Schaltschränke mit Kondensationszyklen
Oberflächenbeschichtungen tragen zum Schutz der leitfähigen Schnittstelle bei, jedoch können beschädigte oder ungeeignete Beschichtungen degradieren. Verunreinigungen können zudem das vollständige Einführen des Leiters verhindern oder die Klemmflächen beeinträchtigen.
Sobald Korrosion innerhalb der leitfähigen Schnittstelle vorhanden ist, reicht ein einfaches Nachziehen der Klemme möglicherweise nicht aus, um eine zuverlässige Verbindung wiederherzustellen. Der betroffene Leiter und die Klemme müssen gegebenenfalls ausgetauscht werden, gefolgt von der Beseitigung der umweltbedingten Ursache.
Für Installationen im Freien siehe Korrosionsbeständige Anschlüsse für Marine-Reihenklemmen.
Ursache 6: Vibrationen und thermische Wechselbeanspruchung
Werkzeugmaschinen, Kompressoren, Pumpen, Bahnanlagen, mobile Systeme und Schwermaschinen können Schaltschränke kontinuierlichen Vibrationen aussetzen.
Thermische Wechselbeanspruchung führt ebenfalls zu Bewegungen an den Anschlüssen. Jeder Start-Stopp-Zyklus verändert die Temperatur von Leitern und Klemmen. Unterschiedliche Metalle und Isolierstoffe dehnen sich unterschiedlich stark aus und ziehen sich wieder zusammen. Mit der Zeit kann dies den Kontaktdruck beeinträchtigen, insbesondere wenn die Anschlusstechnik, die Leiterkonfektionierung oder die Zugentlastung ungeeignet sind.
Mögliche Symptome sind:
- intermittierende Fehler
- Temperaturänderungen in Abhängigkeit von Maschinenvibrationen
- Verfärbungen an nur einer Klemme
- Bewegung des Leiters bei leichtem Zugtest während einer sicheren, spannungsfreien Inspektion
- Wiederkehrender Ausfall nach wiederholtem Nachziehen
Federzuganschlusstechnik wird häufig für vibrationsanfällige Anwendungen gewählt, da die Feder die Klemmkraft bei Dimensionsänderungen des Leiters aufrechterhält. Das macht jedoch nicht jede Federklemme für jede Vibrationsumgebung geeignet; die genaue Produktzulassung und die Installationsmethode sind weiterhin entscheidend.
Ursache 7: Mangelhaftes thermisches Design des Schaltschranks
Eine Überhitzung der Klemmen kann ein Problem des Schaltschrankdesigns und nicht auf eine defekte Klemme zurückzuführen sein.
Wärmestau entsteht, wenn:
- Klemmenleisten zu dicht installiert sind
- Hochstromklemmen ohne Berücksichtigung der Wärmeabfuhr gruppiert werden
- Netzteile, Frequenzumrichter, Transformatoren, Schütze oder Bremswiderstände benachbarte Klemmen aufheizen
- Kabelkanäle behindern die natürliche Luftzirkulation
- Die Belüftung oder Kühlung des Gehäuses ist unzureichend
- Filter sind verstopft
- Der Schaltschrank ist direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt
- Die Umgebungstemperatur übersteigt die bei der Komponentenauswahl zugrunde gelegten Annahmen
Die Produktnennleistung einer Reihenklemme garantiert nicht, dass jede dicht gepackte Baugruppe innerhalb der Temperaturgrenzen bleibt. Die gesamte Baugruppe muss bewertet werden.
Die IEC 61439 verwendet Prinzipien der Bauartprüfung für Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen, einschließlich der Erwärmungsprüfung. Dies ist wichtig, da die Wärmeabgabe benachbarter Geräte und die Gehäusebedingungen nicht allein durch die Betrachtung des Datenblatts einer einzelnen Reihenklemme beurteilt werden können.
Für einen breiteren Kontext zum Schaltschrankaufbau siehe Leitfaden für industrielle Schaltschrankkomponenten und Arten von elektrischen Schalttafeln.
Ursache 8: Minderwertige Klemmenmaterialien oder Fertigungsqualität
Die Konstruktion der Anschlussklemme beeinflusst die langfristige Kontaktstabilität.
