Sammelschienen verzinnen, ja aber!

Früher hat man häufig Sammelschienen verzinnt oder zaponiert 1, beides hält die Schienen schön glänzend, beides macht man nur noch selten und zwar nicht bloss aus Kostengründen.

Vorweg, das Verzinnen hat den Zweck, die Oxidation bei Kontaktstellen, wie sie bei Steckkontakten von Einschüben oder steckbaren Leitungsschutzschaltern vorkommen, zu verhindern. Das ist auch richtig und wichtig. Allerdings muss auf die Umgebung geachtet werden und das optimale Verfahren gewählt werden. In trockener Umgebung und bei Raumtemperatur ist das in der Regel noch kein Problem. Bei einer Verteilkabine, einer Aussenanlage oder einer Trafostation möglicherweise schon.

Das Verzinnen von Sammelschienen ist problematisch, weil es insbesondere dadurch wahrscheinlicher wird, dass Whisker entstehen könnten. Sie bilden sich auch bei Kupfer und anderen Metallen, aber nicht so ausgeprägt. Whisker, Haarkristalle genannt, sind nadelförmige Einkristalle von wenigen Mikrometern Durchmesser. Sie können bis über 10 Millimeter lang werden und entstehen besonders an Zinnoberflächen, aber auch auf Silber, Kadmium und Zinkbeschichtungen. Manchmal sind sie an zaponierten oder blankem Kupfer beobachtet. Und sie sind elektrisch leitend. Zu beobachten sind sie auch an verzinnten alten Elektronikplatinen. An verzinnten Sammelschienen in Schaltanlagen kommt das Problem immer wieder vor. Ebenso an verzinnten Kabelschuhen und auch in Leistungsschaltern. Sie bilden sich durch mechanische Spannung in der Zinnschicht, entstanden im Galvanisierungsprozess, aber auch durch Anziehen von Schrauben und allerlei mechanischer Beanspruchung. Hohe Temperaturen über 60° uns hohe Luftfeuchtigkeit begünstigen das Wachstum der Whisker. Die Situation hat sich zudem seit der Einführung der RoHS-Richtlinie, EG-Richtlinie 2002/95/EG im 2003 und 2011/65/EU im 2011 verschärft, da ab diesem Zeitpunkt eine neue der RoHS-Richtlinie in Kraft getreten war, welche den Bleigehalt drastisch reduziert hatte, was das Wachsen von Whisker zusätzlich stark fördert.

Whisker führen immer wieder zu unerklärlichen Kurzschlüssen, deren Ursache oft unentdeckt bleibt. Vor ein paar Jahren warnte bereits der ehemalige Starkstrominspektor, Autor und Dozent Werner Berchtold vor dieser Gefahr an einer Tagung im Tessin.

Entstehung von Whisker

Auch die NASA hat dieses Problem erkannt und forscht in diesem Bereich intensiv. Sie hält eine breite Dokumentation über dieses Thema im Internet bereit. Hier sind auch Fotos dokumentiert, wie das aussehen kann.

Entstehung von Whisker

Wenn Whisker auch an Kupferschienen entstehen können, warum soll trotzdem nicht verzinnt werden? Laut einem Gutachten des Sachverständigen in Hoch- und Mittelspannungsanlagen, Jürgen Vogler aus Berlin, sind diese Whisker besonders bei galvanisch aufgebrachten Verzinnungen auf Kupfer oder Aluminiumschienen problematisch. Allerdings haben die dünnen Whiskerfäden zu wenig Stromtragfähigkeit, um einen Lichtbogen zu zünden. Das haben Versuche mit sehr feinen Drähten und minimalen Luftstrecken belegt. Bei sehr dichter Whisker-Belastung von mehr als 10 Whisker pro Quadratzentimeter besteht die Möglichkeit, dass ein Whiskerfaden zündet und wegschmilzt, was zu einer geringen Ionisation führt. Das Eigenmagnetfeld der stromdurchflossenen Stromschiene beschleunigt das ionisierte Gas, was dazu führt, dass weitere Whisker zünden und so eine Stossentladung eingeleitet wird, so Vogel weiter in seinem Bericht. Aus dem selben Grund soll Whisker nicht unter Spannung gereinigt werden. Das kann unter Umständen zu gefährlichen Lichtbogen führen.

Zaponlacke helfen da auch nicht weiter, da die Whisker durch die sehr dünne Lackschicht hindurchtreten können.

Gegen Whisker helfen hingegen:

  • Feuerverzinnen
  • Trennplatten aus Kunststoff
  • Grössere Abstände
  • Überzüge aus Kunststoff

Wenn Whisker entdeckt wird, werden die befallenen Teile am besten ersetzt. Die Überprüfung der Umgebungsbedingungen und allfällige Verbesserungen daran vermeiden, dass in wenigen Jahren das Problem erneut auftritt.

Literatur

Vinaricky (Hrsg.) et. al.: Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen, Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren

Vogler, Publikation auf seiner Internetseite.

NASA, Publikation auf ihrer Internetseite

Bildnachweis

Titelbild: NASA

Grafik Entstehung Whister: Markus Gehrig, MG Power Engineering AG

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