Een ‘nieuwe’ IEC 60204-1 – maar niemand past hem toe

Door: Dennis van Loon, senior consultant Machine Safety, D&F Consulting BV, TÜV certified Functional Safety Engineer

De ‘nieuwe IEC 60204-1′ is inmiddels alweer de zesde versie van één van de meest gebruikte machineveiligheidsnormen wereldwijd. IEC 60204-1 beschrijft de eisen met betrekking tot de elektrische uitrusting van machines (met uitzondering van handgereedschap) welke moeten leiden tot:

• Veiligheid van personen;
• Consistentie in besturing;
• Bedienings- en onderhoudsgemak.

IEC 60204-1 is van toepassing op de complete elektrische installatie van een machine. Dit wordt beschouwd vanaf het punt waar de binnenkomende voedingskabel kan worden aangesloten op de klemmen of hoofdschakelaar van de machine. De nieuwe versie van IEC 60204-1 is nog niet geharmoniseerd onder de Machine- en laagspanningsrichtlijn, maar kan het zeker geen kwaad om alvast te bekijken wat de nieuwe versie behelst.

Belangrijkste wijzigingen

Behalve tekstuele aanpassingen en het actualiseren van de referenties naar andere normen, hebben de belangrijkste wijzigingen betrekking op:

• applicaties die gebruik maken van ‘Power Drive Systems’ (PDS) zoals frequentieomvormers (met Safe Torque Off);
• de elektromagnetische compatibiliteit (EMC);
• de bepaling van de kortsluitstroom;
• de potentiaalvereffening;
•  de documentatie.

Stopcategorieën en ‘Safe Torque Off’

In de vorige versie van de norm worden al drie ‘stopcategorieën’ gedefinieerd:

• Stopcategorie 0 (stoppen van bewegingen door meteen de voeding (‘power’ in de Engelstalige versie) af te schakelen).
• Stopcategorie 1 (gecontroleerd tot stilstand brengen (aftoeren, remmen, enzovoort) en daarna de voeding afschakelen).
• Stop categorie 2 (gecontroleerd tot stilstand brengen waarbij de energie beschikbaar mag blijven.

Hierbij is het voor een noodstopfunctie alleen toegestaan deze uit te voeren in stopcategorie 0 of 1. Dit zijn beide stop-categorieën waarbij de voeding naar de actuatoren (uiteindelijk) wordt afgeschakeld.

De laatste jaren is er wat discussie ontstaan in welke situaties je gebruik kunt maken van een ‘Safe Torque Off-functie (STO) van een frequentieomvormer. Eén van de discussiepunten is of een STO als een ‘categorie 0-stop mag worden gebruikt’ en komt voort uit de definitie van voeding. Een STO garandeert alleen dat een motor geen koppel/kracht meer kan leveren. Maar dit wil niet zeggen dat er geen spanning meer op de wikkelingen kan staan. Daarom wordt soms aanvullend op de STO ook een (extra) magneetschakelaar in de voeding van de frequentieomvormer geplaatst om zeker te stellen dat ‘de voeding’ daadwerkelijk wordt afgeschakeld.

Het activeren van de STO-functie van een frequentieomvormer mag worden beschouwd als een ‘categorie 0 stop’.

Expliciet

In de nieuwe IEC 60204-1 is nu expliciet opgenomen dat het afschakelen van koppel/kracht beschouwd mag worden als het afschakelen van ‘de voeding’ (power). Hierbij staat concreet aangegeven dat dit kan worden gerealiseerd door een ‘Power Drive System’ zoals een frequentieomvormer met STO. Ook met de vorige versie van de norm zijn mogelijkheden beschikbaar om een werkschakelaar ‘in de stuurstroom’ te schakelen. In lijn hiermee is nu ook het afschakelen van een motor door een frequentieomvormer (PDS) expliciet vermeld als één van de mogelijkheden om te worden gebruikt als beveiliging tegen onverwacht opstarten. Hieraan zijn echter strenge voorwaarden verbonden aangezien het veiligstellen in de stuurstroom met bijvoorbeeld een magneetschakelaar geen scheidingsfunctie vervult. Alleen  korte werkzaamheden zoals inspectie en afstellen zijn in deze situatie toegestaan! Concreet:

Het activeren van de STO-functie van een frequentieomvormer mag worden beschouwd als een ‘categorie 0 stop’ en kan daarmee worden gebruikt om bij een noodstop een beweging te stoppen¹.

