Anzugsmoment und Kontaktzuverlässigkeit bei Niederspannungsdurchführungen

Das Anzugsdrehmoment der LV-Durchführung ist die wichtigste Variable für die langfristige Leistungsfähigkeit der Anschlussklemme – mehr noch als der Leiterquerschnitt bestimmt es, wie stark die Passflächen durch mechanischen Druck aneinander gehalten werden. Der Kontaktwiderstand an einer Schraubverbindung hängt von der tatsächlichen Kontaktfläche zwischen den Metallteilen ab, und diese Fläche vergrößert sich mit zunehmender Klemmkraft – bis zu dem Punkt, an dem das Material zu fließen beginnt. Aus diesem Grund ist die Drehmomentvorgabe keine willkürliche Formalität bei der Montage; sie ist der wichtigste Hebel, den Monteure zur Beeinflussung der langfristigen elektrischen Leistung an der Verbindung haben, sei es bei einer eigenständigen Niederspannungs-Durchführung oder als Teil des umfassenderen Systems von ZeeyiElec. Transformatorenzubehör Bereich.

Anpressdruck und elektrischer Widerstand

Auf mikroskopischer Ebene ist selbst eine maschinell bearbeitete Anschlussfläche rau, und Strom fließt nur durch die kleinen Punkte, an denen sich die beiden Oberflächen tatsächlich berühren – die “a-Spots”. Ein angemessenes Drehmoment glättet diese Unebenheiten und vergrößert die effektive Kontaktfläche, wodurch der Kontaktwiderstand gesenkt wird. Praxiserfahrungen bei der Inbetriebnahme von Niederspannungs-Durchführungen zeigen durchweg, dass bei nach Spezifikation angezogenen Verbindungen der Kontaktwiderstand im niedrigen Mikroohm-Bereich liegt, während bei zu schwach angezogenen Verbindungen derselben Anschlussgröße der Kontaktwiderstand um ein Vielfaches höher ausfallen kann – und zwar lange bevor sichtbare Anzeichen einer losen Verbindung auftreten.

Eine ordnungsgemäß angezogene LV-Buchsenklemme weist in der Regel einen Kontaktwiderstand von unter 50 μΩ auf, während eine Verbindung, die mit einem Drehmoment von weniger als 60% der Spezifikation angezogen wurde, je nach Oberflächenbeschaffenheit und Material der Anschlussöse einen Wert von über 150–200 μΩ erreichen kann.

Warum LV-Klemmen drehmomentempfindlicher sind als MV-Klemmen

Bei Niederspannungs-Durchführungen kommen im Allgemeinen kleinere Bolzendurchmesser zum Einsatz – häufig im Bereich von M8 bis M10 –, im Vergleich zu den größeren M12–M16-Bolzen, die bei Mittelspannungs-Durchführungsanschlüssen üblich sind. Kleinere Bolzen bedeuten einen engeren Toleranzbereich für das Drehmoment: Der gleiche absolute Drehmomentfehler entspricht einer größeren prozentualen Abweichung von der Soll-Klemmkraft, wobei dies je nach Hersteller und Buchsenserie etwas variiert. Dadurch ist eine präzise Drehmomentregelung bei Niederspannungsanschlüssen pro Einheit des Installationsfehlers von größerer Bedeutung, auch wenn die absoluten Drehmomentwerte niedriger sind als bei Mittelspannungsanlagen.

Weitere Informationen dazu, inwiefern sich die Anforderungen an Nieder- und Mittelspannungsdurchführungen über das Drehmoment hinaus unterscheiden, finden Sie bei ZeeyiElec unter Leitfaden zur Auswahl von NS- und MS-Durchführungen.

[Experteneinblick]

• Bei kleinen Schrauben spielt der Drehmomentfehler eine größere Rolle – eine Abweichung von 2 Nm bei einer M8-Schraube ist proportional größer als die gleiche Abweichung bei einer M12-Schraube.
• Der Kontaktwiderstand – und nicht die sichtbare Dichtheit – ist das eigentliche Kriterium für „bestanden“ oder „nicht bestanden“ bei der Inbetriebnahme.
• Je nachdem, ob das Gewinde trocken oder geschmiert ist, ändert sich die Bedeutung des “richtigen” Drehmoments bei gleicher Klemmkraft.