Relevante Qualitätsfaktoren sind:
- Zusammensetzung des leitfähigen Metalls
- Querschnittsfläche des Strompfades
- Qualität der Oberflächenbeschichtung
- Geometrie der Klemmstelle
- Konsistenz der Feder- oder Schraubverbindung
- Maßhaltigkeit
- Widerstand gegen unnormale Wärme und Feuer
- Leistung des Isolierstoffes
Minderwertige Materialien oder Fertigungsmängel können den Anfangswiderstand erhöhen, ungleichmäßigen Druck erzeugen oder Korrosion und mechanische Relaxation beschleunigen.
Materialbezeichnungen allein bestimmen jedoch nicht die Leistung. “Kupfer”, “Messing” oder “verzinnt” sind keine vollständigen Spezifikationen. Produkttests, Bemessungsstrom, Anschlusskapazität, Zertifizierung und das tatsächliche Klemmendesign sind wichtiger als Marketingbezeichnungen.
Diagnose einer überhitzten Reihenklemme
Schritt 1: Festlegung eines sicheren Inspektionsbereichs
Schaltschränke können gefährliche Spannungen und Lichtbogenenergien enthalten. Inspektionen unter Spannung, das Entfernen von Abdeckungen, Prüfungen und Reparaturen dürfen nur von qualifiziertem Personal gemäß den elektrischen Sicherheitsvorschriften des Standorts durchgeführt werden.
Berühren, ziehen oder bewegen Sie keine verdächtigen Anschlüsse, solange diese unter Spannung stehen.
Bei Schmelzspuren, Rauchentwicklung, Lichtbogenbildung, Brandgeruch, instabilem Betrieb oder schnellem Temperaturanstieg hat die sichere Abschaltung und Trennung Vorrang vor der Durchführung einer routinemäßigen Diagnose.
Schritt 2: Betriebsbedingungen aufzeichnen
Bevor Änderungen vorgenommen werden, dokumentieren Sie:
- Laststrom
- Umgebungstemperatur des Schaltschranks
- Betriebszustand und Einschaltdauer
- Welche Lasten eingeschaltet sind
- Phasenströme
- Kürzliche Änderungen an der Ausrüstung
- Gehäuselüfter, Filter und Kühlungszustand
- Zeit seit Inbetriebnahme
Eine Wärmebildaufnahme kurz nach der Inbetriebnahme kann anders aussehen als eine bei Dauerlast. Vergleiche sind am aussagekräftigsten, wenn gleichwertige Anschlüsse unter vergleichbaren Lasten und Bedingungen geprüft werden.
Schritt 3: Verwenden Sie Infrarot-Thermografie, um das Muster zu finden
Wärmebildaufnahmen können Folgendes aufzeigen:
- eine heiße Verbindung
- Phasenunterschiede
- Gleichmäßig überlastete Stromkreise
- Wärmeübertragung von benachbarten Komponenten
- Fortschreitende Verschlechterung bei zeitlicher Trendanalyse der Bilder
Thermografie sorgfältig interpretieren:
- Ähnliche Komponenten unter ähnlicher Last vergleichen
- Strom messen, um Überlast von Übergangswiderständen zu unterscheiden
- Reflexionen und den niedrigen Emissionsgrad von blankem Metall berücksichtigen
- Verwenden Sie nach Möglichkeit historische Referenzbilder.
- Beobachten Sie, ob sich der heißeste Punkt an der Anschlussstelle befindet oder entlang des Leiters verteilt ist.
Die exakte scheinbare Oberflächentemperatur kann bei glänzenden Metallanschlüssen irreführend sein. Ein Mustervergleich ist oft zuverlässiger als ein einzelner Temperaturwert.
Schritt 4: Spannungsfrei schalten und Sichtprüfung durchführen.
Nach der sicheren Trennung und Spannungsfreiheitsprüfung auf Folgendes untersuchen:
- Verfärbungen oder Dunkelfärbung
- geschmolzene oder erweichte Isolierung
- verformtes Anschlussgehäuse
- Korrosion oder Verschmutzung
- Beschädigte Schraubenköpfe oder Gewinde
- Leiterlitzen außerhalb der Klemme
- Unvollständige Leitereinführung
- Isolierung im Klemmbereich
- Falsche Aderendhülsen oder Kabelschuhe
- Lose DIN-Schienenbefestigung oder Endhalter
- Beschädigte Brücken oder Steckbrücken
Wenn Hitze den Leiter verfärbt oder die Isolierung der Anschlussklemme aufgeweicht hat, ist ein Austausch in der Regel zuverlässiger als ein Nachziehen der beschädigten Teile.
