Die Messkategorie (CAT)-Einstufung: Weshalb das wichtig ist

Die tägliche Arbeit mit Elektrizität ist eine gefährliche Tätigkeit. Sicherheitsausrüstung wie Kleidung, Handschuhe, Stiefel usw. ist von entscheidender Bedeutung für den Schutz der Elektrofachkräfte vor möglichen Unfällen. Eine weniger offensichtliche Sicherheitsmaßnahme ist die Auslegung der zur Wartung der elektrischen Anlage verwendeten Prüfgeräte.

Die IEC-Norm 61010 der International Electrotechnical Commission (Internationale Elektrotechnische Kommission) befasst sich mit Sicherheitsanforderungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte. Sie enthält Anforderungen an Prüf- und Messschaltungen sowie an Geräte.

Ein wichtiger Aspekt der Norm ist die Aufrechterhaltung des Schutzes gegen Stromschlag bei normalen und Einzelfehlern (Kurzschlüsse, Unterbrechungen, Erdschlüsse, Überlastungen usw.). Bei der Bestimmung des erforderlichen Schutzgrads spielt die Verwendung des Geräts eine wichtige Rolle. In diesem Dokument werden die Messkategorie (CAT)-Einstufung und ihre entscheidende Rolle bei der Auslegung von Geräten und der Auswahl durch den Benutzer untersucht.

Hintergrund

Überspannungstransienten auf Stromleitungen können die angeschlossenen Geräte beschädigen und zu Ausfällen führen, die ein Sicherheitsrisiko für die Benutzer darstellen können. Während große Transienten, wie sie z. B. durch Blitzeinschläge verursacht werden, selten sind, treten moderate Transienten (1,5- bis 2-Faches der Nennspannung, manchmal bis zum 4-Fachen) aufgrund von Lastwechseln im Verteilungsnetz regelmäßig auf. Sie können zu Verletzungen und zum Tod führen, wenn der Bediener kein ordnungsgemäß eingestuftes Gerät verwendet.

Zwei Schlüsselbegriffe für die elektrische Sicherheit sind „Kriechstrecke“ und „Luftstrecke“. Die Kriechstrecke ist der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial entlang der Oberfläche eines Isoliermaterials. Die Luftstrecke ist der kürzeste Luftabstand zwischen zwei leitenden Teilen. Leitfähige Teile mit deutlich unterschiedlichen Spannungen müssen sich in einem sicheren Abstand zueinander befinden, da es sonst zu einem Störlichtbogen kommen kann. Lichtbogenfehler führen zu Schäden am Stromkreis, zu Überhitzung und zu Bränden. Vor allem aber stellen sie eine Gefahr für den Benutzer dar, insbesondere bei tragbaren Geräten.

Was eine sichere Luftstrecke ist, hängt davon ab, an welcher Stelle des Versorgungsnetzes das Gerät eingesetzt wird.

Messkategorie (CAT)-Einstufung

Die Messkategorie ist ein Verfahren zur Klassifizierung von Prüf- und Messgeräteanschlüssen nach der Art des Stromkreises, an den sie angeschlossen werden. Die Messkategorien berücksichtigen transiente Überspannungsspitzen, Kurzschlussstromwerte, den Standort in der Gebäudeinstallation, an dem die Prüfung oder Messung durchgeführt werden soll, sowie einige Formen der Energiebegrenzung oder des Transientenschutzes, die in der Gebäudeinstallation vorhanden sein können.

Die CAT-Einstufung definiert den Transientenpegel (Spike oder Surge), für den das Gerät ausgelegt ist. Transienten variieren in Größe und Dauer je nach Quelle. Transienten können mehrere kV in der Amplitude erreichen, aber ihre Dauer ist auffallend kurz. Ein typisches Intervall beträgt 50 µs (Mikrosekunden). Ihre Hauptgefahr besteht darin, dass sie, wenn sie der sinusförmigen Spannung überlagert sind, einen Lichtbogen auslösen können, der sich bis zum Ende des Zyklus fortsetzt.

Die Messkategorien sind in IEC 61010-2 definiert.

Messkategorie II: Anwendbar auf Prüf- und Messstromkreise, die direkt an Verbrauchsstellen (Steckdosen und ähnliche Stellen, jedoch ohne die installierte Beleuchtung) der Niederspannungsanlage angeschlossen sind.

Messkategorie III: Anwendbar auf Prüf- und Messstromkreise, die zwischen Messkategorie II und Messkategorie IV der Niederspannungsanlage des Gebäudes angeschlossen sind.

