Ue vs. Ui vs. Uimp: Leitfaden zu elektrischen Spannungsbemessungen

Sie vergleichen zwei MCCBs mit identischen Nennströmen – beide sind 100A, dreipolige Geräte. Aber die Spannungsangaben sind unterschiedlich: Eine zeigt “Ue 400V, Ui 690V, Uimp 8kV”, während die andere “Ue 690V, Ui 800V, Uimp 6kV” auflistet. Welcher passt zu Ihrem 400V-Drehstromsystem? Können Sie den ersten Leistungsschalter sicher verwenden, auch wenn seine Ue mit Ihrer Systemspannung übereinstimmt, aber die Uimp unterschiedlich ist?

Diese drei Spannungsparameter – Ue, Ui und Uimp – erscheinen auf jedem Datenblatt elektrischer Geräte von MCCBs und Schütze zu Relais und Klemmenleisten. Aber Verwirrung darüber, was sie tatsächlich bedeuten, führt zu unterdimensionierten Geräten, die vorzeitig ausfallen, überdimensionierten Komponenten, die das Budget verschwenden, und Compliance-Problemen während der Projektabnahme.

Das Problem ist nicht nur das Lesen von drei Zahlen. Jede Nennspannung testet eine andere elektrische Beanspruchung: stationärer Betrieb, Isolationsintegrität und Stoßspannungsfestigkeit. Sie werden durch unterschiedliche IEC-Normen geregelt, durch unterschiedliche Testverfahren verifiziert und erfüllen unterschiedliche Rollen bei der Geräteauswahl. Sie als austauschbar zu behandeln – oder schlimmer noch, zwei davon zu ignorieren – birgt echte Sicherheits- und Zuverlässigkeitsrisiken.

Dieser Leitfaden entschlüsselt alle drei Spannungsnennwerte präzise. Sie erfahren genau, was Ue, Ui und Uimp messen, welche IEC-Tests jeden Parameter validieren, wie sie sich auf Isolationskoordinationsstandards beziehen und, was am wichtigsten ist, welche Nennspannung für welche Spezifikationsentscheidung wichtig ist. Am Ende lesen Sie Gerätedatenblätter mit Zuversicht und wählen Komponenten aus, die sowohl zu Ihrer Systemspannung als auch zum vollständigen elektrischen Belastungsprofil Ihrer Installation passen.

Was ist Ue (Bemessungsbetriebsspannung)?

上 Problem ist die Bemessungsbetriebsspannung– die Spannung, für die elektrische Geräte ausgelegt sind, um unter normalen, ungestörten Bedingungen zu arbeiten. Dies ist die Zahl, die Sie mit der Nennspannung Ihres Systems abgleichen, wenn Sie MCCBs, Schütze, Relais oder andere Schaltgeräte auswählen.

In der IEC 60947-Terminologie definiert Ue den Anwendungsspannungsbereich des Geräts. Es arbeitet in Verbindung mit zwei weiteren kritischen Parametern: Ie (Bemessungsbetriebsstrom) und Gebrauchskategorie (wie AC-3 für Motoren oder AC-23 für gemischte Lasten). Zusammen beschreiben diese drei Spezifikationen die Betriebsleistung des Geräts.

Was Ue tatsächlich testet

Ue entspricht keiner bestimmten eigenständigen Prüfspannung. Stattdessen legt es die Referenzspannung für Leistungstests fest:

• Betriebsdauerprüfungen: Geräte müssen die Bemessungsbetriebszyklen (Ein- und Ausschalten des Bemessungsstroms) bei Ue ohne Ausfall absolvieren
• Temperaturerhöhungsprüfung: Bei Bemessungsstrom und Betriebsspannung müssen die Gerätetemperaturen innerhalb der Grenzwerte bleiben
• Leistungsabstimmung: Hersteller geben Schaltvermögen, Kurzschlussfestigkeit und Abstimmungsdaten bei bestimmten Ue-Werten an

Für ein Schütz mit der Nennspannung Ue 400V AC-3 mit Ie 95A bedeutet dies, dass es getestet wurde, um induktive Motorlasten von 95A bei 400V für seine deklarierte mechanische und elektrische Lebensdauer zu schalten.

Typische Ue-Werte für Industrieanlagen

Standardmäßige Ue-Nennwerte folgen gängigen Systemspannungen:

• 230V / 240V AC: Einphasige europäische und internationale Systeme
• 400V / 415V AC: Dreiphasige europäische, asiatische und viele industrielle Systeme
• 480V AC: Nordamerikanische dreiphasige Industriesysteme
• 690V AC: Hochspannungsanwendungen in der Industrie, Bergbauausrüstung
• 24V / 48V / 110V DC: Steuerungskreise, Automatisierungssysteme, batteriegestützte Installationen

Sie wählen Geräte aus, bei denen die angegebene Ue mit der Nennspannung Ihres Systems übereinstimmt oder diese übersteigt. Ein Gerät mit der Nennspannung Ue 690V kann in einem 400V-System betrieben werden (es ist für die Spannung überdimensioniert), aber ein Gerät mit der Nennspannung Ue 230V kann nicht in einer 400V-Anwendung verwendet werden – es ist unterdimensioniert.

