Erfüllung der Kabelanforderungen des neuen UL-6141-Standards 1

UL 6141 ist die erste UL-Norm für große Windenergieanlagen. Die Norm wird nach langer Vorbereitung wahrscheinlich Ende 2012 oder Anfang 2013 veröffentlicht und ihre Einhaltung wird Voraussetzung für erfolgreichen Export nach Nordamerika sein – entsprechend gespannt wird sie in der Branche erwartet.
Grundsätzlich hat die UL in der Vergangenheit die Absicht verfolgt, die spezifischen Installationsvorschriften für Nordamerika und Kanada (NEC/CEC) abzudecken und gleichzeitig direkten Bezug auf die IEC 61400-1 (Europäische Norm für Windkraftanlagen) zu nehmen, um die Lücke zwischen den IEC-Standards und den Anforderungen der Installationsvorschriften zu überbrücken.

Die UL 6141 ist die erste UL-Norm für große WEAs (Windenergieanlagen). Die Norm wird nach langer  Vorbereitung wahrscheinlich Ende 2012 oder Anfang 2013 veröffentlicht und ihre Einhaltung wird Voraussetzung für erfolgreichen Export nach oder Produktion in Nordamerika sein.

Erfüllung der Kabelanforderungen der neuen UL 6141

In dieser Abhandlung sollen die Änderungen und Konsequenzen für den Bereich der Niederspannungskabel für neue WEAs, Bauteile, Baugruppen oder Anwendungen erläutert werden. Um die anstehenden Änderungen richtig einschätzen zu können, müssen wir die Entwicklungen in der Vergangenheit sowie den heutigen Stand kennen. In den vergangenen Jahren hatten die meisten europäischen WEA-Hersteller keinen Grund, UL-gelistete Kabelprodukte zu verwenden. Es gab keinen nordamerikanischen Standard für WEAs, in dem die Verwendung solcher gelisteter Kabelprodukte gefordert wurde. Daher trat auch kein Endkunde, beispielsweise die IPPs („Independent Power Producer“ – unabhängige Stromerzeuger) oder ein anderer Investor an die WEA-Hersteller mit der Forderung heran, UL-gelistete Kabelprodukte zu verwenden.

Bild: Andreas Haertle/ kebay - Fotolia

Die UL 6141 betrifft allgemein Neuzertifizierungen von WEAs, Bauteile, Anwendungen, Komponenten und Baugruppen. Sie dürfte keinen Einfluss auf bereits zertifizierte WEAs, Bauteile und so fort haben.

Das ist natürlich eine Vereinfachung. Es gab viele Situationen, in denen bei der Planung von Windparks sowohl in den USA als auch in Kanada Kompromisse gefunden werden mussten zwischen europäischen WEA-Herstellern und Vertretern vor Ort. Diese Kompromisse wurden zwischen WEA-Herstellern, Endkunden und den zuständigen Behörden vor Ort entsprechend der Auslegung der in Nordamerika geltenden Vorschriften (NEC/CEC) und der Eigenschaften der auf dem Markt erhältlichen Kabel gefunden. Ein Beispiel, das diese Kompromissfindung gut verdeutlicht, ist der Fall der harmonisierten torsionsfähigen Leistungskabel, die aufgrund der Tatsache akzeptiert wurden, dass diese Kabel vor fünf oder sechs Jahren nicht als UL-gelistetes Kabelprodukt erhältlich waren. In anderen Fällen hatte es vor der Errichtung der Anlagen keinen Kontakt mit den örtlichen Behörden gegeben, und manchmal wurde die Baustelle vom örtlichen Inspektor oder den AHJs (Authority Having Jurisdiction) kurzerhand stillgelegt oder die WEA durfte sogar nicht ans Netz gehen, bevor die ungeeigneten Kabel entsprechend der Auslegung der NEC/CEC-Codes durch die zuständigen Behörden ausgetauscht worden waren. Diese wurden dann überwiegend gegen UL-gelistete Produkte ausgetauscht. Die Auslegung der Codes kann je nach Inspektor oder AHJ sehr unterschiedlich ausfallen. Was beispielsweise in New York State als akzeptabel gilt, ist in New York City möglicherweise nicht akzeptabel und umgekehrt.

