Fehlerströme

Modul eliminiert Ableitströme und verbessert die EMV

| Redakteur: David Franz

Das Leistungsmodul LeaXield wurde entwickelt, um Ableitströme zu eliminieren. Geschaltet wird das Modul zwischen den Fehlerstromschutzschalter und den EMV-Eingangsfilter.
Das Leistungsmodul LeaXield wurde entwickelt, um Ableitströme zu eliminieren. Geschaltet wird das Modul zwischen den Fehlerstromschutzschalter und den EMV-Eingangsfilter. (Bild: EPCOS)

In Umrichter-Antrieben verursachen die einzelnen Komponenten Ableitströme, die in Summe den Fehlerstrom-Schutzschalter auslösen können. Das Modul LeaXield eliminiert diese Ableitströme.

In Industrieanlagen wie auch im Gebäude-Management werden drehzahlvariable Antriebe für vielfältige Aufgaben eingesetzt und in der Regel aus dreiphasigen TN-Netzen gespeist. Ein komplettes Antriebssystem besteht aus einem EMV-Eingangsfilter, dem Frequenzumrichter und dem Motor.

Eine ebenso wichtige Komponente, die bei der Systembetrachtung oft vernachlässigt wird, ist das geschirmte Kabel zwischen Umrichter und Motor, das oft Längen von mehr als 200 m haben kann. Aus Sicherheitsgründen werden die Antriebssysteme über Fehlerstromschutzschalter mit dem Netz verbunden.

Ein wesentliches Problem von Umrichter-basierten Antrieben ist ein betriebsbedingter Ableitstrom (Schutzleiterstrom) durch parasitäre Kopplung. Sie ist neben der Systemtopologie auch stark von der Flankensteilheit, der Frequenz und der Amplitude abhängig.

Unter ungünstigen Umständen übersteigt die Summe der Ableitströme die Auslöseschwelle des Fehlerstromschutzschalters (Bild 1).

Übliche Fehlerstromschutzschalter haben zum Beispiel eine Auslöseschwelle von 30 mA für Ströme im Frequenzbereich <100 Hz, die auf 300 mA für Ströme mit Frequenzen >1000 Hz steigt. Besonders lange Motorleitung können dazu führen, dass die 300-mA-Schwelle überschritten wird (Bild 2).

Dies führt zu einem unbeabsichtigten Abschalten des Systems, was in Industrieanlagen Produktionsausfälle und hohe Kosten zur Folge haben kann.

Bisher gab es zwei Möglichkeiten, das Auslösen des Fehlerstromschutzschalters durch zu hohe Ableitströme zu verhindern:

Ergänzendes zum Thema
 
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  • Umfangreiche EMV-Befilterung: Durch die Verwendung von größeren und oft überdimensionierten Filtern lassen sich insbesondere die hochfrequenten Ableitströme reduzieren. So können etwa wirksamere EMV-Eingangsfilter in Kombination mit zusätzlichen Ausgangsfiltern eingesetzt werden, was allerdings mit vergleichsweise höheren Kosten verbunden ist. Ein weiterer Nachteil dieser Maßnahme gegen Ableitströme ist das Platzproblem, das vor allem bei der Nachrüstung mit größeren und zusätzlichen Filtern auftritt.
  • Fehlerstromschutzschalter mit hoher Auslöseschwelle: Diese Maßnahme ist mit erheblichen Risiken verbunden, da durch die höheren Ableitströme Potenzialverschiebungen auftreten und die zulässige Berührungsspannung von maximal 50 VAC überschritten werden kann. Außerdem sind Schäden an den einzelnen Komponenten des Systems möglich.

Weil beide Methoden unbefriedigend sind, ist das Modul LeaXield entwickelt worden, um Ableitströme zu eliminieren (Bild 3). Geschaltet wird das Modul zwischen den Fehlerstromschutzschalter und den EMV-Eingangsfilter.

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