Die Ue-Ie-Kategorie-Beziehung

Ue existiert niemals isoliert. Ein MCCB kann Ue 400V mit mehreren Ie-Nennwerten (40A, 63A, 100A) anzeigen, abhängig von der Baugröße und den thermischen Auslöseeinstellungen. Ein Schütz kann unterschiedliche Ie-Werte bei unterschiedlichen Ue-Pegeln auflisten – zum Beispiel Ie 95A bei Ue 400V, aber nur Ie 80A bei Ue 690V, da höhere Spannungen die Kontakte während der Lichtbogenunterbrechung belasten.

Überprüfen Sie immer alle drei Spezifikationen. Ein Gerät, das für Ihre Spannung, aber für die falsche Gebrauchskategorie ausgelegt ist, kann ausfallen, selbst wenn die Ue perfekt übereinstimmt.

Was ist Ui (Bemessungsisolationsspannung)?

Ui Problem ist die Bemessungsisolationsspannung– die Spannungsreferenz, die zur Bestimmung der dielektrischen Prüfpegel und Mindestkriechstrecken verwendet wird. Im Gegensatz zu Ue (die die Betriebsleistung beschreibt) definiert Ui die Isolationsfähigkeit des Geräts. Es ist keine zulässige Betriebsspannung; es ist eine Auslegungsreferenz, die eine ausreichende Isolationsfestigkeit gewährleistet.

Die Grundregel: Ue darf Ui niemals überschreiten. Gerätedatenblätter zeigen diese Beziehung explizit – ein Schütz mit der Nennspannung Ue 400V zeigt typischerweise Ui 690V oder 800V, was bedeutet, dass er bei jeder Spannung bis zu 400V betrieben werden kann, während die Isolierung für 690V- oder 800V-Belastungspegel ausgelegt ist.

Was Ui tatsächlich testet: Dielektrische Festigkeit

Ui bestimmt die Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung Spannung. Dieser Test überprüft, ob die Isolierung einer anhaltenden elektrischen Beanspruchung ohne Durchschlag standhalten kann:

• Prüfspannung: Typischerweise 2 × Ui + 1000V für Geräte mit Ui ≤ 690V (gemäß IEC 60947-1)
• Testdauer: 60 Sekunden (1 Minute anhaltende AC-Spannung)
• Prüffrequenz: 50 Hz oder 60 Hz AC (Netzfrequenz)
• Bestehenskriterien: Keine störenden Entladungen, kein Durchschlag, Kriechstrom innerhalb der angegebenen Grenzen

Beispielsweise werden Klemmenblöcke mit der Nennspannung Ui 690V einer dielektrischen Prüfung bei etwa 2.380V AC für eine Minute unterzogen. Dies simuliert jahrelange Isolationsalterung und -beanspruchung, die in einem einzigen kontrollierten Test zusammengefasst werden.

Warum Ui Ue übersteigt: Die Sicherheitsmarge

Elektrische Geräte sind über die Nennwerte hinausgehenden Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt:

• Transiente Überspannungen: Schalthandlungen, Kondensatorbatteriebetrieb
• Systemspannungsschwankungen: Netzschwankungen, Generatorregelungsprobleme
• Isolationsalterung: Feuchtigkeit, Verschmutzung und thermische Zyklen verschlechtern die Isolation mit der Zeit
• Sicherheitsmarge: IEC-Normen fordern eine Isolierung, die für eine höhere Beanspruchung als die Betriebsspannung ausgelegt ist

: Ein 400-V-System sieht selten kontinuierlich genau 400 V. Die Spannung kann unter normalen Bedingungen um ±10 % schwanken, und transiente Ereignisse treiben sie höher. Die Spezifizierung von Geräten mit einem Ui, der deutlich über Ue liegt, gewährleistet die Integrität der Isolation während der gesamten Lebensdauer des Geräts.

: Ui- und Kriechstreckenanforderungen

: Ui bestimmt direkt das Minimum : Kriechstrecken: – der kürzeste Weg zwischen leitfähigen Teilen, gemessen entlang der Isolieroberfläche. Die Tabellen in IEC 60664-1 legen die erforderlichen Kriechstrecken fest auf der Grundlage von:

• Bemessungsisolationsspannung (Ui)
• Grad der Verschmutzung : (Verschmutzungsgrad: sauber, normal, leitfähig)
• : Isolierstoffgruppe : (Kriechstromfestigkeit: I, II, IIIa, IIIb)

: Höhere Ui-Werte erfordern größere Kriechstrecken. Klemmenblöcke für Ui 1000 V benötigen deutlich mehr Abstand als Ui 400 V-Blöcke, selbst wenn beide im selben 400 V-System betrieben werden. Dies wirkt sich auf die physische Größe und die Anschlussdichte aus.

: Übliche Ui-Werte

: Standard-Ui-Nennwerte für Niederspannungsgeräte:

• : 300V: Leichtsteuerkomponenten, Niederspannungsanwendungen
• : 500V / 690V: Am gebräuchlichsten für industrielle MCCBs, Schütze, Relais in 400V/480V-Systemen
• : 800V / 1000V: Höhere Isolation für anspruchsvolle Anwendungen, erweiterter Spannungsbereich

: Vergewissern Sie sich immer, dass die ausgewählten Geräte einen Ui ≥ Ihrer maximal erwarteten Systemspannung aufweisen. Für ein 480-V-System bietet die Wahl von Komponenten mit Ui 500 V nur eine minimale Marge; Ui 690 V oder 800 V bietet eine bessere langfristige Zuverlässigkeit.

: Was ist Uimp (Bemessungs-Stoßspannungsfestigkeit)?

