Betriebssicherheit: Vorsicht, Ableitströme!

Betriebsbedingte Ableitströme werden durch elektrische Geräte und Bauteilschaltungen hervorgerufen. Verursacher sind Komponenten der Antriebstechnik. Um die CE-Konformität und deren Schutzziele der Niederspannungs-, EMV- und Maschinenrichtlinie zu erfüllen, sind entsprechende Maßnahmen zu treffen.

Der »Leakcomp HP« ermittelt betriebsbedingte Ableitströme und kompensiert sie. Ableit- und Fehlerströme werden dabei differenziert. Bildquelle: © EPA GmbH

Der »Leakcomp HP« ermittelt betriebsbedingte Ableitströme und kompensiert sie. Ableit- und Fehlerströme werden dabei differenziert.

In der modernen Automatisierungstechnik sind drehzahlverstellbare Antriebssysteme unumgänglich. Für Asynchron-, Servo- und Permanentmagnetmotoren werden Frequenzumrichter 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 die gesetzlichen Richtlinien der EMV – darunter die EN 61800-3. Da diese eingehalten werden müssen, sind entsprechende Entstörmaßnahmen zu implementieren.

Ableitströme: Ursachen und Gefahren

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

Interne und externe 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).

Frequenzverlauf ohne Ableitstromkompensation: FI-Auslastung zu hoch, ohne Kompensation – der Fehlerstrom-Schutzschalter löst aus. Bildquelle: © EPA GmbH

Frequenzverlauf ohne Ableitstromkompensation: FI-Auslastung zu hoch, ohne Kompensation – der Fehlerstrom-Schutzschalter löst aus.

In vielen industriellen Anwendungen kommen wegen der hohen Personen- und Brandschutzanforderungen allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) 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 das zu unerwünschten Auslösungen führen, obwohl weder eine Berührung stromführender Teile durch eine Person, noch ein Defekt in den Geräten vorliegt. Die Anlagenverfügbarkeit wird so stark reduziert bzw. es lässt sich die Anlage nicht am Fehlerstrom-Schutzschalter betreiben.