Lässt man die Sonderfälle außer Acht, in denen IEC-Anforderungen entsprechende WEA errichtet wurden, ohne sie an den nordamerikanischen Markt anzupassen, entschied sich die Mehrheit der Hersteller für eine Zertifizierung der kompletten WEA oder von Teilen.

Die Verwendung von AWM-Kabeln

Ob die Hersteller von WEA nun die komplette WEA oder nur Komponenten davon für den nordamerikanischen Markt zertifizierten, es scheint so, als ob die meisten WEA-Hersteller auf ihrer Suche nach einem geeigneten UL/CSA-Standard letztlich die UL 508 (Industrial Control Equipment) gewählt haben. Dies erklärt, wie es möglich wurde, AWM-Kabel (Appliance Wiring Material) für eine derart breite Anwendungspalette in WEAs einzusetzen. Dadurch konnten die WEA-Hersteller den vollen Nutzen aus den UL-508-Standards ziehen, die eine werksseitig vorinstallierte Verkabelung entsprechend der UL 758 (Appliance Wiring Material) für den zertifizierten Teil oder die komplette Anlage zulassen. Diese Möglichkeit basiert auf Geltung der UL 758, die folgendes festlegt: „1.2 The appliance wiring material covered by the requirements of this Standard are solely for use as factory-installed wiring either within the overall enclosure of appliances and other equipment (internal wiring) or as external interconnecting cable for appliances (external wiring), or for further processing as components in multi-conductor cables“ (UL 758 scope).

Vereinfacht ausgedrückt: bis jetzt wurden die komplette Gondel, Nabe und Turm als „Industrial Control Equipment“ betrachtet und zertifiziert, wofür mit der Verwendung von AWM-Kabeln die UL-Anforderungen erfüllt sind. Diejenigen Hersteller, die sich zu einer Zertifizierung der kompletten WEA entschlossen hatten, konnten daher AWM-Kabel auch für die externe Verkabelung verwenden, also als Verbindung einzelner Baugruppen oder Anwendungen untereinander. Diejenigen Hersteller, die sich entschlossen hatten, nur Teile der WEA zu zertifizieren, mussten in einigen Fällen UL-gelistete Kabel zur Verbindung ihrer zertifizierten Einzelteile untereinander einsetzen. Die Spezifikationen für AWM-Kabel waren von der UL in den USA und der CSA in Kanada nicht mit Blick auf eine solche Verwendung entworfen worden, doch ohne eine spezifische Norm für WEAs hat man diese Praxis toleriert.
Der Kabelmarkt passte sich den Kabelspezifikationen der WEA-Hersteller an. Die große Mehrheit der WEA-Hersteller spezifizierten  AWM-Kabel und die Kabelhersteller passten ihre Entwicklungen und ihr Produktportfolio entsprechend an. Das galt insbesondere für die torsionsfähigen Daten- und Steuerkabel, die erst vor fünf bis sechs Jahren auf den europäischen Markt kamen.

Norm für Windenergieanlagen
Die UL 6141
Entsprechend der UL 6141 muss jegliche Verkabelung innerhalb einer WEA, zu denen Nutzer oder Servicetechniker Zugang haben oder die im Turm senkrecht nach oben verlaufen, entweder innerhalb eines geschlossenen Kabelkanals (raceway) verlegt werden oder für die Verlegung in Kabelpritschen UL-gelistet sein. Nur gelistete Produkte entsprechen den in der UL 6141 aufgelisteten Forderungen. AWM-Kabel nach UL 758 sind demnach nicht für die externe Verkabelung in WEA zulässig.
Des Weiteren legt die UL 6141 folgendes fest: Sollte es für die Komponenten keinen UL-Standard geben, dann sollen für die interne Verkabelung entweder Teile der UL 508 oder UL 1741 herangezogen werden. Hier ist jedoch zu beachten, dass ausschließlich die interne Verkabelung beschrieben wird. Die Annahme scheint also plausibel, dass es die Absicht von UL und CSA ist, dass in großen Windenergieanlagen ausschließlich gelistete Produkte für externe Verkabelung verwendet werden sollen.