¹ Wanneer een beweging bijvoorbeeld een grote massatraagheid heeft, is een categorie 1 stop wenselijk om zo snel mogelijk tot stilstand te komen. Daarna kan eventueel alsnog met een STO-functie de energie naar de motor worden afgeschakeld.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC)

Het onderwerp EMC is niet nieuw in de norm. Ook in de vorige versie zijn eisen aan de elektrische installatie geformuleerd die zijn gerelateerd aan EMC. De installatie moet een bepaalde mate van ongevoeligheid hebben voor ‘stoorsignalen’ van buitenaf en mag zelf niet te veel verstoringen genereren voor de omgeving van de machine. Dit is niet veranderd. De voorheen beschreven maatregelen en ‘best practices’ om de machine aan de EMC-eisen te kunnen laten voldoen, zijn nu opgenomen in een veel uitgebreidere informatieve en praktische bijlage van de norm. Hierin worden onder andere concrete voorbeelden en aansluitprincipes gegeven.

Een belangrijke toevoeging in de nieuwe norm is dat EMC-immuniteits- en emissietesten verplicht worden, tenzij:

• de toegepaste elektrische componenten al voldoen aan de betreffende EMC-eisen voor dat type component (meestal CE-markering op basis van onder andere de EMC-richtlijn 2014/35/EU);
• de elektrische componenten, installatie en bedrading/bekabeling in overeenstemming met de betreffende gebruiksvoorschriften van de fabrikanten van deze componenten zijn gerealiseerd (of wanneer er geen relevante EMC-voorschriften zijn, de maatregelen uit de nieuwe EMC-bijlage zijn toegepast).

Het hoofdstuk met de eisen met betrekking tot potentiaalvereffening is in de nieuwe norm voor een groot gedeelte herschreven.

Kortsluitstroom en overstroombeveiliging

Waar het vaak al wel gebruikelijk was om de kortsluitvastheid (kA-waarde) van een machine te bepalen, is in de nieuwe versie van de norm aangegeven dat de kortsluitstroom met een drietal methoden kan worden bepaald:

• door gebruik te maken van standaard ontwerpregels;
• door kortsluitstroomberekeningen;
• door het uitvoeren van kortsluittesten.

In principe is het toepassen van de IEC 61439-1 (norm voor laagspanningsverdeling) voor de elektrische installatie van een machine volgens de laatste versie van de IEC 60204-1 niet noodzakelijk en dekt IEC 60204-1 alle relevante aspecten van de elektrische installatie in de machine af. Voor het bepalen van de kortsluitvastheid van een installatie wordt nog wel verwezen naar onder andere de IEC 61439-1 als één van de normen die hiervoor zou kunnen worden toegepast.

De update van de norm vereist dat frequentieomvormers moeten zijn voorzien van een beveiliging die de uitgaande voeding automatisch afschakelt wanneer een fout wordt gedetecteerd. Wanneer een frequentieomvormer hier niet in voorziet, zal de fabrikant van de frequentieomvormer in de gebruiksaanwijzing moeten aangeven welke aanvullende maatregelen de gebruiker alsnog moet nemen.

Potentiaalvereffening

Er zijn twee vormen van potentiaalvereffening te onderscheiden namelijk:

• de beschermende potentiaalvereffening (bescherming tegen aanraking van een geleidend deel dat door een fout onder spanning is komen te staan);
• de functionele potentiaalvereffening (bescherming van de (werking van de) machine tegen isolatiefouten, EMC en zoals toegevoegd in de nieuwe norm ook tegen de eventuele invloed van bliksem).

Ondanks dat in de vorige versie van de norm de eisen met betrekking tot potentiaalvereffening al uitgebreid zijn beschreven, is dit hoofdstuk in de nieuwe norm voor een groot gedeelte herschreven. Hierbij is getracht om duidelijker en explicieter te specificeren aan welke eisen moet worden voldaan en welke delen van de machine met welke vereffeningsleiding moet worden verbonden.