Uimp Problem ist die : Bemessungs-Stoßspannungsfestigkeit: – der Spitzenspannungswert, dem ein Gerät standhalten kann, wenn es standardisierten transienten Überspannungsstößen ohne Isolationsfehler ausgesetzt wird. Während Ui die dielektrische Festigkeit bei Netzfrequenz prüft, validiert Uimp die Fähigkeit des Geräts, schnelle, hochenergetische Überspannungen durch Blitzeinschläge, Schaltvorgänge und Netzstörungen zu überstehen.

: Uimp wird in Kilovolt (kV) Spitze ausgedrückt und verwendet eine standardisierte Stoßwellenform: : 1,2/50 μs : (1,2 Mikrosekunden Anstiegszeit bis zum Peak, 50 Mikrosekunden Abklingzeit bis zum halben Wert). Diese Wellenform simuliert die elektrische Signatur von blitzinduzierten Überspannungen und Schalttransienten.

: Was Uimp tatsächlich testet: Störfestigkeit

: Der Stoßspannungsfestigkeitstest setzt Geräte transienten Hochspannungsimpulsen aus:

• : Testwellenform: 1,2/50 μs Spannungsimpuls (IEC-Standardform)
• Prüfspannung: Der deklarierte Uimp des Geräts (6 kV, 8 kV, 12 kV usw.)
• Testverfahren: Mehrere Impulse mit beiden Polaritäten (positiv und negativ)
• : Intervall zwischen den Impulsen: Mindestens 1 Sekunde
• Bestehenskriterien: Kein Überschlag, kein Isolationsdurchschlag, keine Verschlechterung der Luft- und Kriechstrecken

: Bei einem Leistungsschalter mit einer Nenn-Uimp von 8 kV wenden Testingenieure wiederholt 8.000-Volt-Spitzenimpulse an, um zu überprüfen, ob die internen Luft- und Kriechstrecken und die Isolation diesen transienten Beanspruchungen ohne Ausfall standhalten.

: Die Verbindung zur Überspannungskategorie

: Uimp-Werte sind nicht willkürlich – sie sind koordiniert mit : Überspannungskategorien : definiert in IEC 60664-1. Diese Kategorien klassifizieren Installationen nach ihrer Anfälligkeit für transiente Überspannungen:

• Kategorie I: Geräte mit reduzierter transienter Belastung (geschützte elektronische Schaltungen)
• Kategorie II: Geräte und tragbare Geräte (typische Wohnlasten)
• Kategorie III: Feste Installationen (Verteilertafeln, Industriemaschinen)
• Kategorie IV: Ursprung der Installation (Serviceeingang, Stromzähler, Freileitungen)

: Höhere Kategorien sind stärkeren Transienten ausgesetzt. Die Tabellen in IEC 60664-1 ordnen die Nennspannungen des Systems den erforderlichen Stoßspannungsfestigkeitspegeln für jede Kategorie zu. Für ein 400-V-Drehstromsystem:

• Kategorie II: Uimp 2,5 kV typisch
• Kategorie III: Uimp 6 kV typisch
• Kategorie IV: Uimp 8 kV typisch

: Industrieanlagen, die in festen Verteilungssystemen (Kategorie III) installiert sind, benötigen eine höhere Uimp als Geräte, die in Steckdosen gesteckt werden (Kategorie II), obwohl beide mit der gleichen Nennspannung betrieben werden.

: Typische Uimp-Werte für Industrieanlagen

: Standard-Uimp-Nennwerte für Niederspannungsschaltanlagen und Steuergeräte:

• : 4 kV: Anwendungen mit niedrigerer Kategorie, Geräte für den Wohnbereich
• : 6 kV: Üblich für MCCBs im Haushalt/Wohnbereich, Geräte der Kategorie II/III
• : 8 kV: Standard für industrielle MCCBs, Schütze, feste Installationen der Kategorie III/IV
• : 12 kV: Anspruchsvolle industrielle Anwendungen, Geräte in Versorgungsqualität, Standorte mit hoher Exposition

: Datenblätter von Geräten zeigen typischerweise Uimp-Werte an, die der beabsichtigten Installationskategorie entsprechen. Industrielle Komponenten sind standardmäßig auf 8 kV oder höher ausgelegt, während Produkte für den Wohnbereich 4-6 kV aufweisen können.

: Warum Uimp wichtig ist: Reale Überspannungsereignisse

: Elektrische Systeme sind regelmäßig transienten Überspannungen ausgesetzt:

• Blitzeinschläge: Direkte oder nahegelegene Einschläge induzieren Hochspannungsspitzen in Verteilungsnetze
• : Schaltvorgänge: Das Öffnen/Schließen großer Lasten, Kondensatorbatterien oder Transformatoren erzeugt Spannungsspitzen
• Netzfehler: Fehlerbeseitigungs- und Wiedereinschaltvorgänge erzeugen Transienten
• Motorstart: Das Schalten induktiver Lasten erzeugt lokale Spannungsspitzen

Geräte mit unzureichender Uimp fallen unvorhersehbar aus – manchmal unmittelbar nach einem Gewitter, manchmal nachdem kumulative Stoßspannungsbeschädigungen die Isolierung über Monate hinweg schwächen. Die korrekte Uimp-Spezifikation stellt sicher, dass Geräte die transienten Umgebungsbedingungen überstehen, die für ihren Installationsort und ihre Kategorie spezifisch sind.

