Rückwirkungsfreie Busklemmen

Einsatz von rückwirkungsfreien Bus- bzw. EtherCAT-Klemmen in Sicherheitsanwendungen Bezeichnet man eine Bus- bzw. EtherCAT-Klemme als rückwirkungsfrei, versteht man darunter das passive Verhalten der nachgeschalteten Klemme in einer Sicherheitsanwendung (z. B. bei allpoliger Abschaltung einer Potenzialgruppe). Die Klemmen stellen hier keinen aktiven Teil der Sicherheitssteuerung dar und beeinflussen nicht den in der sicherheitstechnischen Anwendung erreichten Sicherheits-Integritätslevel (SIL) bzw. Performance Level (PL). Beachten Sie bitte hierzu im Applikationshandbuch TwinSAFE Kapitel „Allpolige Abschaltung einer Potentialgruppe mit nachgeschalteten rückwirkungsfreien Standardklemmen (Kategorie 4, PL e)“ und folgende.

In den folgenden Tabellen sind die zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Dokumentation als rückwirkungsfrei geltenden Klemmen mit den entsprechenden Hardwareständen aufgelistet:

EL-Klemmen

Externe Beschaltung

Die folgenden Anforderungen sind durch den Anlagenbauer sicherzustellen und müssen in die Anwenderdokumentation aufgenommen werden.

• Schutzklasse IP54
  Zur Sicherstellung der notwendigen Schutzklasse IP54 müssen die Klemmen in IP54-Schaltschränken moniert werden.
• Netzteil
  Zur Versorgung der Standardklemmen mit 24 V muss ein SELV/PELV Netzteil mit einer ausgangsseitigen Spannungsbegrenzung von U_max = 60 V im Fehlerfall verwendet werden.
• Verhinderung von Rückspeisung
  Rückspeisung kann durch unterschiedliche Maßnahmen verhindert werden. Diese werden im Folgenden beschrieben. Neben zwingenden Anforderungen gibt es auch optional auszuwählende Anforderungen, von denen nur eine Option ausgewählt werden muss.
• Kein Schalten von Lasten mit separater Spannungsversorgung
  Es dürfen keine Lasten durch die Standardklemmen geschaltet werden, die über eine eigene Spannungsversorgung verfügen, da hier eine Rückspeisung der Last nicht ausgeschlossen werden kann.
  

Abb.4: Negativbeispiel aktive Last

• Als Negativbeispiel könnte hier das Ansteuern eines STO-Eingangs eines Frequenzumrichters dienen.
  Ausnahmen von dieser allgemeinen Anforderung sind nur erlaubt, wenn der Hersteller der angeschlossenen Last garantiert, dass es zu keiner Rückspeisung auf den Ansteuereingang kommen kann. Dies kann z. B. durch Einhaltung lastspezifischer Normen erreicht werden.
• Option 1: Masserückführung und allpolige Abschaltung
  Die Masseverbindung der angeschlossen Last muss auf die sicher geschaltete Masse zurückgeführt werden.

Abb.5: Masseanschluss der Last richtig (K1) und falsch (K2)

• Wird entweder
  a) die Masse der Last nicht auf die Klemme zurückgeführt oder
  b) die Masse nicht sicher geschaltet sondern permanent verbunden
  
  sind Fehlerausschlüsse bzgl. des Kurzschlusses mit Fremdpotential notwendig, um Kat. 4 PLe nach DIN EN ISO 13849-1:2007 oder SIL3 nach IEC 61508:2010 erreichen zu können (siehe dazu Übersicht in Kapitel „Einfluss der Optionen auf den Sicherheitslevel“).
• Option 2: Fehlerausschluss Leitungskurzschluss
  Ist die Lösungsoption 1 nicht umsetzbar, kann auch auf die Masserückführung und allpolige Abschaltung verzichtet werden, wenn die Gefahr der Rückspeisung aufgrund eines Leitungskurzschlusses durch weitere Maßnahmen ausgeschlossen werden kann. Diese Maßnahmen, welche alternativ umsetzbar sind, werden in den folgenden Unterkapiteln beschrieben.

Abb.6: Fehlerausschluss Kurzschluss durch geschützte Leitungsverlegung

• a) Möglichkeit 1: Lastanschluss durch separate Mantelleitungen
  Das nicht sicher geschaltete Potential der Standardklemme darf nicht zusammen mit anderen potentialführenden Leitungen in derselben Mantelleitung geführt werden. (Fehlerausschluss, siehe DIN EN ISO 13849-2:2013, Tabelle D.4)
• b) Möglichkeit 2: Verdrahtung nur Schaltschrank-intern
  Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Lasten müssen sich im selben Schaltschrank wie die Klemmen befinden. Die Leitungsverlegung verbleibt vollkommen innerhalb des Schaltschrankes. (Fehlerausschluss, siehe DIN EN ISO 13849-2:2013, Tabelle D.4)
• c) Möglichkeit 3: Eigene Erdverbindung pro Leiter
  Alle an die nicht sichere Standardklemme angeschlossenen Leiter sind durch eigene Erdverbindungen geschützt. (Fehlerausschluss, siehe DIN EN ISO 13849-2:2013, Tabelle D.4)
• d) Möglichkeit 4: Verdrahtung dauerhaft (fest) verlegt und gegen äußere Beschädigung geschützt
  Alle an die nicht sicheren Standardklemmen angeschlossenen Leiter sind dauerhaft fest verlegt und z. B. durch einen Kabelkanal oder Panzerrohr gegen äußere Beschädigung geschützt.
• Einfluss der Optionen auf den Sicherheitslevel
  Grundsätzlich sind Standardklemmen in sicher geschalteten Potentialgruppen kein aktiver Teil der Sicherheitssteuerung. Dementsprechend ist der erreichte Sicherheitslevel nur durch die überlagerte Sicherheitssteuerung definiert, d. h. die Standardklemmen werden bei der Berechnung nicht einbezogen! Allerdings kann die Beschaltung der Standardklemmen zu Einschränkungen des maximal erreichbaren Sicherheitslevels führen.
  Je nach gewählter Lösungsoption (siehe Option 1 und Option 2) zur Vermeidung von Rückspeisung und der betrachteten Sicherheitsnorm ergeben sich unterschiedliche maximal erreichbare Sicherheitslevels, welche in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind:

Zusammenfassung der Sicherheitseinstufungen