Messkategorie IV: Anwendbar auf Prüf- und Messstromkreise, die zwischen der Niederspannungsquelle des Gebäudes und dem ersten zugänglichen Trennschalter angeschlossen sind, mit dem alle Netz- und Neutralleiterverbindungen getrennt werden können. Die in diesen Stromkreisen auftretenden hohen potenziellen Kurzschlussströme von typischerweise mehr als 50 kA können bei einem versehentlichen Kurzschluss während der Messung zu einem gefährlichen Lichtbogen mit hoher Energie führen.

Für jede Kategorie wird außerdem eine Spannung angegeben, die der maximal zulässigen Phase-Erde-Systemspannung entspricht, normalerweise 50 V, 100 V, 150 V, 300 V, 600 V oder 1000 V. Eine CAT-Einstufung ohne zugehörige Spannung ist nicht sinnvoll.

Die folgende Grafik zeigt, welche CAT-Einstufung für den jeweiligen Arbeitsbereich erforderlich ist:

In einer CAT IV-Umgebung kann der verfügbare Kurzschlussstrom 1.000 Ampere übersteigen. In einem Gerät, das gerade die Schaltung testet, kann dies ein paar Millisekunden lang Hunderte von Kilowatt Wärme auf kleinstem Raum erzeugen. Die schnelle Ausdehnung der Luft kann dazu führen, dass das Gerät zerfällt oder explodiert, wodurch es zu Feuer, Verbrennungen und gefährlichen umherfliegenden Trümmern kommen kann.

Geräte mit CAT-IV-Einstufung erfordern größere Kriech- und Luftstrecken als Geräte mit CAT-III-Einstufung. Geräte, die nicht an stromführende Stromkreise angeschlossen sind, müssen eine Kategorie-Einstufung haben, die der Eingangsspannung entspricht, mit der das Gerät betrieben wird. Die Standardkategorie ist CAT II 300 V. Außerdem müssen die Kriech- und Luftstrecken für die vom Netzstromkreis abgeleiteten Prüfspannungen für Sekundärkreise (Ausgangsspannung) eingehalten werden.

Verwendung der CAT-Einstufung

Die CAT-Einstufung wird mit zwei Parametern angegeben: der Systemebene und der Nennbetriebsspannung. Die Bezeichnung „CAT IV 600 V“ bedeutet, dass das Gerät in jeder elektrischen Umgebung bis einschließlich CAT IV an Kabeln oder Geräten mit einer Nennspannung von bis zu 600 Volt betrieben werden kann. Entscheidend für die erforderliche CAT-Einstufung ist die Kenntnis der Prüfumgebung und der höchsten Nennspannung des zu prüfenden Geräts.

Vorsicht vor Produkten, für die die CAT-Einstufung ohne Spannungsstufe angegeben ist. Die fehlende Angabe der Spannungsstufe bedeutet eine unvollständige Information, deren Fehlen für den sicheren Betrieb kostspielig sein kann. Überlegen Sie sich auch zweimal, ob Sie ein Gerät kaufen/verwenden wollen, auf dessen Datenblatt nur „CAT-eingestuft“ steht. Dieser Begriff hat in der realen Welt der elektrischen Prüfung keinerlei Bedeutung. Seriöse Anbieter von Messgeräten geben eine eindeutige Kategorie und eine Nennspannung an.

Fazit

Die Kenntnis der CAT-Einstufung eines Prüfgeräts ist ein entscheidender Faktor für Ihre Sicherheit. Der Ort, an dem die Arbeiten durchgeführt werden, hat Einfluss auf die erforderliche CAT-Einstufung des von Ihnen verwendeten Prüfgeräts. Je höher die CAT-Einstufung, desto größer sind die Kriech- und Luftstrecken innerhalb des Geräts, was sich auf die Auslegung des Geräts auswirken kann.

Bei der Bewertung von Prüfgeräten sind die folgenden Aspekte zu beachten:

• Die erforderliche CAT-Einstufung ist auf der Grundlage der ungünstigsten Prüfumgebung und des ungünstigsten Geräts zu ermitteln.
• Auch Geräte, mit denen „nicht unter Spannung stehende Geräte“ geprüft werden, müssen eine CAT-Einstufung haben (Ausgangsspannung abgeleitet von der Eingangsspannung).
• Eine CAT-Einstufung muss aus zwei Teilen bestehen: einer Messstufe und einer Spannungsstufe. Vorsicht bei CAT-Einstufungen ohne zugehörige Spannungsstufe.
• Vorsicht vor dem allgemeinen Begriff „CAT-eingestuft“ als einzigem Hinweis auf die CAT-Einstufung.

Um maximale Sicherheit zu gewährleisten, muss ein Gerät mit der für die Prüfumgebung geeigneten oder einer höheren CAT-Einstufung verwendet werden.