Hauptunterschiede: Ue vs. Ui vs. Uimp

Diese drei Spannungsnennwerte messen grundlegend unterschiedliche elektrische Beanspruchungen. Das Verständnis ihrer Unterschiede verhindert Spezifikationsfehler und hilft Ihnen, Geräte an die tatsächlichen Betriebsbedingungen anzupassen.

Betrieb vs. Isolation vs. Stoßspannung: Unterschiedliche Fragen

Jeder Nennwert beantwortet eine spezifische Designfrage:

• Ue (Betriebsspannung): “Welche Systemspannung kann dieses Gerät unter normalen, kontinuierlichen Bedingungen betreiben?”
• Ui (Isolationsspannung): “Welche Spannungsreferenz bestimmt die Isolationsfestigkeit und die Kriechstrecken dieses Geräts?”
• Uimp (Bemessungs-Stoßspannungsfestigkeit): “Welche maximale transiente Spannung kann dieses Gerät ohne Isolationsdurchschlag überstehen?”

Sie sind komplementär, nicht austauschbar. Sie können Ui nicht durch Ue ersetzen, und eine hohe Uimp kompensiert keine unzureichende Ue. Alle drei müssen mit Ihren Anwendungsanforderungen übereinstimmen.

Unterschiede in den Testmethoden

Bewertung	Test Typ	Prüfspannung	Dauer	Was validiert wird
上	Betriebsleistungsprüfungen	Systemnennspannung	Tausende von Zyklen	Schaltvermögen, Lebensdauer, Temperaturerhöhung
Ui	Dielektrische Festigkeit bei Netzfrequenz	~2 × Ui + 1000 V AC	60 Sekunden	Isolationsintegrität gegen anhaltende Wechselspannungsbeanspruchung
Uimp	Stoßspannungsprüfung	Bemessungs-Stoßspannung kV Spitze	Mikrosekunden (mehrere Schüsse)	Angemessener Abstand gegen schnelle transiente Stoßspannungen

Ui-Tests verwenden 50/60 Hz AC, die für eine Minute aufrechterhalten wird – eine langsame, schleifende Beanspruchung der Isolierung. Uimp-Tests verwenden 1,2/50 μs-Impulse – schnelle, scharfe Spannungsspitzen, die Abstände und Luftspalte unterschiedlich beanspruchen. Das Bestehen eines Tests garantiert nicht das Bestehen des anderen.

Spannungsgrößenverhältnisse

Typische Geräte zeigen eine bestimmte Spannungshierarchie:

Ue ≤ Ui < Uimp

Beispiel: Ein industrieller MCCB für ein 400-V-System könnte Folgendes aufweisen:

• Ue = 400 V (Betriebsspannung entspricht dem System)
• Ui = 690 V (Isolierung für höhere Beanspruchung ausgelegt)
• Uimp = 8 kV (Stoßspannungsfestigkeit für Installationen der Kategorie III)

Beachten Sie die Größenordnung: Ue und Ui liegen im Hunderter-Volt-Bereich, während Uimp auf Tausende von Volt springt. Dies spiegelt die unterschiedliche Natur von transienten Stoßspannungen im Vergleich zum stationären Betrieb wider.

Welche Nennspannung bestimmt welche Entscheidung?

Unterschiedliche Spezifikationsentscheidungen hängen von unterschiedlichen Nennwerten ab:

Verwenden Sie Ue, um Folgendes zu bestimmen:

• Systemkompatibilität (entspricht das Gerät Ihrer Nennspannung?)
• Stromstärkenkoordination (Ie-Werte, die bei bestimmten Ue-Pegeln angegeben werden)
• Anwendbarkeit der Gebrauchskategorie (AC-3, AC-23 usw.)
• Parallele/serielle Konfigurationen (Überlegungen zur Spannungsverteilung)

Verwenden Sie Ui, um Folgendes zu überprüfen:

• Angemessene Isolationssicherheitsmarge (Ui sollte Ue deutlich überschreiten)
• Einhaltung der Kriechstreckenanforderungen für den Verschmutzungsgrad
• Langfristige Isolationszuverlässigkeit in Ihrer Umgebung
• Geräteeignung über Spannungsbereiche (ein Gerät, mehrere Anwendungen)

Verwenden Sie Uimp, um Folgendes sicherzustellen:

• Transienter Überspannungsschutz für die Überspannungskategorie der Installation
• Koordination mit vorgeschalteten Überspannungsschutzgeräten
• Angemessene Abstandsgestaltung für Standorte mit hoher Exposition
• Einhaltung der Normen zur Isolationskoordination (IEC 60664-1)

IEC-Normen und Prüfanforderungen

Die drei Spannungsnennwerte sind keine willkürlichen Herstellerangaben – sie unterliegen strengen internationalen IEC-Normen, die Prüfverfahren, Mindestleistungskriterien und Dokumentationsanforderungen definieren.