Schritt 5: Kompatibilität von Leiter und Anschlussklemme prüfen
Überprüfen Sie das spezifische Datenblatt der Anschlussklemme auf:
- Bemessungsleiterquerschnitt
- zulässige Leitertypen
- erforderliche Abisolierlänge
- Kompatibilität von Aderendhülsen oder Kabelschuhen
- Anzahl der Leiter pro Anschlussstelle
- Strom- und Spannungsbemessung
- Bemessungsdaten für Brücken oder Steckbrücken
- Anzugsdrehmoment für Schraubklemmen
- Umgebungs- und Installationsbedingungen
Dieser Schritt zeigt häufig, dass die Verbindung außerhalb ihrer spezifizierten Konfiguration montiert wurde.
Schritt 6: Drehmoment korrekt prüfen
Bei Schraubklemmen das Drehmoment nur nach sicherer Freischaltung und ausschließlich gemäß den Herstellerangaben für das jeweilige Produkt überprüfen.
Gehen Sie nicht davon aus:
- Jede sich locker anfühlende Schraube verursachte den Hotspot.
- Ein Anziehen über die Spezifikation hinaus verbessert die Verbindung.
- Jede Anschlussklemme sollte regelmäßig nachgezogen werden.
- Federzugklemmen erfordern die Wartung von Schraubanschlüssen.
Wenn eine Verbindung stark überhitzt wurde, kann ein Nachziehen den Schaden verdecken, ohne die sichere Kontaktleistung wiederherzustellen.
Schritt 7: Messung des elektrischen Zustands
Abhängig von der Ausrüstung und dem Wartungsverfahren können nützliche Prüfungen umfassen:
- Messung des Stromkreisstroms
- Phasenstromvergleich
- Messung des Spannungsabfalls über der Verbindung unter Last
- Niederohm-Messung an einer sicher getrennten Verbindung
- Durchgangs- und Isolationsprüfungen nach der Reparatur
Ein hoher Spannungsabfall an einem einzelnen Anschluss ist ein starkes Indiz für einen zu hohen Widerstand. Niederohm-Messungen erfordern geeignete Messgeräte, eine sichere Trennung und eine korrekte Interpretation.
Schritt 8: Ursache beheben und anschließend unter Last verifizieren
Korrekturmaßnahmen können umfassen:
- Austausch der beschädigten Anschlussklemme
- Kürzen des hitzegeschädigten Leiters
- Installation einer neuen Aderendhülse oder eines Kabelschuhs mit dem korrekten Werkzeug
- Korrektur des Leiterquerschnitts oder des Anschlusstyps
- Austausch einer beschädigten Brücke oder Drahtbrücke
- Umverteilung der Last
- Verbesserung der Gehäusekühlung
- Räumliche Trennung von wärmeerzeugenden Geräten
- Korrektur der Vibrationsdämpfung oder Zugentlastung
- Beseitigung des Eindringens von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen
Nach der Reparatur den Stromkreis unter repräsentativer Last betreiben und die Strom- und Wärmeprüfungen wiederholen. Eine Reparatur ist erst abgeschlossen, wenn das anormale Wärmebild verschwunden ist.