 

Blick in die Zukunft

Die UL 6141 wird recht umfassende Änderungen für die Verkabelung  von WEAs mit sich bringen. Dies sollte Anlass sein für Hersteller, Konstruktions- und Einkaufsabteilungen, ihre Kabelspezifikationen und ihre Liste bevorzugter Lieferanten neu zu überdenken.
Das ist bei Weitem der bedeutendste Unterschied zu früher und sollte daher von allen WEA-Herstellern, wie auch den Zulieferern, die WEAs oder Komponenten für den nordamerikanischen Markt produzieren oder exportieren, unbedingt beachtet werden. Für ein endgültiges Urteil ist es allerdings noch zu früh, denn die UL 6141 ist noch nicht offiziell veröffentlicht, und somit gibt es noch keine praktischen Erfahrungen. Es sind jedoch Änderungen für die Anforderungen an die Verkabelung von WEAs zu erwarten, genauso wie für viele andere Anwendungen und Komponente von WEAs.

Zwar sieht es so aus, als würden mit der UL 6141 mehradrige AWM-Kabel aus der externen Verkabelung verschwinden, doch sind sie weiterhin für die interne Verkabelung bestimmter Anwendungen in WEA geeignet, so wie es ursprünglich auch beabsichtigt war. Anhand einiger typischer Komponenten, Bauteile und Anwendungen soll gezeigt werden, welche Schlussfolgerungen aus den oben genannten Argumenten gezogen werden können. Nachfolgend wird für jedes Bauteil, Komponente oder Anwendung eine einfache zweistufige Methode angewendet. Die interne Verkabelung wird weitestgehend ausgeblendet, da sich hier keine Änderungen zum bisherigen Stand ergeben. In den unten aufgeführten Bespielen wird nur in einem Fall, in dem die interne Verkabelung zu einer externen Verkabelung werden könnte, darauf eingegangen.

Auch für Windenergieanlagen geeignet

Auch für Windenergieanlagen geeignet: Lapp bietet diverse Lösungen der Niederspannungsanschlusstechnik an: Kabel und Leitungen mit AWM als auch UL-gelistete Produkte.

Schritt 1: Um bestimmen zu können, welches Kabel verwendet werden kann oder sollte, muss man das Bauteil oder die Anwendung der WEA betrachten, um folgendes zu bestimmen: Gibt es einen UL-Standard für die Komponente und welche Aussagen enthält dieser in Bezug auf die dazugehörige Verkabelung ? Schritt 2: Vergleich mit den Anforderungen der UL 6141.
Beispiel 1, Getriebe: Da es für Getriebe keinen UL-Standard  gibt, ergibt sich aus Frage 1, dass die UL 6141 anzuwenden ist. Dies gilt etwa für Heizungen, PT-100-Temperaturfühler und andere Komponenten, die eine externe Verkabelung darstellen.

Beispiel 2, Generatoren: Es gibt einen UL-Komponentenstandard für Generatoren und er beschreibt auch die Situation, in der AWM-Kabel zur externen Verdrahtung des Generators verwendet werden können. AWM ist in folgenden Fällen zulässig: 1. Der Generator ist mit einem anschlussfertigen Kabel, einschließlich Steckverbinder, ausgerüstet, UL 1004-1 und UL1004-4. 2. Der Generator ist mit einem Erdungskabel aus dem Inneren des Generators ausgerüstet, UL 1004-1 und UL1004-4. Keine der beiden Varianten wird heute in der Branche praktiziert. Die externe Verkabelung fällt somit wie auch schon beim Getriebe unter UL 6141. Dies betrifft unter anderem Kabel für Heizgeräte, PT-100-Sensoren, Condition-Monitoring-Systeme oder Klemmenkästen.

Die UL 6141 sieht im Allgemeinen die Verwendung von gelisteten Kabelprodukten vor, die Verwendung von AWM-Kabeln zur Verbindung von Komponenten und Bauteilen scheint somit ausgeschlossen. Hinweis: Nur Kabel mit TC-ER-Zulassung (Tray Cable – Exposed Run) können nach Abgang aus einer Komponente bis zur Kabelpritsche ohne weitere Schutzmaßnahmen verlegt werden. Eine TC-ER-Approbation kann nur mit UL-gelisteten Kabelprodukten erreicht werden.