IEC 60947-Reihe: Niederspannungs-Schaltgeräte und Steuergeräte

Die IEC 60947-Reihe bildet die Grundlage für Spannungsnennwertdefinitionen über MCCBs, Schütze, Relais, Motorstarter und Steuergeräte:

• IEC 60947-1: Allgemeine Regeln zur Festlegung der Definitionen von Ue, Ui, Uimp, Anforderungen an die Isolationskoordination und Prüfverfahren, die für alle Niederspannungsschaltanlagen gelten
• IEC 60947-2: Spezifische Anforderungen für Leistungsschalter (MCCBs, ACBs), einschließlich Kurzschlussausschaltvermögen, Selektivitätskategorien und Spannungsanwendung
• IEC 60947-4-1: Schütze und Motorstarter, Definition von Gebrauchskategorien (AC-3, AC-4 usw.) und wie Ue mit der Motorschaltfähigkeit zusammenhängt
• IEC 60947-5-1: Steuerstromkreisgeräte und Schaltelemente (Endschalter, Wahlschalter, Drucktaster)

Alle Teile beziehen sich auf IEC 60947-1 für grundlegende Spannungsfestlegungen und fügen dann produktspezifische Prüfdetails hinzu.

IEC 60947-7-1: Reihenklemmen für Kupferleiter

Reihenklemmen folgen verwandten Normen:

• IEC 60947-7-1: Definiert Temperaturerhöhung, Spannungsfestigkeit (Validierung von Ui), Kurzzeitstromfestigkeit und Stoßspannungsprüfungen (Validierung von Uimp) für Reihenklemmen
• Die Prüfung umfasst: Netzfrequenz-Spannungsfestigkeitsprüfung (60 Sekunden bei Prüfspannung, abgeleitet von Ui) und Stoßspannungsprüfung (1,2/50 μs Wellenform bei Nenn-Uimp)

Reihenklemmen verwenden den gleichen grundlegenden Ui- und Uimp-Rahmen wie MCCBs und Schütze, wodurch die Konsistenz der Isolationskoordination über alle Schalttafelkomponenten hinweg gewährleistet wird.

IEC 60664-1: Isolationskoordination in Niederspannungssystemen

IEC 60664-1 enthält die technischen Tabellen, die die Systemspannung mit den erforderlichen Uimp und Luftstrecken verbinden:

• Überspannungskategorien (I bis IV) klassifizieren die Exposition der Installation gegenüber Transienten
• Verschmutzungsgrade (1 bis 4) klassifizieren die Umweltverschmutzungsgrade
• Bemessungs-Stoßspannungstabellen: Ordnen Sie die Nennsystemspannung und die Überspannungskategorie der minimal erforderlichen Uimp zu
• Luft- und Kriechstreckentabellen: Geben Sie die minimalen Luft- und Oberflächenabstände basierend auf Ui, Verschmutzungsgrad und Isolierstoffgruppe an

Ingenieure verwenden IEC 60664-1, um zu bestimmen, welche Uimp und Luftstrecken ihre Anwendung erfordert, und wählen dann Geräte mit Datenblättern aus, die angemessene Nennwerte aufweisen.

IEC 61810-1: Elektromechanische Relais

Elektromechanische Relais folgen ihrer eigenen Norm, verwenden aber identische Konzepte für die Spannungsfestigkeit:

• IEC 61810-1: Definiert Ue (Schaltspannung), Ui (Isolationsspannung) und Uimp (Stoßspannungsfestigkeit) für Relaiskontakte und -spulen
• Testverfahren: Netzfrequenz-Spannungsfestigkeitsprüfungen und Stoßspannungsprüfungen spiegeln die Methodik der IEC 60947-1 wider

Ein Relais mit den Nennwerten Ue 400V, Ui 690V, Uimp 6 kV verwendet den gleichen Interpretationsrahmen wie ein MCCB mit diesen Nennwerten – nur der Produkttyp unterscheidet sich.

Baumusterprüfung vs. Stückprüfung

Die Validierung der Spannungsfestigkeit umfasst zwei Prüfungsstufen:

Typprüfung (einmal pro Design durchgeführt):

• Umfassende Validierung einschließlich Spannungsfestigkeit, Stoßspannungsprüfungen, Temperaturerhöhung, Lebensdauerzyklen
• Durchführung an repräsentativen Mustern in akkreditierten Prüflaboratorien
• Ergebnisse werden in Baumusterprüfberichten dokumentiert und in Datenblättern veröffentlicht
• Teuer, zeitaufwendig – Hersteller wiederholen dies nicht für jede Produktionseinheit

Routineprüfung (wird an jeder Einheit oder Produktionscharge durchgeführt):

• Grundlegende Überprüfung: Sichtprüfung, Maßkontrolle, vereinfachte Spannungsfestigkeitsprüfung (niedrigere Spannung, kürzere Dauer)
• Gewährleistet die Fertigungskonsistenz, ohne die vollständige Baumusterprüfung zu wiederholen
• Schnelle, kostengünstige Qualitätskontrolle

Wenn Sie ein Datenblatt mit Ue, Ui und Uimp lesen, stellen diese Werte eine baumustergeprüfte, zertifizierte Leistung dar. Die Stückprüfung bestätigt, dass jede Produktionseinheit dem baumustergeprüften Design entspricht.

Praktischer Leitfaden zur Auswahl: Korrekte Verwendung von Spannungsfestigkeiten

Die Auswahl von Geräten mit geeigneten Spannungsfestigkeiten erfordert einen systematischen Ansatz. Befolgen Sie diesen Entscheidungsrahmen, um die Nennwerte an Ihre Installationsanforderungen anzupassen.

