Sicherer Anschluss von Aluminiumleitern

Sicherer Anschluss von
Aluminiumleitern
Aluminiumleiter im
Handumdrehen sicher verdrahten
Direkter Anschluss an
Reihenklemmen
Der Einsatz von Aluminiumleitern wird
immer interessanter – speziell bei Leiterquerschnitten ab 16 mm2 aufwärts. Für
Aluminium als Leiterwerkstoﬀ spricht
der geringere Preis im Vergleich zu Kupferkabeln, die fast das Vierfache kosten.
Außerdem ist Aluminium circa 70 Prozent leichter als Kupfer – das niedrigere
Gewicht erleichtert das Verlegen der
Kabel. Allerdings müssen einige Rahmenbedingungen eingehalten werden, um
Aluminiumleiter sicher zu kontaktieren
(Bild 1).
Alu ist anders
Drei physikalische Eigenschaften des Aluminiums erschweren die Nutzung als
elektrischer Leiter. Einerseits gibt es das
sogenannte „Fließen“ – Aluminium gibt
unter Druck aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls stark nach. Andererseits
bildet sich nach dem Abisolieren eines
Aluminiumleiters auf der Oberfläche
eine Oxidschicht. Wird der oxidierte
Leiter ohne weitere Vorbehandlung in
einer Reihenklemme angeschlossen,
erhöht die Oxidschicht den Übergangswiderstand zwischen Leiter und Klemmstelle. Dies führt zu einer stärkeren
Erwärmung der Klemmstelle. Ein weiterer Unterschied zwischen Alu- und
Kupferleitern ist die reduzierte Strombelastbarkeit der Aluminiumleiter. Die
elektrische Leitfähigkeit von Aluminium
ist ein Drittel geringer als die von Kupfer.
Insofern ist insbesondere beim Einsatz
von Aluleitern die maximale Strombelastbarkeit zu beachten. In der Regel
sollte der Aluleiter mindestens einen
Querschnitt größer als ein Kupferleiter
gewählt werden, um die gleiche Strombelastbarkeit zu erreichen. Diese Eigenschaften sind beim direkten Anschluss
von Aluminiumleitern an Reihenklemmen
genau zu beachten.
Aluminiumleiter können auf zwei verschiedene Arten an Reihenklemmen
PHOENIX CONTACT
angeschlossen werden. Zum einen können sie direkt in der Klemmstelle einer
Reihenklemme kontaktiert werden –
Aluleiter und Klemmstelle haben dann
unmittelbaren Kontakt zueinander. Die
andere Möglichkeit besteht darin, Kabelschuhe oder Stifthülsen am Aluleiter zu
verpressen und das verpresste Verbindungselement an einer Reihenklemme
aufzulegen. In beiden Fällen sind die herstellerspezifischen Angaben zu beachten.
Direkter Anschluss von Aluminiumleitern an Reihenklemmen
Für den direkten Anschluss von Aluminiumleitern an Reihenklemmen bietet
Phoenix Contact unterschiedliche Lösungen. Runde eindrähtige Aluminiumleiter
(Bild 2) im Querschnittsbereich zwischen
2,5 und 35 mm2 können direkt an den
Schraubanschlussklemmen der UT-Baureihe (Bild 3) angeschlossen werden.
Sektorförmige, eindrähtige Aluminiumleiter (Bild 2) zwischen 50 und 240 mm2
können an die Schraubanschlussklemmen
der UKH-Baureihe (Bild 4) angeschlossen werden. Die Klemmhülsen dieser
Reihenklemmen sind auf der Unterseite
dreieckig ausgeprägt und besitzen damit
eine passende Geometrie zum Anschluss
der sektorförmigen eindrähtigen Aluminiumleiter. Wenn die spitz zulaufende
Seite des Sektorleiters auf die dreieckige
Form der Klemmhülse gelegt wird,
schmiegt sich der Aluleiter in der
Klemmhülse der UKH-Klemme an. Auf
diese Weise wird ein optimaler Anschluss erreicht.
Bei den Baureihen UT und UKH sind
folgende Maßnahmen zur Vorbehandlung
der Aluminiumleiter zu beachten, damit
die Verbindung sicher und zuverlässig
wird:
1. Von der Oberfläche des abisolierten
Aluminiumleiters muss die Oxidschicht
entfernt werden. Dazu wird sie zum Bespiel mit einer Messerklinge von der
Oberfläche des Aluminiumleiters abgeschabt.
Bild 1: In Gebäuden sind häuﬁg Aluminiumleitungen
verlegt – sie lassen sich direkt an die Durchgangsklemmen anschließen
rund eindrähtig
rund mehrdrähtig
sektorförmig
eindrähtig
sektorförmig
mehrdrähtig
Bild 2: Generell sind vier verschiedene Leiteraufbauten
zu unterscheiden: rund und eindrähtig (RE), rund und
mehrdrähtig (RM), sektorförmig und eindrähtig (SE),
sektorförmig und mehrdrähtig (SM)
Bild 3: Die Durchgangsklemmen der UT-Baureihe
eignen sich für den direkten Anschluss von runden eindrähtigen Aluminiumleitern im Querschnittsbereich
von 2,5 bis 35 mm²
2. Unmittelbar nach dem Entfernen
der Oxidschicht wird der abisolierte
Aluleiter mittels neutraler – säure- und
alkalifreier – Vaseline oder mittels Kontaktfett mit vergleichbaren Eigenschaften
eingefettet. Die Vaseline verhindert eine
erneute Oxidation des Leiters und hält
Feuchtigkeit vom Leiter fern.
