Messungen zu Anstiegs- und Abfallzeiten bei Kurzschlüssen

Autor / Redakteur: Peter Mock * / Kristin Rinortner

Für Spannungseinbrüche und Kurzzeitunterbrechungen fordert die IEC/EN 61000-4-11 Anstiegs- und Abfallzeiten der Prüfspannungsquelle von 1 bis 5 μs bei 100 W Last. Sind diese Angaben realitätsnah?

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Immunitätsprüfung: Technologischer Vorsprung des Linearverstärkers beim normgerechten Prüfen –Anstiegszeit in der IEC/EN 61000-4-11
Immunitätsprüfung: Technologischer Vorsprung des Linearverstärkers beim normgerechten Prüfen –Anstiegszeit in der IEC/EN 61000-4-11
(Bild: Spitzenberger & Spies)

Die IEC/EN 61000-4-11 definiert Immunitätsprüfungen für Geräte, die an das öffentliche Niederspannungsverteilnetz angeschlossen werden. Es soll dabei die Immunität von Geräten gegenüber Spanungseinbrüchen und Kurzzeitunterbrechungen geprüft werden.

Die Definition von Spanungseinbrüchen und Kurzzeitunterbrechungen sowie deren Ursachen finden sich in der EN 61000-2-8. Generell werden beim Bewerten von diesen Phänomenen immer Effektivwerte der Spannung herangezogen, die über die Dauer einer Periode gemittelt werden. Wesentlicher Unterschied zwischen Spannungseinbrüchen und Kurzzeitunterbrechungen ist die Höhe der Spannungsveränderung und deren Dauer. Spannungseinbrüche sind Veränderungen der Spannung bis zu einem bestimmten Wert in Kombination mit einer bestimmten Dauer (Tabelle 1).

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Kurzzeitunterbrechungen sind Ausfälle der Spannung in allen Leitern auf einen Wert von 0% der Nennspannung für eine Zeitdauer von 250 Perioden (5 s). Wodurch werden solche Phänomene hervorgerufen?

Die EN 61000-2-8 enthält umfangreiches statistisch ermitteltes Material über die Häufigkeit und die Ursachen von Spannungseinbrüchen und Kurzzeitunterbrechungen. Eine der Hauptursachen sind durch Blitzschlag hervorgerufene Überspannungen im öffentlichen Verteilungssystem, sowie Kurzschlüsse innerhalb von Geräten und in der Verteilung. Eine Folge dieser Phänomene ist unter anderem das Auslösen von Sicherungen.

Bevor eine Sicherung auslöst, wird ein dramatischer Anstieg des Stromes bis hin zum Kurzschlussstrom hervorgerufen (Bild 1). Dieser verursacht an der Impedanz des Versorgungsnetzes jenen real auftretenden Spannungseinbruch, der in den IEC/EN Normen diskutiert wird. Der zeitliche Verlauf eines solchen Kurzschlusses lässt sich sowohl rechnerisch als auch messtechnisch überprüfen.

Die für die Simulation zugrundeliegende Netzimpedanz ist die in der EN 61000-3-3 definierte Referenzimpedanz mit 0,4+j0,25 Ohm. Simuliert wurde das Verhalten einer reellen Last mit einem Nennstrom von 16 A bei einem in der Nähe (20 m Leitung) auftretendem Kurzschluss bei einem Kabelquerschnitt von 1,5 mm².

Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Versorgungsspannung bei einem solchen Kurzschluss zeigen die Bilder 2 und 3.

Im zeitlich höher aufgelösten Diagramm in Bild 3 erkennt man deutlich eine Abfallzeit der Spannung in der Größenordnung von 5 µs. Sollen diese Spannungseinbrüche mit einer Prüfquelle nachgebildet werden, muss die verwendete Quelle schnell genug sein, um diese Anstiegs- und Abfallzeiten reproduzieren zu können.

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