Beispiel 3, Turm: Da es für den Turm keinen UL-Komponentenstandard gibt, gilt UL 6141. UL 6141 macht sehr klare Angaben über die Verwendung von Kabeln, die vertikal im Turm nach oben verlaufen. Sie müssen entweder für Tray-Cable-Verwendung approbiert sein oder in einem Kabelkanal (Raceway) verlegt sein. Dies würde unter anderem folgende Bereiche betreffen: Leistungs-, Steuer- und Datenkabel (Kupfer und Glasfaser) zur Verbindung zwischen Top- und Bottom-Box, Turmbeleuchtung, Fahrstühle und Kettenzüge.
Beispiel 4, Loop: Es ist uns bisher nicht bekannt, dass Kabelkanäle im Loop verwendet werden, sodass angenommen werden kann, dass gelistete Kabelprodukte zu verwenden sind.

Fazit

Die UL 6141 betrifft im Allgemeinen nur Neuzertifizierungen von WEAs, Bauteile, Komponente, Anwendungen und Baugruppen, und dürfte keinen Einfluss auf bereits zertifizierte WEAs, Bauteile, Anwendungen und Baugruppen haben. Trotzdem sind Diskussionen mit örtlichen Inspektoren oder AHJs zu erwarten, da deren Auslegung der 6141 samt Beurteilung, welche Bauteile, Anwendungen oder Baugruppen als Teil einer bestehender Zertifizierung zu sehen sind, sicherlich abweichen kann. Sollten nach Ansicht einer zuständigen Behörde oder AHJ ein oder mehrere Bauteile, Anwendungen, Komponenten oder Baugruppen nicht als Teil einer zertifizierten Einheit beurteilt werden, könnte es sein, dass diese durch UL gelistete Kabel ausgetauscht werden müssen.

Ein möglicher Bereich für eine solche Diskussion könnte der Turm sein. Wie schon beschrieben, geht aus UL 6141 ausdrücklich hervor, dass alle Verkabelungen innerhalb einer WEA, die für Nutzer oder Servicepersonal zugänglich sind oder die vertikal im Turm nach oben laufen, entweder in einem Kabelkanal installiert werden müssen oder Kabel mit Tray-Cable-Approbation zu verwenden sind.

Die Sicherheit von Personen und Vermögensgegenständen ist eines der wichtigsten Themen aller nordamerikanischen Standards, da diese die Grundlage für die praktizierte Rechtsprechung bildet. Diese einzuhalten ist somit eines der wichtigsten Anliegen der örtlichen Inspektoren oder AHJs. Dies könnte die besondere Formulierung der UL 6141 erklären. Mit der Veröffentlichung der UL 6141 wird es mehr denn je darauf ankommen, bereits beim ersten Entwurf, bei der Prüfung der einzelnen Bauteile oder bei der Upgrades von WEAs die richtige Entscheidung in der Kabelauswahl zu treffen. Im Verlauf dieses Prozesses ist unbedingt zu bedenken, dass Inspektoren oder AHJ die einzigen sind, die die endgültige Entscheidung bezüglich der Anforderungen an die Kabel einer Anlage treffen können. Ihre Auslegung der Codes und Standards ist die einzig gültige und auch die endgültige Entscheidung. sc

[Anmerkung der Redaktion: In dieser Abhandlung wird eine Meinung zur Auslegung der UL 6141 aus Sicht der Lapp-Gruppe wiedergegeben. Es handelt sich also nicht um eine rechtlich verbindliche Information.]

Tipp der Redaktion
Achtung, Fallstricke
Bei jeder Beurteilung möglicher Änderungen gilt, dass laut UL 6141 sowohl der UL-Komponenten-Standard, als auch der Abschnitt der UL 6141, der sich mit der Verkabelung befasst, erfüllt sein muss. Das heißt, dass keine Norm an die Stelle der anderen tritt. Falls es für die betreffenden Komponenten keinen UL-Standard gibt, müssen diese zusätzlich zum Abschnitt „Verkabelung“ der UL 6141 auch Teilen der UL 1741 oder UL 508 entsprechen.

Autor: Nils Christian Frederiksen, Program Manager Wind, U.I. Lapp