Schnelldiagnosetabelle
| Symptom | Wahrscheinliche Ursache | Prüfmethode | Korrekturmaßnahme |
|---|---|---|---|
| Eine Schraubklemme ist heiß | Loser, zu fest angezogener, korrodierter oder schlecht vorbereiteter Leiter | Thermischer Vergleich, spannungsfreie Inspektion, Spannungsabfall | Beschädigte Teile ersetzen und gemäß Spezifikation anschließen |
| Gesamte Klemmleiste ist heiß | Überlast, hohe Umgebungstemperatur, dichte Anordnung | Strommessung, Überprüfung der Schaltschrankumgebung | Last reduzieren, Dimensionierung anpassen oder thermisches Design verbessern |
| Eine Phase ist heiß | Lastunsymmetrie oder eine fehlerhafte Verbindung | Phasenstrom und Hotspot-Position vergleichen | Lastabgleich korrigieren oder Verbindung instand setzen |
| Brücke ist der heißeste Punkt | Brücke unterdimensioniert oder fehlerhaft montiert | Bemessungsdaten und Installation der Brücke überprüfen | Korrekte Brücke verwenden oder Strom anders verteilen |
| Anschluss erwärmt sich nach Vibration | Anschlusstechnik oder Zugentlastung ungeeignet | Trend beobachten und im spannungsfreien Zustand prüfen | Zugentlastung verbessern oder geeignete Anschlussklemme wählen |
| Reparierte Anschlussklemme überhitzt erneut | Ursache nicht behoben | Last, Leiter, Umgebung und Produktkompatibilität erneut prüfen | Neukonstruktion statt wiederholtem Nachziehen |
| Wärmebild zeigt nur einen Hotspot auf blankem Metall | Reflexions- oder Emissionsgradfehler möglich | Betrachtungswinkel und angrenzende isolierte Oberflächen vergleichen | Validierung vor der Fehlererklärung |
Ab wann ist es zu heiß?
Es gibt keine universelle Temperatur, die für jede Reihenklemme in jedem Schaltschrank als akzeptabel gilt.
Der korrekte Grenzwert hängt ab von:
- Produktnorm und Testergebnissen der Reihenklemme
- Temperaturbeständigkeit der Leiterisolierung
- Isolierstoff der Klemme
- Umgebungstemperatur
- Stromstärke und Leiterquerschnitt
- Schaltschrankaufbau-Design
- Anweisungen des Geräteherstellers
- Anwendbare Wartungsnorm
Einige Endprodukte und Testumgebungen verwenden einen Temperaturanstiegswert von 40 K, und einige Thermografie-Richtlinien nutzen Temperaturdifferenzen zur Priorisierung der Wartung. Diese Werte sollten nicht in eine allgemeingültige Regel umgewandelt werden, nach der jeder Feldanschluss unter einem bestimmten Wert sicher oder darüber gefährlich ist.
Für die Felddiagnose vergleichen Sie:
- den verdächtigen Anschluss mit gleichwertigen Anschlüssen unter ähnlicher Last
- den Anschluss mit dem angeschlossenen Leiter
- aktuelle Messwerte mit historischen Basisdaten
- Tatsächliche Messwerte im Vergleich zu den Herstellergrenzwerten
Temperaturerhöhung und absolute Temperatur sind unterschiedlich:
Temperaturerhöhung = Gemessene Komponententemperatur – Referenz-Umgebungstemperatur
Eine Anschlussklemme mit derselben absoluten Temperatur kann in einem kühlen Raum ein anderes Risiko darstellen als in einem heißen Schaltschrank. Umgekehrt kann eine im Vergleich zu identischen benachbarten Anschlüssen ungewöhnlich heiße Klemme auf einen Defekt hinweisen, selbst wenn ihre absolute Temperatur moderat erscheint.
Sofortmaßnahmen bei Feststellung einer heißen Anschlussklemme
Priorisieren Sie die sichere Freischaltung, wenn eines der folgenden Anzeichen vorliegt:
- geschmolzenes oder verformtes Klemmengehäuse
- Karbonisierung oder sichtbare Lichtbogenbildung
- Brandgeruch oder Rauch
- Instabile Spannung oder intermittierender Betrieb der Geräte
- Schnell ansteigende Temperatur
- Starke Verfärbung der Leiterisolierung
- Ein Anschluss, der deutlich heißer ist als vergleichbar belastete Anschlüsse
Nach der Spannungsfreischaltung:
- Identifizieren und dokumentieren Sie den betroffenen Stromkreis.
- Überprüfen Sie die Klemme, den Leiter, die Aderendhülse oder den Kabelschuh, die Brücke sowie angrenzende Komponenten.
- Ersetzen Sie hitzegeschädigte Komponenten, anstatt sich auf ein Nachziehen zu verlassen.
- Überprüfen Sie die tatsächliche Last sowie die Kompatibilität zwischen Leiter und Anschlussklemme.