3. Anschließend wird der Aluminiumleiter in die Klemmstelle der Reihenklemme eingelegt und mit dem maximalen
Anzugsdrehmoment der jeweiligen
Reihenklemme angezogen.
Beachtet man diese Maßnahmen, ist der
direkte sichere Anschluss an die Durchgangsklemmen der UT- und UKH-Produktreihe kein Problem. Beachtet man
diese Vorbehandlungsschritte allerdings
nicht, besteht die Gefahr, dass sich der
Übergangswiderstand zwischen Aluminiumleiter und Stromschiene deutlich erhöht. Dadurch kann sich die Klemmstelle
extrem erwärmen, was im schlimmsten
Fall zum Abbrand führen kann.
Prüfungen speziell für Aluleiter
Für die oben angegebenen Leiterarten in
den entsprechenden Querschnitten wurden beide Baureihen geprüft und qualifiziert. Neben den Standardnormen für
Produkte im Niederspannungsbereich –
die IEC 60947-7-1/2 gelten ausschließlich
für Kupferleitungen – wurden weitere
Prüfungen in Anlehnung an die IEC 61545
durchgeführt. Diese Norm definiert den
Anschluss von Aluminiumleitern in
Klemmstellen eines beliebigen Materials
Bild 4: Die Hochstromklemmen vom Typ UKH eignen sich zum Anschluss von sektorförmigen eindrähtigen Aluminiumleitern im Querschnittsbereich zwischen 50 und 240 mm² - bei diesen großen Querschnitten bieten Aluminiumkabel ein hohes Einsparpotenzial
sowie den Anschluss von Kupferleitungen
an Klemmstellen aus Aluminium. Die UTund UKH-Klemmen wurden gemäß der
IEC 61545 einem 1000-stündigen Current-Cycling-Test unterzogen. Bei diesen
Tests wird die Kombination aus Reihenklemme und Aluminiumleiter eine Stunde
mit Strom belastet und dann eine Stunde
abgeschaltet. Der Zyklus wird 500 Mal
wiederholt. Während dieser 1000 Stunden werden nach einem festgelegten
Zeitplan Temperaturmessungen an den
Klemmstellen vorgenommen. Die gemessenen Werte dürfen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.
Die 2-Leiter-Durchgangsklemmen der
UT-Baureihe und die UKH-Klemmen
haben den Current-Cycling-Test erfolgreich bestanden. Beide Klemmen sind
somit – bei richtiger Vorbehandlung – für
den direkten Anschluss von Aluminiumleitern geeignet. Während der gesamten
Dauer des Current-Cycling-Tests – also
1000 Stunden – wurden die Klemmstellen nicht nachgezogen. Das zeigt deutlich, dass der direkte Anschluss von
Aluminiumleitern an Schraubanschlussklemmen auch ohne erneutes Nachziehen der Schraubklemmstelle möglich ist.
Aluminiumkabel – Einsparpotenzial in der Photovoltaik
Mit Aluminiumleitern kann die PV-Branche hohe Einsparungen erzielen. Mittels
Aluminiumkabel kann zum Beispiel der
Anschluss von Wechselrichtern an den
Einspeisepunkt umgesetzt werden. Für
diesen Zweck werden oft vieradrige
Erdkabel mit sektorförmigen, eindrähtigen Aluminiumleitern verwendet. Bei
einigen PV-Anlagen, insbesondere bei
Freiland-PV-Anlagen, ist die zu überbrückende Distanz zwischen Anlage und
Einspeisepunkt lang. Durch die Verwendung von Aluminiumkabeln anstelle von
Kupferkabeln bieten sich in der genannten Anwendung große Einsparmöglichkeiten. Für diese Applikation mit
sektorförmigen, eindrähtigen Aluleitern
im Querschnittsbereich zwischen 50
und 240 mm2 sind die Hochstromklemmen der UKH-Baureihe prädestiniert
(Bild 5).
Bild 5: Zum Anschluss von Freiland-PV-Anlagen werden oft Erdkabel mit Aluminiumleitern verwendet ,
z.B. vom Typ Navy 4 x 240 SE. Dieser sektorförmige,
eindrähtige Aluminiumleiter kann direkt an die
Schraubanschlussklemme UKH 240 angeschlossen
werden.
PHOENIX CONTACT
Anschluss von Aluminiumleitern
Die Schraubklemmen der Baureihen UT
und UKH sind unter Beachtung der
Richtlinien zur Leitervorbehandlung für
den direkten Anschluss von Aluminiumleitern geeignet. Das Aluminium „fließt“,
d.h. unter Druck gibt Aluminium aufgrund eines geringeren Elastizitätsmoduls
stärker nach als Kupfer. Des Weiteren
bildet sich nach dem Abisolieren des Aluleiters auf der Leiteroberfläche aufgrund
der Reaktion mit Luft eine Oxidschicht.