Schritt 1: Ermitteln Sie Ihre Nennspannung des Systems

Beginnen Sie mit grundlegenden Systemfakten:

• Einphasige Systeme: 120V, 230V, 240V AC
• Dreiphasensysteme: 208V, 380V, 400V, 415V, 480V, 600V, 690V AC
• DC-Systeme: 24V, 48V, 110V, 220V DC (üblich in Steuerungs-/Batterieanwendungen)

Dies ist Ihre Mindestanforderung an Ue. Geräte mit einem Ue-Wert, der niedriger als Ihre Systemspannung ist, dürfen nicht verwendet werden; Geräte mit einem Ue-Wert, der gleich oder höher als die Systemspannung ist, sind aus betriebsspannungstechnischer Sicht akzeptabel.

Schritt 2: Bestimmen Sie die Überspannungskategorie der Installation

Konsultieren Sie IEC 60664-1 oder lokale Elektrovorschriften, um Ihre Installation zu klassifizieren:

Kategorie I: Empfindliche elektronische Geräte mit lokalem Überspannungsschutz (selten in industriellen Anwendungen)

Kategorie II: Geräte- und Steckdosenstromkreise, tragbare Geräte in mindestens 10 Metern Entfernung von Quellen der Kategorie III (Wohn-, leichte Gewerbebereiche)

Kategorie III: Feste Geräte in Gebäuden, Verteilerfelder, Industriemaschinen (häufigste industrielle Anwendung)

Kategorie IV: Ursprung der Installation, Hauseinführungseinrichtungen, Stromzähler, Freileitungen

Ihre Installationskategorie bestimmt die minimal erforderliche Uimp. Für ein 400V-System:

• Kategorie II → Uimp ≥ 2,5 kV
• Kategorie III → Uimp ≥ 6 kV (oft als 8 kV für eine bessere Marge angegeben)
• Kategorie IV → Uimp ≥ 8 kV

Schritt 3: Bewertung des Umweltverschmutzungsgrades

Bewertung der Verschmutzungsgrade gemäß IEC 60664-1:

• Verschmutzungsgrad 1: Saubere Umgebungen, abgedichtete Gehäuse (selten)
• Verschmutzungsgrad 2: Normale Innenraumbedingungen, nur nichtleitende Verschmutzung (die meisten Schaltschränke)
• Verschmutzungsgrad 3: Leitfähige Verschmutzung oder trockene, nichtleitende Verschmutzung, die bei Feuchtigkeit leitfähig wird (industrielle Umgebungen, Außeninstallationen)
• Verschmutzungsgrad 4: Anhaltende leitfähige Verschmutzung durch Regen, Schnee oder starke Verunreinigung

Höhere Verschmutzungsgrade erfordern Geräte mit größeren Kriechstrecken, was höhere Ui-Werte für die gleiche Luftstreckenfestigkeit bedeutet. Ein 400-V-System im Verschmutzungsgrad 3 benötigt größere Kriechstrecken als die gleiche Spannung im Grad 2.

Schritt 4: Auswahl von Geräten mit Ui mit ausreichendem Spielraum

Allgemeine Regel: Geräte mit einem Ui-Wert von mindestens dem 1,5-fachen der Nennspannung Ihres Systems, vorzugsweise höher, spezifizieren.

Für gängige Systeme:

• 400V Drehstromsystem: Ui ≥ 690V spezifizieren (1,73× Spielraum)
• 480V Drehstromsystem: Ui ≥ 690V oder 800V spezifizieren
• 230V Einphasensystem: Ui ≥ 400V oder 500V spezifizieren

Dieser Spielraum berücksichtigt Spannungsschwankungen, transiente Überspannungen und die Alterung der Isolierung über die Lebensdauer des Geräts.

Schritt 5: Überprüfen, ob Uimp der Installationskategorie entspricht

Gegenprüfung der Gerätedatenblätter mit Ihrer Installationskategorie aus Schritt 2:

• Sicherstellen, dass der deklarierte Uimp-Wert ≥ dem IEC 60664-1-Mindestwert für Ihre Systemspannung und -kategorie entspricht
• Industrielle Festinstallationen (Kategorie III) benötigen typischerweise einen Uimp-Wert von mindestens 6-8 kV
• Nicht zu niedrig spezifizieren, um Kosten zu sparen – Stoßspannungsfehler sind unvorhersehbar und teuer

Schritt 6: Validierung der Nennströme bei ausgewähltem Ue

Die Nennströme der Geräte (Ie, In) werden bei bestimmten Ue-Werten angegeben. Stellen Sie sicher, dass:

• Der Nennstrom für Ihre Last ausreichend ist bei dem angegebenen Ue-Wert
• Wenn das Gerät mehrere Ue-Optionen auflistet, prüfen Sie, ob der Strom bei der von Ihnen gewählten Spannung nicht reduziert wird
• Insbesondere Schütze weisen bei höheren Ue-Werten einen reduzierten Ie-Wert auf – gehen Sie nicht davon aus, dass der Strom konstant bleibt

Schritt 7: Dokumentation der Auswahl zur Konformitätsprüfung

Führen Sie eine Spezifikationsaufzeichnung, die Folgendes zeigt:

• Systemnennspannung und Installationskategorie
• Ausgewählte Geräte Ue-, Ui-, Uimp-Werte
• Verschmutzungsgrad und erforderliche Kriechstrecken
• Begründung für Abweichungen von der Standardpraxis

Diese Dokumentation unterstützt Genehmigungsprozesse, Inspektionsprüfungen und zukünftige Wartungs-/Ersatzentscheidungen.