- Beheben Sie umgebungsbedingte oder anordnungstechnische Ursachen.
- Überprüfen Sie den reparierten Stromkreis unter repräsentativer Last erneut.
Prävention bei der Schaltschrankplanung
Wählen Sie Anschlussklemmen basierend auf den tatsächlichen Stromkreisbedingungen aus.
Wählen Sie Reihenklemmen nicht ausschließlich nach dem Nennstrom aus.
Überprüfen Sie zudem:
- Leitertyp und Querschnitt
- Dauer- und intermittierender Strom
- Brückenstrom
- Anforderungen an die Kurzzeitstromfestigkeit
- Umgebungstemperatur
- Gruppierung und Schaltschrankdichte
- Vibrations- und Korrosionsbelastung
- Anschlusstechnik
- Erforderliche Zertifizierung
Für einen breiteren Auswahlrahmen siehe Auswahlleitfaden für Reihenklemmen: Typen und Anwendungen und Sammelschienen vs. Reihenklemmen.
Auslegung für Wärmeabfuhr
Schaltschrankplaner sollten Folgendes berücksichtigen:
- Abstände um Hochstrom-Klemmengruppen
- Trennung von Frequenzumrichtern, Netzteilen, Transformatoren und Schützen
- Luftstrom um Kabelkanäle
- Sonneneinstrahlung auf das Gehäuse
- Wartungszugang für Lüfter und Filter
- Überprüfung der Temperaturerhöhung der kompletten Baugruppe
Vermeiden Sie die Verwendung von Steuerklemmen als Stromverteilerblöcke
Hochstromverteilungen erfordern möglicherweise einen Stromverteilerblock, eine Sammelschiene oder eine Klemme, die speziell für diesen Zweck ausgelegt ist. Eine physisch große Leiteröffnung beweist nicht, dass die Klemme für die Verteilung von Einspeiseströmen geeignet ist.
Anschlusstechnik an die Umgebung anpassen
Schraub-, Zugfeder-, Push-in-, Bolzen- und Stiftschraubanschlüsse haben jeweils ihre spezifischen Einsatzbereiche. Wählen Sie basierend auf Leitertyp, Vibration, Stromstärke, Wartungsstrategie und den Fähigkeiten des Schaltschrankbauers, anstatt sich nur auf Gewohnheiten zu verlassen.
Wenn Sie Produktoptionen bewerten, prüfen Sie das VIOX Reihenklemmen-Produktsortiment und bestätigen Sie die genauen Bemessungsdaten des Modells sowie die zulässige Anschlussmethode im aktuellen Datenblatt.
Prävention während der Montage
Verwenden Sie einen kontrollierten Verdrahtungsprozess:
- Überprüfen Sie das Klemmenmodell anhand der Zeichnung und der Stückliste.
- Bestätigen Sie Leiterquerschnitt und -typ.
- Auf die angegebene Länge abisolieren.
- Verwenden Sie bei Bedarf die spezifizierte Aderendhülse oder den Kabelschuh.
- Verwenden Sie kalibrierte, geeignete Crimp- und Drehmomentwerkzeuge.
- Den Leiter vollständig einführen, ohne die Isolierung einzuklemmen.
- Das vom Hersteller angegebene Drehmoment für Schraubklemmen anwenden.
- Die erforderlichen Zug-, Sicht- und Qualitätsprüfungen durchführen.
- Geprüfte Verbindungen kennzeichnen und dokumentieren.
Die Montagequalität muss reproduzierbar sein und darf nicht davon abhängen, wie fest ein einzelner Installateur die Schraube empfindet.
Prävention während Betrieb und Wartung
Eine sinnvolle Wartungsstrategie kombiniert Zustandsüberwachung mit gezielten Inspektionen.