Folgen von zu geringem und zu hohem Anzugsmoment

Drehmomentfehler in beiden Richtungen führen zu eindeutigen Ausfallmustern, und die Erkennung des sich entwickelnden Musters hilft den Teams vor Ort, einzugreifen, bevor eine Verbindung im Betrieb ausfällt. Beide Ausfallverläufe verlaufen in der Regel eher schleichend als sofort – eine nur geringfügig zu fest angezogene LV-Durchführungsbuchse kann monatelang in Betrieb sein, bevor Symptome messbar werden.

Versagenspfad bei zu geringem Drehmoment

Eine Verbindung mit zu geringem Anzugsmoment führt zunächst zu einem erhöhten Kontaktwiderstand, der eine lokale I²R-Erwärmung an der Verbindungsstelle verursacht. Diese Wärme beschleunigt die Oxidbildung auf den Kontaktflächen, wodurch der Widerstand in einem sich selbst verstärkenden Kreislauf weiter ansteigt. Bei der Fehlerbehebung vor Ort an Niederspannungs-Verteilungsanlagen zeigt sich dieses Muster häufig zunächst als Temperaturanstieg von 15–30 °C über der Umgebungstemperatur an der Klemme während der thermischen Überprüfung – lange bevor die Verbindung so locker ist, dass sie von Hand festgestellt werden kann. Bleibt dies unbeachtet, kann der Temperaturwechsel aufgrund von Lastschwankungen die Verbindung weiter lockern, was schließlich zu Lichtbogenbildung und Verbrennungen an der Klemme führen kann.

Ausfallweg bei Überdrehmoment

Ein zu hohes Drehmoment birgt ein anderes Risikoprofil. Das Überschreiten des vorgeschriebenen Drehmoments – insbesondere bei kleineren M8-Bolzen, wie sie häufig bei Niederspannungsanschlüssen verwendet werden – kann zum Ausreißen des Gewindes, zur Verformung des Anschlussflansches oder zu Rissen im gegossenen Anschlussflansch führen. Bei Buchsen, bei denen der Anschlussbolzen fest mit dem Isolatorkörper verbunden ist, kann ein übermäßiges Drehmoment auch mechanische Spannungen auf das Porzellan- oder Epoxidgehäuse übertragen, wodurch die Gefahr von Haarrissen entsteht, die möglicherweise erst sichtbar werden, wenn eine spätere dielektrische Prüfung eine Schwachstelle aufzeigt. Im Gegensatz zu Ausfällen durch zu geringes Drehmoment treten Schäden durch zu hohes Drehmoment oft bereits bei der Installation auf und entwickeln sich nicht erst allmählich. Deshalb ist die Beobachtung des Anziehvorgangs während der Inbetriebnahme eine zuverlässigere Methode zur Erkennung als das alleinige Verlassen auf eine spätere thermische Inspektion.

Beide Fehlerarten verdeutlichen, warum die Drehmomentprüfung in die Checkliste für die Inbetriebnahme gehört und nicht als einmaliger Schritt bei der Installation betrachtet werden sollte.

Überlegungen zum Drehmomentbereich in Abhängigkeit von der Größe der Buchsenklemmen

Die Drehmomentwerte für LV-Durchführungsanschlüsse richten sich in erster Linie nach dem Bolzendurchmesser und dem Material der Anschlussösen und nicht allein nach der Spannungsklasse. Die Hersteller veröffentlichen spezifische Drehmomenttabellen für ihre Anschlusskomponenten, und Installateure sollten sich stets an diese Unterlagen halten und nicht auf allgemeine Richtwerte zurückgreifen.

Überlegungen zum Drehmomentbereich in Abhängigkeit von der Bolzengröße

Die genauen Drehmomentwerte variieren je nach Hersteller, Bolzenmaterial und Gewindezustand; daher sollten Installateure stets das spezifische Datenblatt der zu montierenden LV-Durchführungsverschraubung heranziehen, anstatt einen pauschalen Wert anzuwenden. Als allgemeine Richtlinie gilt, dass LV-Durchführungsanschlüsse im Bereich M8–M12 in der Regel in einen moderaten Drehmomentbereich fallen, der sowohl eine zu geringe Klemmkraft als auch Gewindeschäden verhindert – der maßgebliche Wert sollte jedoch der produktbezogenen Einbaudokumentation entnommen werden.

