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Elektrische Antriebe Ableitstrom kompensieren und Anlagenverfügbarkeit erhöhen

Autor / Redakteur: Georg Schmitz * / Gerd Kucera

Frequenzgeregelte Antriebe erzeugen betriebsbedingt Ableitströme, die zur Fehlauslösung einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung führen können. Wie sich das vermeiden lässt, zeigt dieser Beitrag.

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LEAKCOMP HP verkabelt: Das Gerät kompensiert betriebsbedingte Ableitströme bis 400 mA (RMS). Der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzschaltern mit einem Differenzstrom von 30 mA oder höher nach DIN VDE 0100-530 ist möglich. Die Betriebssicherheit von Anlagen wird dadurch erhöht.
LEAKCOMP HP verkabelt: Das Gerät kompensiert betriebsbedingte Ableitströme bis 400 mA (RMS). Der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzschaltern mit einem Differenzstrom von 30 mA oder höher nach DIN VDE 0100-530 ist möglich. Die Betriebssicherheit von Anlagen wird dadurch erhöht.
(Bild: EPA)

In der modernen Automatisierungstechnik sind drehzahlverstellbare elektrische Antriebssysteme unumgänglich. Für Asynchron-, Servo- und Permanentmagnetmotoren werden Frequenzumrichter (FU) zur Drehzahlverstellung eingesetzt. Die hochdynamischen Ausgangsstufen dieser Frequenzumrichter schalten hohe Gleichspannungen im Mikrosekundenbereich und können dadurch unzulässig hohe Störungen in der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) erzeugen.

Aber auch für diese Komponenten gelten natürlich die gesetzlichen Richtlinien der EMV, wie beispielsweise die EN 61800-3. Da diese Vorgaben eingehalten werden müssen, sind entsprechende Entstörmaßnahmen zu implementieren.

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Ursachen und Gefahren von Ableitströmen

Neben externen EMV-Maßnahmen wie zum Beispiel abgeschirmten Motoranschlussleitungen und vorgeschalteten Netzfiltern werden auch sogenannte interne EMV-Filter eingesetzt. Diese bestehen meistens aus einem oder mehreren Kondensatoren, die vom DC-Zwischenkreis zum Schutzleiter geschaltet sind. Die Wirkung dieser Filter ist in der Regel sehr gut. Die Einhaltung der EMV-Richtlinien ist so auch bei längeren Motorleitungen gewährleistet.

Diese internen und externen Filtermaßnahmen haben allerdings nicht nur Vorteile. Alle kapazitiven Schutzleiteranbindungen leiten nicht nur hochfrequente Ströme gemäß der EMV-Richtlinie (z.B. 150 kHz bis 2 GHz) ab, sondern auch niederfrequente Ströme (z.B. 50 Hz bis 20 kHz).

In vielen industriellen Anwendungen kommen wegen der hohen Personen- und Brandschutzanforderungen allstromsensitive Fehlerstromschutzschalter vom Typ B bzw. B+ zum Einsatz. Im Frequenzbereich bis zu 2 kHz sind diese Fehlerstrom-Schutzschalter besonders empfindlich.

Detektiert nun dieser Fehlerstrom-Schutzschalter die betriebsbedingten Ableitströme von einem oder mehreren Frequenzumrichtern und deren EMV-Filtermaßnahmen, kann dies zu unerwünschten Fehlauslösungen führen, obwohl weder eine Berührung stromführender Teile durch eine Person noch ein Defekt in den Geräten vorliegt. Die Anlagenverfügbarkeit wird dadurch stark reduziert bzw. die Anlage lässt sich nicht am Fehlerstrom-Schutzschalter betreiben.

Ableitstrom sehen und verstehen

Ursache hierfür ist, dass Fehlerstrom-Schutzschalter (in Kurzform als FI-Schutzschalter bezeichnet) nicht zwischen betriebsmäßigen Ableitströmen und echten Fehlerströmen unterscheiden können. Es ist zwar möglich, die Höhe der Ableitstrombelastung zu messen, jedoch fehlt es an einer Aussage über einzelne Frequenzanteile dieser Belastung sowie einer Beurteilungsmöglichkeit in Bezug auf die Auslösekennlinie der verwendeten Fehlerstrom-Schutzschalter.

Ergänzendes zum Thema
Erfolgreiches drittes Praxisforum Elektrische Antriebstechnik

Mit rund 290 Teilnehmern schloss das dritte dreitägige Praxisforum Elektrische Antriebstechnik (vom 7. bis 9. März 2016 im VCC Würzburg). 26 renommierte Branchenexperten aus Forschung und Industrie diskutierten Antriebsaufgaben und stellten anwendbare Technik vor. Einen Rückblick über das Programm aller drei Tage finden Sie unter www.praxisforum-antriebstechnik.de. Der Termin für das 4. Praxisforum Antriebstechnik ist der 4. - 6.4.2017.Der Termin für das 4. Praxisforum Antriebstechnik ist der 4. - 6.4.2017.Der Termin für das 4. Praxisforum Antriebstechnik ist der 4. - 6.4.2017.

Themen des 1. Tages (7.3.2016) waren: Schaltungsbeispiele mit Motion Control Chips (MCU, FPGA, ASSP, Chip Set), Schaltungsbeispiele mit Power Devices.

Themen des 2. Tages (8.3.2016) waren: Best-Practice-Beispiele, Trends sowie sofort anwendbare Technik aus der Forschung (mit begleitender Ausstellung).

Themen des 3. Tages (9.3.2016) waren:

Sensorik, Motion Software, Simulation (Lageregelung, Motoranalyse, EMV und funktionale Sicherheit).

Als Lösung für dieses Problem wurde daher das Analysesystem EPA LEAKWATCH entwickelt. Es ist speziell auf die Messung von Ableitströmen ausgerichtet und zudem flexibel erweiterbar.

Über das EPA LEAKWATCH lässt sich schnell und einfach der Auslastungsgrad der ausgewählten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mittels einer Prozentanzeige sowie farblichen Ampeldarstellungen erkennen.

Das EPA-LEAKWATCH-System ermöglicht eine Frequenzanalyse sowie die Betrachtung der Effektivwerte einzelner Frequenzanteile. Diese Lösung gibt damit eine wertvolle Hilfestellung bei der Ableitstrombilanzierung und der Auswahl eventueller Filtermaßnahmen.

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