Empfohlene Vorgehensweisen umfassen:
- Erstellung von thermografischen Basisaufnahmen unter definierter Last
- Trendanalyse vergleichbarer Klemmengruppen über den Zeitverlauf
- Erfassung der Phasen- und Stromkreisströme während der thermografischen Inspektion
- Inspektion nach wesentlichen Laständerungen oder Modifikationen an der Schaltanlage
- Sauberhaltung von Belüftungswegen und Filtern
- Untersuchung von Korrosions- und Feuchtigkeitsquellen
- Einhaltung der Herstelleranweisungen für die Wartung von Schraub- und Federzugklemmen
- Austausch beschädigter Klemmen und Leiter anstelle von wiederholtem Nachziehen
NFPA 70B bietet einen Wartungsrahmen für elektrische Anlagen in nordamerikanischen Einrichtungen, wobei die anzuwendende Inspektionsmethode und das Intervall durch den Zustand der Ausrüstung, die Kritikalität, die Betriebsumgebung und das elektrische Wartungsprogramm des Standorts definiert werden sollten.
Häufige Fehler, die eine Überhitzung verschlimmern
Fehler 1: Nachziehen jeder Klemme ohne Diagnose
Dies kann korrekt installierte Verbindungen beschädigen, Drehmomentgrenzen überschreiten und Probleme durch Überlastung oder thermische Auslegung nicht beheben.
Fehler 2: Verwendung einer Wärmebildkamera ohne Strommessung
Ein Wärmebild kann nicht eigenständig zwischen hohem Kontaktwiderstand und Überlastung, Unsymmetrie oder übertragener Wärme unterscheiden.
Fehler 3: Beurteilung von glänzendem Metall anhand eines einzelnen Temperaturmesswerts
Blankes Metall weist einen niedrigen und variablen Emissionsgrad auf. Reflexionen und Betrachtungswinkel können die scheinbare Temperatur verfälschen.
Fehler 4: Wiederverwendung von hitzegeschädigten Anschlussklemmen
Hitze kann die Federkraft, die Beschichtung, den Zustand des Leiters und das Isoliermaterial verändern. Das Nachziehen einer beschädigten Verbindung verzögert den nächsten Ausfall möglicherweise nur.
Fehler 5: Anwendung eines einheitlichen Temperaturgrenzwerts für alle Anschlussklemmen
Die zulässige Temperatur und der Temperaturanstieg hängen vom Produkt, der Montage, dem Leiter, der Umgebung, der Prüfmethode und der geltenden Norm ab.
Fehler 6: Austausch der Anschlussklemme unter Missachtung der Schaltschrankumgebung
Wenn Überlast, Vibrationen, Korrosion, eine dichte Anordnung oder eine schlechte Belüftung bestehen bleiben, kann die neue Anschlussklemme auf die gleiche Weise ausfallen.
Normen und technischer Kontext
IEC 60947-7-1
IEC 60947-7-1:2025 legt Anforderungen für industrielle Reihenklemmen und Prüftrennklemmen für Kupferleiter mit Schraub- oder schraubenlosen Anschlusseinheiten fest. Zu den Leistungsanforderungen gehören der Temperaturanstieg, der Spannungsfall, der kurzzeitige Bemessungsstrom, die dielektrischen Eigenschaften sowie die elektrische Leistung nach der Alterung bei entsprechenden schraubenlosen Anschlussklemmen.
Dies ist eine Norm auf Produktebene. Sie entbindet nicht von der Notwendigkeit, die vollständige Schaltschrankbaugruppe zu verifizieren.
IEC 61439
IEC 61439 behandelt Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen. Der Nachweis der Erwärmung ist wichtig, da Klemmen innerhalb eines Gehäuses zusammen mit anderen wärmeerzeugenden Komponenten betrieben werden.
UL 1059
UL 1059 ist die nordamerikanische Produktnorm für Reihenklemmen. Die Anwendung im Gesamtsystem erfordert möglicherweise eine Bewertung, die über die eigenständige Produktzertifizierung der Klemme hinausgeht.
NFPA 70B
NFPA 70B befasst sich mit der Wartung elektrischer Anlagen und unterstützt zustandsbasierte Verfahren wie die Infrarot-Thermografie im Rahmen eines elektrischen Wartungsprogramms. Die Thermografie sollte von qualifiziertem Personal unter Anwendung sicherer Verfahren durchgeführt und interpretiert werden.
FAQ
Was ist die häufigste Ursache für die Überhitzung von Reihenklemmen?