Die genauen Drehmomentangaben variieren je nach Bolzengröße, Material und Schmierzustand des Gewindes. Überprüfen Sie vor der Montage stets den korrekten Nm-Wert anhand des spezifischen Datenblatts für die Buchsenanschlussteile, anstatt sich auf einen allgemeinen Bereich zu verlassen.

Materialabhängige Anpassungen

Kupferklemmen vertragen den angegebenen Drehmomentbereich mit minimaler Langzeitrelaxation, da die mechanischen Eigenschaften von Kupfer die Klemmkraft bei Temperaturwechselbeanspruchung relativ stabil halten. Aluminiumklemmen verhalten sich anders – Aluminium neigt unter anhaltendem Anzugsdruck zum Kaltfluss (Kriechen), was bedeutet, dass die Verbindung in den ersten Wochen des Betriebs einen messbaren Prozentsatz der Klemmkraft verlieren kann, selbst wenn sie bei der Installation korrekt angezogen wurde. Bei Niederspannungs-Durchführungsanschlüssen mit Aluminiumklemmen ist dies der Grund, warum viele Spezifikationen eine planmäßige Nachziehprüfung anstelle eines einmaligen Anziehvorgangs vorschreiben und warum bei Aluminiumanschlüssen manchmal Belleville-Unterlegscheiben oder ähnliche Federelemente vorgeschrieben werden, um die Klemmkraft trotz Kriechverhalten aufrechtzuerhalten.

Informationen zur Auswahl der Anschlusshardware für das gesamte Sortiment an Nieder- und Mittelspannungsdurchführungen finden Sie bei ZeeyiElec unter Niederspannungsdurchführungen Produktreihe.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Montage und Drehmomentprüfung

Die richtige Einstellung des Anzugsmoments bei der Montage von Niederspannungs-Durchführungen hängt ebenso sehr von der Vorbereitung und der Reihenfolge der Arbeitsschritte ab wie von der endgültigen Einstellung des Drehschlüssels. Ein strukturiertes Vorgehen verringert die Schwankungen, die sowohl zu Ausfällen durch zu geringes als auch durch zu hohes Anzugsmoment an den Anschlüssen von Niederspannungs-Durchführungen führen.

Vorbereitung der Oberfläche vor der Installation

Die Kontaktflächen sollten sauber und frei von Oxidschichten sein und – bei Aluminiumanschlüssen – vor dem Zusammenstecken mit einer geeigneten Verbindungsmasse behandelt werden. Das Überspringen der Oberflächenvorbereitung ist eine der häufigsten Abkürzungen vor Ort, die zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führt, selbst wenn anschließend das Drehmoment korrekt angezogen wird.

Reihenfolge der Drehmomentanwendung

Mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel sollten die Befestigungselemente im ersten Durchgang auf ein Zieldrehmoment von etwa 50–60% angezogen und im zweiten Durchgang auf das volle Spezifikationsdrehmoment gebracht werden. Durch diese schrittweise Vorgehensweise wird die Anschlussklemme gleichmäßig eingesetzt und eine Überbeanspruchung einer Seite der Verbindung vermieden, was insbesondere bei Anschlussklemmen mit mehreren Schrauben ein Risiko darstellt.

Überprüfung nach der Installation

Eine Überprüfung der Anzugsmomente während der Inbetriebnahme in Verbindung mit einer Infrarot-Wärmebilduntersuchung unter Anfangsbelastung stellt sicher, dass die Verbindung wie erwartet funktioniert, bevor die Anlage im unbeaufsichtigten Betrieb genommen wird.

Anhand der Referenzdaten des Herstellers lassen sich die Drehmomentangaben leichter auf Ihre spezifischen Buchsenanschlussklemmen abstimmen. Das Ingenieurteam von ZeeyiElec kann Ihnen Datenblätter mit den Drehmomentangaben für Anschlussklemmen zur Verfügung stellen und Sie bei technischen Angebotsanfragen sowohl für Transformatorzubehör als auch für Kabelzubehör Produktlinien – erreichen Sie Ihre Kunden über die Auswahlhilfe für Transformatorenzubehör Um loszulegen.

