Vorsicht vor Ableitströmen

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

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SCHURTER AG

Ableitströme von Filtern

In den EMV-Filtern sind Kondensatoren von allen Leitern gegen Erde verdrahtet. Über jeden dieser Y-Kondensatoren fliesst, entsprechend der Kondensatorgrösse, Netzspannung und Frequenz ein fortwährender Strom. In einem idealen 3-Phasen-Netz mit sinusförmiger Spannung ist die Summe all dieser Ströme null. In der Praxis entsteht aber, durch die starke Verzerrung der Netzspannung, ein andauernder Ableitstrom gegen Erde. Dieser ist auch vorhanden, wenn die Maschine nicht läuft, die Spannung also nur am Filter anliegt. Die meisten Filterhersteller geben den maximal zu erwartenden Ableitstrom an, so dass man gut das geeignete Filter auswählen kann. Allerdings ist zu bedenken, dass dies theoretische Werte sind, die wegen unsymmetrischer Belastung oder höherer Frequenz (> 50 Hz) abweichen können. Deshalb sollte man die Ströme gegen Erde mit eingebauten Filtern im Betrieb nachmessen.

Viele FU werden mit bereits integrierten oder sogenannten Unterbau-Filtern geliefert. Dies sind meist einfache, preiswerte Filter mit kleinen Drosseln und grossen Kondensatoren zwischen den Polleitern und Erde, welche grosse Ableitströme verursachen. Die Filterwirkung der grossen Y-Kondensatoren lässt sich meist nur durch grössere Induktivitäten ersetzen. So muss zum Beispiel ein einstufiges Filter mit grossen Y-Kondensatoren durch ein zweistufiges Filter mit zwei Drosseln ersetzt werden, welches grösser und teurer ist.

Oftmals gibt es zu den beiliegenden Filtern auch gleich eine EMV-Konformitätserklärung. Diese gilt jedoch nur für einen idealen Aufbau und kurze Motorleitungen. Längere Motorleitungen, mit zum Beispiel mehr als 10 m, erfordern eine neue EMV-Messung. Lange Motorleitungen erzeugen auch eine grössere Kapazität gegen Erde, die wiederum grössere Ableitströme zur Folge haben. Diese zusätzlichen asymmetrischen Ströme können zu einer magnetischen Sättigung der Drossel im Filter führen. Dadurch verliert das Filter einen grossen Teil seiner Wirkung und die Anlage überschreitet die zulässigen EMV-Grenzwerte.

Ableitströme im Filter reduzieren

Abhilfe schaffen hier kürzere Leitungen oder ein Ausgangsfilter. Dieses Filter, auch Sinusfilter genannt, sollte direkt am Ausgang des FU eingesetzt werden. Es verringert, durch die Reduzierung der Flankensteilheit der Motorspannung, wirkungsvoll die Ableitströme oberhalb 1 kHz.

Sinusausgangsfilter FMAC Sine von Schurter.

Werden mehrere FU in einer Anlage eigesetzt, kann es sich lohnen, anstelle eines Filters für jeden FU, ein gemeinsames Filter am Netzeingang zu verwenden. Dies spart nicht nur Kosten und Platz, sondern verkleinert auch den Ableitstrom. Viele Hersteller bieten auch besonders ableitstromarme Filter für die FU oder Summenfilter am Netzeingang an.

Eine besonders einfache und effektive Möglichkeit den Ableitstrom zu verringern, ist die Verwendung eines 4-Leiter-Filters mit Neutralleiter anstelle der 3-Leiter-Filter. Die meisten Filter mit Neutralleiter haben kleinere Ableitströme, da viele Kondensatoren zwischen Polleiter und Neutralleiter verbunden werden. Dadurch kann der Hauptteil der Ableitströme über den Neutralleiter zurückfliessen. Da der Neutralleiter gleich wie die Polleiter durch den Fehlerstromschutzschalter gemessen wird, löst dieser nicht aus, da die Summe der Ströme gleich ist.

Ist die Dämpfung eines Filters nicht ausreichend, kann dieses mit einer zusätzlichen Netzdrossel kombiniert werden. Diese reduziert die Stromwelligkeit und Oberschwingungen und sorgt somit für kleinere Ableitströme.

Fazit

Zusammenfassend eigen sich folgende Massnahmen gegen zu hohe Ableitströme bei Anlagen mit Frequenzumrichtern. Sie lassen sich auch gut kombiniert anwenden:

• Stromkreise in RCD-geschützt und ungeschützt aufteilen,

• Gefilterte und ungefilterte Kabel trennen,

• Schrittweises Starten der FU,

• Frequenzumrichter nahe beim Motor (kurze Motorleitungen),

• Überspannungsschutz zum Schutz vor Spannungsspitzen,

• RCD mit verzögertem Ansprechverhalten,

• Differenzstrommessgerät (RCM),

• Netzdrosseln,

• Summenfilter am Netzeingang anstelle mehrerer einzelner Filter,

• 4-Leiter-Filter mit Nullleiter anstelle 3-Leiter-Filter verwenden,

• Ausgangsfilter (Sinusfilter) und

• Ableitstromarme Filter.

Schurter bietet eine breite Palette an Netzfiltern und Ausgangsfiltern an, viele davon auch als ableitstromarme Versionen. Mit dem professionellen EMV-Messservice von Schurter wird das für eine Anwendung optimale Filter bestimmt und zusätzlich auch der Ableitstrom der Anlage gemessen. Passt keines der Standardprodukte, wird in kurzer Zeit eine kundenspezifische Lösung entwickelt. (mz)

* *Herbert Blum ist Product Manager EMV bei der Schurter AG in Luzern.

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