Diese Oxidschicht führt zu einer Erhöhung des Übergangswiderstandes zwischen Aluminiumleiter und Klemmstelle.
Deshalb ist die Oxidschicht vor der Verdrahtung zu entfernen. Außerdem ist die
maximale Strombelastbarkeit der Aluminiumleiter geringer als bei Kupferleitern.
In der Regel muss bei gleichbleibender
Anforderung an die Stromtragfähigkeit
der Aluminiumleiter ein Querschnitt
größer als bei einem Kupferleiter gewählt
werden. Aufgrund der genannten Eigenschaften sind Schraubanschlussklemmen
der Baureihen UT ... und UKH ... von
Phoenix Contact gezielt mittels umfangreicher Prüfungen für den Einsatz von
Aluminiumleitern qualifiziert worden. Ein
wesentliches Qualitätsmerkmal dieser
Qualifikation ist ein 1000-stündiger
Current-Cycling-Test nach IEC 61545. Im
Rahmen dieses Tests wird die Kombination aus Reihenklemme und Aluminium
leiter eine Stunde mit Strom belastet und
dann eine Stunde abgeschaltet. Der Zyklus wird 500 Mal wiederholt. Während
dieser 1000 Stunden werden nach einem
festgelegten Zeitplan Temperaturmessungen an den Klemmstellen vorgenommen. Die gemessenen Werte dürfen
bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Alle Schraubanschlussklemmen von
Phoenix Contact, die diese Tests durchlaufen haben, sind in der folgenden
Tabelle aufgeführt.
Beim direkten Anschluss von Aluminiumleitern an Durchgangsklemmen der Baureihen UT ... und UKH ... von Phoenix
Contact sind die folgenden Richtlinien
zur Leitervorbehandlung unbedingt
durchzuführen:
• Das abisolierte Ende des Aluminium
leiters ist mit einer Klinge (Passendes
Messer, z. B. das Abisolierwerkzeug
WIREFOX-D 13) von seiner Oxidhaut
zu befreien und
• sofort in säure- und alkalifreie, d. h.
neutrale Vaseline zu tauchen.
• Der Einbauort ist frei von Feuchtigkeit
oder aggressiver Atmosphäre zu
halten.
• Bei der Verwendung eines Aluminiumleiters ist die Schraube im Klemmkörper der Schraubklemme mit dem
empfohlenen Anzugsdrehmoment der
90°
Praxisbeispiel UKH ... – Anschluss von sektorförmigen,
eindrähtigen Aluminiumleitern
jeweiligen Reihenklemme anzuziehen,
ein Nachziehen der Klemmstelle ist
nicht erforderlich. (Drehmomentschrauber siehe Katalog 5)
• Bei erneutem Leiteranschluss ist die
Leitervorbehandlung zu wiederholen.
Sektorförmige Aluminiumleiter sind entsprechend der Grafik in die Klemmstelle
der UKH-Reihenklemmen einzusetzen.
Der kreisrunde Leiterabschnitt ist nach
oben auszurichten, so dass der rechtwinklige Leiterbereich des Aluminiumleiters auf der prismenförmigen Unterseite
der Klemmhülse aufliegt.
Für den Anschluss von mehrdrähtigen
Aluminiumleitern kann Zubehör z. B. –
Bi-Metallkabelschuhe (Al-/Cu-Presskabelschuh) verwendet werden.
UT 2,5 (PE)
UT 4 (PE)
UT 6 (PE)
UT 10 (PE)
UT 16 (PE)
UT 35 (PE)
UHK 25
UHK 50
UHK 70
UHK 95
UHK 150
UHK 240
Leiterquerschnitt in mm2
2,5
4
6
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
10
16
25
35
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
RE
50
SE
SE
70
95
SE
SE
SE
RE
SE
PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG
Flachsmarktstraße 8
32825 Blomberg, Deutschland
Tel.: +49 (0) 52 35 3-00
Fax: +49 (0) 52 35 3-4 12 00
E-Mail: [email protected]
phoenixcontact.net
120
150
SE
SE
185
250
SE
SE
Empfohlenes
Anzugsdrehmoment
0,6 Nm
0,8 Nm
1,8 Nm
1,8 Nm
3,0 Nm
3,7 Nm
4,5 Nm
8 Nm
10 Nm
20 Nm
30 Nm
30 Nm
Rund, eindrähtig, Klasse 1; freigegeben
Sektorförmig, eindrähtig, Klasse 1 a - 90°; freigegeben
IC 18-13.000.PR4.2013
MNR 52005106/2013-11-13/00
Reihenklemme
Printed in Germany
© PHOENIX CONTACT 2013
Freigegebene Kombinationen aus Schraubanschlussklemmen mit Aluminiumleitern
Farbvarianten einer Reihenklemmen-Baureihe sind in die Freigabe eingeschlossen

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