Inbetriebnahmeprüfungen und Felddiagnose bei Problemen im Zusammenhang mit dem Drehmoment

Probleme im Zusammenhang mit dem Drehmoment machen sich bei der Inbetriebnahme selten deutlich bemerkbar – sie zeigen sich meist als subtile Abweichungen, die eine gezielte Überprüfung erfordern und nicht durch eine flüchtige Begutachtung erkannt werden können. Durch die Einbindung einer Drehmomentprüfung in den Inbetriebnahmeablauf lassen sich die meisten Probleme erkennen, bevor sie durch die Einschaltung unter Last zutage treten.

Anzeichen für einen lockeren Kontakt während der Inbetriebnahme

Der zuverlässigste Frühindikator ist ein Kontaktwiderstandswert, der über dem erwarteten Referenzwert liegt – in der Regel sollte jeder Wert, der an einer Niederspannungs-Durchführungsanschlussklemme etwa 100 μΩ überschreitet, untersucht werden, anstatt davon auszugehen, dass sich das Problem unter Last von selbst löst. Eine Infrarot-Wärmebilduntersuchung bei der ersten Einschaltung ist eine nützliche Zweitprüfung, da bereits ein Temperaturunterschied von 10–15 °C zwischen einem ansonsten identischen Anschlusspaar am selben Durchführungssatz häufig eher auf eine Abweichung beim Anzugsmoment als auf eine Lastungleichverteilung hindeutet. Der Vergleich einer Klemme mit ihrer ansonsten identischen Nachbar-Klemme ist oft aussagekräftiger als das Verlassen auf einen absoluten Temperaturschwellenwert, da sich die Umgebungs- und Lastbedingungen von Standort zu Standort unterscheiden.

Ein gemessener Kontaktwiderstand von mehr als ~100 μΩ oder eine Temperaturdifferenz von ≥10 °C zwischen vergleichbaren Anschlüssen sollte dazu führen, dass die Schrauben nachgezogen und erneut überprüft werden, bevor die Durchführung in Betrieb genommen wird.

Wann sollte man zum vollständigen Austausch der Buchse übergehen?

Ein einfaches Nachziehen behebt die meisten Fälle von zu geringem Drehmoment, wenn sie frühzeitig erkannt werden. Bleiben die Temperatur- oder Widerstandswerte jedoch auch nach einem korrekt durchgeführten Nachziehen erhöht, hat sich das Problem möglicherweise über die Anschlussverbindung selbst hinaus ausgeweitet – beispielsweise durch Oxidschäden an der Kontaktfläche oder eine beginnende Belastung des Isolators aufgrund eines früheren Überdrehmoments. In diesen Fällen birgt die weitere Nutzung der vorhandenen Anschlussklemme das Risiko eines Ausfalls unter Last im Feld, und der Austausch der Durchführung – anstelle wiederholter Nachziehen – ist der vertretbarere Weg, insbesondere bei Anlagen, bei denen die Ausfallkosten die Grenzkosten der Komponente übersteigen.

[Experteneinblick]

• Vergleichen Sie eine Klemme mit ihrer direkten Nachbar-Klemme im selben Buchsensatz – das ist eine zuverlässigere Überprüfung als ein absoluter Temperaturwert.
• Ein Nachziehen, das die erhöhten Messwerte nicht behebt, deutet auf eine Beschädigung jenseits der Verbindung hin und nicht darauf, dass ein erneutes Nachziehen erforderlich ist.
• Nehmen Sie die Überprüfung der Anzugsmomente in den Zeitplan für die Inbetriebnahme auf, nicht nur in den ersten Installationsschritt.

Normen und behördliche Vorschriften für die Drehmomentpraxis

Die Anwendung von Drehmomenten bei elektrischen Anschlussverbindungen ist keine willkürliche Branchenpraxis – sie geht auf etablierte Richtlinien für verschraubte elektrische Verbindungen zurück, auch wenn einzelne Hersteller von Durchführungen zusätzlich zu diesen allgemeinen Richtlinien eigene, auf ihre Produkte zugeschnittene Drehmomenttabellen herausgeben.

Einschlägige IEEE/IEC-Richtlinien zu Anschlussverbindungen

IEEE 837 regelt die Anforderungen an dauerhafte Verbindungen, die bei der Erdung von Umspannwerken verwendet werden, und obwohl es sich dabei nicht um eine direkte Drehmomentspezifikation für Durchführungsanschlüsse handelt, verdeutlicht das zugrunde liegende Prinzip – dass die Verbindungsintegrität unter thermischen Wechselbeanspruchungen überprüft werden muss, anstatt sie allein anhand des Anzugsdrehmoments anzunehmen –, warum das Nachziehen und thermische Prüfungen in der Inbetriebnahmephase Standardpraxis und keine optionalen Zusatzmaßnahmen sind.