Zusammenfassung des Entscheidungsablaufdiagramms

1. Systemspannung → Definiert minimales Ue
2. Kategorie Installation (IEC 60664-1) → Definiert minimales Uimp
3. Grad der Verschmutzung + Spannung → Definiert erforderliche Kriechstrecke (validiert Ui-Auswahl)
4. Lastcharakteristiken + 上 → Definiert erforderliches Ie und Nutzungskategorie
5. Gegenprüfung aller Nennwerte → Stellt sicher, dass Ue ≤ Ui, Uimp ausreichend, Strom ausreichend

Wenn ein Nennwert grenzwertig oder unklar ist, spezifizieren Sie den nächsthöheren Standardnennwert. Der Kostendifferenz ist minimal im Vergleich zu Ausfällen im Feld und Notfallersatz.

Häufige Spezifikationsfehler, die Sie vermeiden sollten

Selbst erfahrenen Ingenieuren unterlaufen Fehler bei der Spannungsfestigkeit, wenn sie unter Zeitdruck arbeiten oder mit unbekannten Gerätetypen zu tun haben. Hier sind die häufigsten Fehler und wie man sie vermeidet.

Fehler 1: Nur Ue verwenden und Ui/Uimp ignorieren

Fehler: Spezifizieren von Geräten, die ausschließlich auf der Übereinstimmung von Ue mit der Systemspannung basieren, ohne Ui und Uimp zu überprüfen.

Warum es falsch ist: Ue bestätigt die Betriebskompatibilität, sagt aber nichts über die Isolationsfestigkeit oder die Stoßspannungsfestigkeit aus. Geräte mit korrektem Ue, aber unzureichendem Uimp fallen nach transienten Ereignissen unvorhersehbar aus.

Korrekter Ansatz: Überprüfen Sie immer alle drei Nennwerte. Für ein 400-V-System prüfen Sie, ob Ue ≥ 400V und Ui ≥ 690V und Uimp ≥ 6-8 kV (abhängig von der Installationskategorie).

Fehler 2: Ui als maximale Betriebsspannung behandeln

Fehler: Annahme, dass Geräte mit einem Nennwert von Ui 690V kontinuierlich mit 690V betrieben werden können.

Warum es falsch ist: Ui ist eine Isolationsreferenzspannung, keine Betriebsgrenze. Die Grundregel lautet Ue ≤ Ui – die Betriebsspannung darf den angegebenen Ue-Wert nicht überschreiten, unabhängig vom Ui-Wert.

Korrekter Ansatz: Passen Sie die Systemspannung an Ue an, nicht an Ui. Wählen Sie für ein 690-V-System Geräte mit einem Nennwert von Ue 690V (oder höher) mit Ui 800V oder 1000V. Verwenden Sie keine Geräte mit einem Nennwert von Ue 400V, nur weil ihr Ui-Wert 690V beträgt.

Fehler 3: Übersehen der Installationskategorie bei der Auswahl von Uimp

Fehler: Spezifizieren von Geräten in Wohnqualität (Uimp 4-6 kV) für industrielle Festinstallationen (Kategorie III).

Warum es falsch ist: IEC 60664-1 erfordert einen höheren Uimp-Wert für Installationen, die näher am Ursprung der Stromversorgung liegen. Industrielle Umgebungen der Kategorie III sind stärkeren Transienten ausgesetzt als Geräteanschlüsse der Kategorie II. Geräte mit unzureichendem Uimp erleiden eine kumulative Isolationsverschlechterung und unerwartete Ausfälle.

Korrekter Ansatz: Bestimmen Sie zuerst die Installationskategorie und wählen Sie dann Geräte mit dem entsprechenden Uimp-Wert aus. Spezifizieren Sie für die meisten industriellen Anwendungen (Kategorie III) Uimp ≥ 8 kV. Verwenden Sie für die Serviceeingangsausrüstung (Kategorie IV) Uimp ≥ 12 kV.

Fehler 4: Die Auswirkungen des Verschmutzungsgrades auf die Kriechstrecke ignorieren

Fehler: Auswahl von Geräten, die nur auf Spannungsangaben basieren, ohne die Umweltverschmutzung zu berücksichtigen.

Warum es falsch ist: Höhere Verschmutzungsgrade erfordern größere Kriechstrecken zwischen leitfähigen Teilen. Geräte, die für den Verschmutzungsgrad 2 (sauberer Schaltschrank) geeignet sind, können für den Grad 3 (industrielle Umgebung mit Staub/Feuchtigkeit) unzureichende Kriechstrecken aufweisen. Dies führt zu Kriechstrombildung und Überschlägen.

Korrekter Ansatz: Beurteilen Sie die Umgebung ehrlich (die meisten Industriestandorte haben Grad 3, nicht Grad 2) und wählen Sie dann Geräte mit ausreichender Ui und verifizierten Kriechstrecken für Ihren Verschmutzungsgrad aus. Spezifizieren Sie im Zweifelsfall die nächsthöhere Ui-Nennspannung, um einen ausreichenden Abstand zu gewährleisten.

Fehler 5: Annahme, dass Stromstärken spannungsunabhängig sind

Fehler: Auswahl eines Schalters mit einer Nennstromstärke Ie von 95 A bei Ue 400 V und Erwartung der gleichen 95 A Leistung bei Ue 690 V.