Ein hochohmiger Kontakt aufgrund fehlerhafter Anschlusstechnik ist eine häufige Ursache, aber nicht die einzige. Überlastung, unterdimensionierte Komponenten, hohe Umgebungstemperaturen, mangelhafte Belüftung, Korrosion, Vibrationen sowie ungeeignete Kombinationen aus Klemme und Leiter können ähnliche Symptome hervorrufen.
Kann ich eine heiße Reihenklemme durch Nachziehen der Schraube reparieren?
Nicht sicher ohne vorherige Diagnose. Die Klemme könnte locker, überdreht, korrodiert, überlastet oder bereits durch Hitze beschädigt sein. Schalten Sie den Stromkreis spannungsfrei, überprüfen Sie die Verbindung und verwenden Sie das vom Hersteller angegebene Drehmoment. Beschädigte Klemmen oder Leiter sollten ausgetauscht werden.
Warum ist nur ein Anschluss heiß?
Ein Anschluss, der unter ähnlicher Last heißer ist als vergleichbare Anschlüsse, deutet in der Regel auf einen lokal begrenzten hohen Widerstand hin. Mögliche Ursachen sind mangelhafte Leiterkonfektionierung, falsches Anzugsdrehmoment, Korrosion, beschädigte Litzen oder eine fehlerhafte Verbindungsschnittstelle.
Warum sind alle Anschlüsse in der Reihe heiß?
Eine gleichmäßige Erwärmung deutet meist auf übermäßigen Stromfluss, hohe Umgebungstemperatur im Schaltschrank, eingeschränkte Luftzirkulation, dichte Anordnung oder Wärmeübertragung von benachbarten Komponenten hin. Messen Sie den Stromkreis und überprüfen Sie das thermische Design des Gehäuses.
Welche Temperatur ist für eine Reihenklemme zu heiß?
Es gibt keinen universellen Temperaturgrenzwert für jede Klemme. Vergleichen Sie den Messwert mit den spezifischen Grenzwerten des Klemmen- und Schaltschrankherstellers, der Temperaturbeständigkeit der Leiterisolierung, der Umgebungstemperatur, der geltenden Norm sowie mit vergleichbaren Verbindungen unter ähnlicher Last.
Sollten Reihenklemmen regelmäßig nachgezogen werden?
Befolgen Sie die Anweisungen des Klemmenherstellers und das Wartungsprogramm der Anlage. Einige Schraubverbindungen erfordern unter definierten Bedingungen eine Überprüfung, während viele Federkraftklemmen als wartungsfreie Verbindungen ausgelegt sind. Unkontrolliertes, routinemäßiges Nachziehen kann zu Schäden führen.
Wie kann eine Infrarot-Thermografie eine lose Verbindung identifizieren?
Eine lose oder hochohmige Verbindung erzeugt häufig einen lokal begrenzten Hotspot an der Anschlussstelle, wobei die Temperatur mit zunehmendem Abstand vom Kontaktpunkt abnimmt. Bestätigen Sie die Diagnose durch Lastmessung und eine sichere Inspektion im spannungsfreien Zustand, da Überlastungen und reflektierte Infrarotstrahlung zu irreführenden Mustern führen können.
Sollte eine überhitzte Reihenklemme ausgetauscht werden?
Tauschen Sie diese aus, wenn Verfärbungen, geschmolzene oder erweichte Isolierungen, beschädigte Gewinde, Korrosion, Verlust der Klemmkraft, Anzeichen von Lichtbogenbildung oder andere Hitzeschäden vorliegen. Überprüfen und ersetzen Sie zudem beschädigte Leiterabschnitte, Aderendhülsen, Kabelschuhe, Brücken und angrenzende Komponenten.
Geprüfte Quellen
- IEC 60947-7-1:2025 – Reihenklemmen für Kupferleiter
- IEC 61439-1:2020 – Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen, allgemeine Festlegungen
- UL 1059 – Reihenklemmen
- UL Solutions – Zertifizierungsdienste für Steckverbinder
- NFPA 70B – Standard für die Wartung elektrischer Anlagen
- Fluke – Einsatz von Wärmebildkameras für elektrische Inspektionen
- Fluke – Erkennung von Hotspots mittels Wärmebildtechnik
- WAGO – Anschlusstechnik
- VIOX Reihenklemmen-Produktprogramm