In der Praxis haben die Drehmomenttabellen der Hersteller in der Regel Vorrang vor allgemeinen Standardrichtlinien, da sie das spezifische Material der Schrauben, die Gewindesteigung und die Auslegung der Befestigungsösen dieser Buchsenreihe berücksichtigen. Ein Abgleich beider Quellen – der allgemeinen Grundsätze aus den IEEE/IEC-Richtlinien und der spezifischen Werte aus dem Datenblatt des Herstellers – bietet Installateuren die zuverlässigste Grundlage für Entscheidungen bezüglich der Anzugsmomente vor Ort.

Weitere technische Informationen zu Normen für Schraubverbindungen finden Sie unter IEEE-837-Norm für die Qualifizierung von dauerhaften Verbindungen.

Häufig gestellte Fragen

Welches Drehmoment sollte bei Anschlüssen an LV-Durchführungsanschlüssen angewendet werden?

Die Drehmomentwerte liegen je nach Bolzengröße in der Regel im Bereich von 15 bis 55 Nm; der genaue Wert sollte jedoch stets der Drehmomenttabelle des Herstellers für die jeweilige Klemme entnommen werden, da das Material der Kabelschuhe und der Zustand des Gewindes den korrekten Einstellwert beeinflussen.

Was passiert, wenn eine LV-Durchführungsbuchse nicht mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen wird?

Ein verringerter Anpressdruck erhöht den Kontaktwiderstand an der Verbindungsstelle, was zu einer lokalen Erwärmung führt, die die Oxidation beschleunigt und zu Lichtbogenbildung führen kann, wenn das Problem bei der Inbetriebnahme nicht erkannt und behoben wird.

Kann ein zu hohes Drehmoment eine Buchsenklemme beschädigen?

Ja – ein zu hohes Drehmoment kann zu Gewindebruch führen, die Befestigungsöse verformen oder mechanische Spannungen auf den Isolierkörper der Buchse übertragen, und diese Art von Schäden tritt häufig bereits bei der Montage auf, anstatt sich wie bei einem Versagen aufgrund zu geringen Drehmoments allmählich zu entwickeln.

Wie oft sollte das Anzugsmoment der Buchsenklemmen nach dem Einbau erneut überprüft werden?

Eine Überprüfung der Anzugskraft wird üblicherweise bei der Erstinbetriebnahme und erneut nach dem ersten Temperaturzyklus oder der ersten Lastphase durchgeführt, da insbesondere Aluminiumklemmen in den ersten Wochen des Betriebs durch Kriechen an Klemmkraft verlieren können.

Müssen Kupfer- und Aluminiumkabelschuhe mit unterschiedlichen Anzugsmomenten angezogen werden?

Ja – Aluminiumklemmen neigen unter anhaltendem Druck stärker zum Kaltfließen und erfordern in der Regel eine genauere Einhaltung des vorgeschriebenen Drehmoments sowie regelmäßige Nachkontrollen, während Kupferverbindungen ihre Klemmkraft über einen längeren Zeitraum hinweg gleichmäßiger aufrechterhalten.

Wie lässt sich am besten überprüfen, ob das Drehmoment nach dem Einbau korrekt ist?

Ein kalibrierter Drehmomentschlüssel bestätigt zwar die mechanische Einstellung, doch in Kombination mit einer Kontaktwiderstandsmessung oder einer Infrarot-Wärmebildaufnahme unter Anfangsbelastung lässt sich die tatsächliche elektrische Leistung an der Verbindungsstelle direkter ablesen.

Wann sollte eine sich locker anfühlende Klemme nachgezogen und wann als austauschbedürftig gekennzeichnet werden?

Ein einmaliges Nachziehen reicht in der Regel aus, um erhöhte Widerstands- oder Temperaturwerte zu beheben. Bleiben diese Werte jedoch auch nach einem ordnungsgemäß durchgeführten Nachziehen bestehen, erstreckt sich der zugrunde liegende Schaden wahrscheinlich über die Verbindung hinaus, und ein Austausch sollte in Betracht gezogen werden.