Steckverbinder

Stecken im Gleichstromnetz

9. September 2015, 14:29 Uhr | Bernd Horrmeyer

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Das Problem Lichtbogen

Lichtbögen bei DC Netzen, Phoenix Contact
Eine der größten Gefahren bei DC-Netzen sind Lichtbögen, die beim Trennen von Steck­verbindern unter DC-Last auftreten können.
© Phoenix Contact

Allerdings bietet DC nicht nur Vorteile. Zwischen zwei Leitern mit unterschiedlichem Potenzial erzeugt das elektrische Feld eine Kraft. Ist diese Kraft größer als die Bindungskraft eines Elektrons zu seinem Atomkern, entstehen freie Elektronen, die zu einer sich selbst erhaltenden Gasentladung zwischen den Elektroden führt – dem Lichtbogen. Dessen Auftreten hängt von Parametern wie Spannung, Strom, Material, Luftfeuchte etc. ab – präzise Vorhersagen sind daher nicht möglich. Bei AC ist dies im Niederspannungsbereich kein Problem, da der Nulldurchgang der Spannung für ein Abreißen des Licht­bogens sorgt.

Wandlungsverluste durch Gleichspannungsverteilung, Phoenix Contact
Wandlungsverluste durch eine Gleichspannungsverteilung (Bild oben) werden bei modernen Rechen­zentren mit batterie­gepufferter Energie­versorgung (Bild unten) vermieden.
© Phoenix Contact

Bei DC fehlt dieser Nulldurchgang, weshalb der Lichtbogen dauerhaft stehen bleiben kann. Die hohe freigesetzte Energie kann somit zu schweren Gesundheitsschäden bei Personen in der Nähe sowie zu Brandgefahr und Materialbeschädigungen führen. Diese Gefahr besteht immer dann, wenn zwei Leiter geschlossen oder getrennt werden. Schaltgeräte und Steckverbinder sind hierfür die häufigste Anwendung.

Während sich beim Schaltgerät innerhalb eines Gehäuses Maßnahmen zur Beherrschung dieses Umstandes treffen lassen und die Gefahr nicht nach außen dringen kann, ist dies bei Steckverbindern nicht gegeben.
Normativ unterscheidet man bei Steckverbindern gemäß IEC 61984 nach Ausführungen mit Schaltleistung (connector with breaking capacity, CBC) und ohne Schaltleistung (connector without breaking capacity, COC). Bei Ersteren kann gesteckt oder gezogen werden, während die Kontakte unter Spannung stehen. Bei den Letzteren darf das Stecken oder Ziehen nur spannungsfrei erfolgen.

Gefährdungspotenzial durch Lichtbogen, Phoenix Contact
Gefährdungspotenzial durch Lichtbogen – abhängig von den elektrischen Kennwerten unterscheidet man freie Bereiche (1), Bereiche mit instabilen Lichtbögen (2) sowie ab einer Leistung von 5 W voll ausgebildete Bereiche (3).
© Phoenix Contact

Bereits heute ist in der Automatisierungstechnik eine Versorgungsspannung von 24 V(DC) weit verbreitet. Die hierfür eingesetzten Steckverbinder sind auch als COC klassifiziert, so dass bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Betätigung nur spannungsfrei erfolgt und demzufolge keinerlei Probleme auftreten können.

Mit dem Industrial Ethernet gelangt hingegen immer häufiger das ‚Power over Ethernet‘ (PoE) zur Versorgung der Automatisierungskomponenten in die Fabrikhalle. Hierbei wird über den Kommunikations-Steckverbinder auch eine Spannungsversorgung mit 48 V geführt, die während des Steckens noch nicht anliegt, jedoch beim Ziehen vorhanden ist. Für die im Ethernet üblichen RJ45-Steckverbinder gibt es daher die Prüfnorm IEC 60512-99-001, die es erlaubt, dass nach dieser Norm zusätzlich geprüfte RJ45-Steckverbinder 25 Steckzyklen ohne Einschränkung der Leistungsfähigkeit bestehen.

Ob PoE oder andere DC-Spannungsversorgungssysteme – in der Praxis ist immer mit einer gelegentlichen Fehlbedienung unter Spannung durch Laien aus Unwissenheit oder anderen Gründen zu rechnen. Bei Spannungen über 48 V ist die Gefahr eines Lichtbogens, der so energiereich ist, dass er eine Gesundheits- oder Brandgefahr darstellt, durchaus gegeben. Gegen eine Fehlbedienung hilft in diesem Fall nur ein sogenannter Interlock, der ein Stecken und Ziehen unter Last verhindert oder für Spannungslosigkeit im umgesteckten Zustand sorgt. Der Markt stellt derartige Produkte heute bereit.

Ein gutes Beispiel hierfür sind die Ladesteckverbinder für die Elektro­mobilität. In nur für Fachleute zugäng­lichen Bereichen – wie etwa die Verschaltung von Photovoltaik-Modulen auf dem Dach – ­genügt hingegen eine warnende Kennzeichnung auf dem Steckverbinder. Zusätzlich ist für das Öffnen der Verbindung ein Werkzeug erforderlich. Fortschritte in der Batterietechnik sorgen nicht zuletzt für immer mehr mobile Werkzeuge und Energiespeicher. Steckverbinder und das elek­trische System mit dem Schutzkonzept bilden hier eine Gesamtlösung.


  1. Stecken im Gleichstromnetz
  2. Das Problem Lichtbogen
  3. Edelmetall gegen Korrosion

Verwandte Artikel

Phoenix Contact GmbH & Co KG