Beschermingsketen

De beschermingsketen (ten behoeve van de beschermende potentiaalvereffening) bestaat uit:

• PE-aansluitklemmen;
• de beschermingsleidingen van de uitrusting van de machine met inbegrip van glijcontacten, waar deze deel uitmaken van deze beschermingsketen;
• de aanraakbare geleidende delen en geleidende constructieve delen van de elektrische uitrusting;

Voorheen werd dit overzicht compleet gemaakt met ‘alle vreemde geleidende delen die de structuur van de machine vormen’. In de praktijk bleek dat soms niet duidelijk was wat hiermee werd bedoeld. In de nieuwe norm is dit laatste punt vervangen door ‘geleidende constructieve delen van de machine’.

Ook zijn de eisen met betrekking tot de minimale diameter van beschermingsleidingen gewijzigd/verduidelijkt. Voor beschermingsleidingen die geen onderdeel uitmaken van een kabel en die niet binnen een schakelkast blijven, gelden de eisen vermeld in de tabel.

^*wanneer een beschermingsleiding in een kabelgoot, kabelkoker, draadgoot of iets soortgelijks is gelegd, mag dit worden beschouwd als ‘voldoende beschermd tegen mechanische beschadigingen’.

Ook in de vorige versie van de norm worden voorbeelden genoemd van geleidende delen van de elektrische installatie en de machine zelf die moeten worden verbonden met de beschermingsketen (potentiaalvereffening). In de nieuwe versie van de norm is nu een lijst opgenomen met delen die verbonden moeten worden met de beschermingsketen. Samengevat zijn dit:

• geleidende constructieve delen van de machine (met een aanraakbaar oppervlakte groter dan 50×50 mm² of waar een risico bestaat dat door een fout dat deel van de machine onder spanning kan komen te staan);
• metalen draadgoten, kabelgoten, kabelladders, kabelkokers en installatiebuizen (al dan niet flexibel uitgevoerd);
• metalen kabelwapening of afscherming;
• metalen leidingwerk bedoeld voor brandbare (vloei)stoffen of gassen.

Documentatie

Een groot deel van het documentatiehoofdstuk is in de nieuwe versie van de norm compleet herschreven. Het resultaat is een completere en beter gestructureerde set aan documentatie-eisen. Een aantal van de nieuw te documenteren onderwerpen zijn:

• voor elke inkomende voeding dient de kortsluitvastheid (‘kA-waarde’) van de elektrische installatie gespecificeerd te zijn;
• de gespecificeerde minimale benodigde ruimte voor onderhoud aan de elektrische installatie;
• alle relevante parameters, instellingen, DIP-switch settings enzovoort;
• alle relevante informatie voor eventuele periodieke testen van veiligheidsfuncties en informatie voor validatie van veiligheidsfuncties na reparatie of modificaties;
• instructies met betrekking tot het vereffenen van vreemd geleidende delen in/rondom de machine die zich bijvoorbeeld binnen de 2,5 m van elkaar bevinden (aanraakbaar door spreiden beide armen) zoals leidingwerk, afschermingen en/of hekwerken, ladders en leuningwerk.

Meer duidelijkheid

Inhoudelijk is het niet zo dat de zesde editie van IEC 60204-1 een compleet nieuwe en herschreven norm is. De hoofdstukindeling is bijvoorbeeld zoveel mogelijk gelijk gehouden en veel paragrafen zijn gelijk gebleven of zijn alleen voorzien van enkele nuances. Er is daarnaast op een aantal onderwerpen zeker meer duidelijkheid gegeven. Een voorbeeld hiervan is de compleet nieuwe bijlage H die praktische oplossingen en voorbeelden geeft van maatregelen in het kader van EMC. Ook zijn een aantal onderwerpen zoals het gebruik van ‘Power Drive Systems’ (met STO) en potentiaalvereffening toegevoegd of aangepast. Kortom, de nieuwe versie van de norm heeft een goede upgrade naar de huidige stand der techniek gehad en geeft meer duidelijkheid en praktische oplossingsrichtingen. Het kan daarom zeker geen kwaad om alvast te bekijken wat deze nieuwe norm voor uw machines kan betekenen.

http://www.denf.nl/