Warum es falsch ist: Höhere Spannungen beanspruchen die Lichtbogenunterbrechung des Kontakts stärker. Schütze und Schalter weisen typischerweise eine reduzierte Strombelastbarkeit bei höheren Spannungen auf. Datenblätter listen mehrere Ue/Ie-Kombinationen auf – der Ie-Wert sinkt mit steigendem Ue-Wert.

Korrekter Ansatz: Lesen Sie immer die Stromstärken bei Ihrer spezifischen Betriebsspannung ab. Wenn Sie für einen 690-V-Betrieb auslegen, verwenden Sie den Ie-Wert, der bei Ue 690 V angegeben ist, und nicht den (höheren) Wert, der bei Ue 400 V angegeben ist.

Fehler 6: Mischen von Geräten für Wohn- und Industrieanwendungen

Fehler: Spezifizieren von MCCBs für Wohngebäude (Nennwert Uimp 6 kV) in industriellen Schalttafeln, um Kosten zu sparen.

Warum es falsch ist: Geräte für Wohngebäude werden für Anwendungen der Kategorie II mit geringerer transienter Belastung geprüft und zertifiziert. Industrielle Umgebungen (Kategorie III/IV) überschreiten den Auslegungsbereich von Geräten für Wohngebäude. Das Mischen von Komponenten für Wohn- und Industrieanwendungen führt zu Koordinationslücken und Compliance-Problemen.

Korrekter Ansatz: Passen Sie die Geräteklasse an die Installationsart an. Verwenden Sie industrietaugliche Komponenten (Uimp mindestens 8 kV) für Fabrik-, Anlagen- und feste Gebäudeinstallationen. Reservieren Sie Geräte für Wohngebäude (Uimp 4-6 kV) für tatsächliche Wohnanwendungen.

Fehler 7: Vergessen, die Nennwerte von Ersatzgeräten zu überprüfen

Fehler: Ersetzen von ausgefallenen Geräten durch “äquivalente” Geräte, die mit den Stromstärken übereinstimmen, aber niedrigere Spannungsnennwerte aufweisen.

Warum es falsch ist: Die Originalausrüstung wurde aus gutem Grund mit vollständigen Spannungsnennwerten (Ue, Ui, Uimp) spezifiziert. Ersatzgeräte mit unzureichender Ui oder Uimp passen möglicherweise physisch und funktionieren zunächst, fallen aber unter elektrischer Belastung vorzeitig aus.

Korrekter Ansatz: Dokumentieren Sie die Spezifikationen der Originalausrüstung einschließlich aller Spannungsnennwerte. Stellen Sie sicher, dass die Ersatzgeräte alle drei Nennwerte (Ue, Ui, Uimp) erfüllen oder übertreffen, nicht nur die Strombelastbarkeit und die physischen Abmessungen.

Fazit

Ue, Ui und Uimp sind nicht drei Arten, dasselbe auszudrücken. Es handelt sich um drei verschiedene Messungen, die unterschiedliche elektrische Belastungen berücksichtigen: Betriebsvermögen (Ue), Isolationsfestigkeit (Ui) und Stoßspannungsfestigkeit (Uimp). Die Geräteauswahl erfordert die Bewertung aller drei Werte anhand Ihrer Systemspannung, Installationskategorie und Umgebungsbedingungen.

Die Eingangsfrage – welcher MCCB passt zu einem 400-V-System, wenn einer “Ue 400V, Ui 690V, Uimp 8kV” und ein anderer “Ue 690V, Ui 800V, Uimp 6kV” anzeigt – hat nun eine klare Antwort. Der erste MCCB entspricht Ihrer Betriebsspannung (Ue 400V) mit angemessener Isolationsreserve (Ui 690V) und industrietauglicher Stoßspannungsfestigkeit (Uimp 8 kV), die für Installationen der Kategorie III geeignet ist. Der zweite ist für die Betriebsspannung überspezifiziert (Ue 690V übersteigt Ihren 400V-Bedarf) und für den Überspannungsschutz unterdimensioniert (Uimp 6 kV ist für industrielle Kategorie III grenzwertig). Das erste Gerät ist die richtige Wahl.

Eine ordnungsgemäße Spezifikation bedeutet eine systematische Bewertung: Identifizieren Sie die Systemspannung, um die minimale Ue zu bestimmen, klassifizieren Sie die Installationskategorie, um die erforderliche Uimp zu definieren, beurteilen Sie den Verschmutzungsgrad, um die Ui und die Kriechstrecken zu validieren, und überprüfen Sie die Stromstärken bei Ihrer Betriebsspannung. Wenn die Nennwerte grenzwertig sind, spezifizieren Sie den nächsthöheren Standardwert – die Überspezifizierung der Spannungsnennwerte kostet weitaus weniger als vorzeitige Ausfälle und Notfallersatz.

Am wichtigsten ist, dass Sie Ihre Auswahl dokumentieren. Gerätedatenblätter mit Ue, Ui und Uimp stellen eine geprüfte, zertifizierte Leistung dar. Diese drei Zahlen geben Ihnen Auskunft darüber, ob ein Gerät dem vollständigen elektrischen Belastungsprofil Ihrer Anwendung gewachsen ist – nicht nur dem heutigen stationären Betrieb, sondern auch jahrelangen Spannungsschwankungen, Umweltverschmutzungen und transienten Überspannungen. Lesen Sie sie richtig, spezifizieren Sie sie sorgfältig, und Ihre elektrischen Systeme werden die zuverlässige Leistung erbringen, die diese Standards versprechen.