#Frequenzumrichter – EPA GmbH (de)

Die Frage, ob ein Erdungsband oder lieber eine Einzeladerleitung für die Erdung verwendet werden sollte, ist einigen vermutlich nicht fremd.

Unser Epi entscheidet sich eindeutig für das Kupferband! Aber warum? Wenn der Querschnitt gleich ist, sind doch beide Leiter gleichermaßen in der Lage, Strom zu transportieren! Oder?

Das entspricht nur teilweise der Wahrheit. Die Fähigkeit, Strom zu transportieren, ist nämlich von der Frequenz abhängig. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Skin Effekt, was übersetzt soviel wie „Haut-Effekt“ bedeutet. Je höher die Frequenz des Stromes ist, der den Leiter durchfließt, desto mehr werden die Elektronen an den Rand des Leiters gedrückt, prinzipiell vergleichbar mit der Fliehkraft.

Das hat zur Folge, dass sich die Elektronen bei hohen Frequenzen nur noch im äußeren Bereich des Leiters bewegen und nicht mehr homogen verteilt über den kompletten Querschnitt. Der Stromfluss findet also nur noch auf der „Haut“ des Leiters statt.

Hier unterschiedet sich das Erdungsband von der Einzeladerleitung. Während letztere zwar – wie auch das Erdungsband – aus vielen kleinen, einzelnen Drähten besteht, sind diese hier allerdings in einem runden Leiter zusammengefasst und die nutzbare „Hautfläche“ des Leiters somit relativ klein. Im Vergleich zum gesamten Leiterquerschnitt, bietet ein Erdungsband allein durch den flachen Aufbau eine sehr viel größere „Hautfläche“ auf der hochfrequente Ströme fließen können.

In unserem deutschen Netz mit einer Frequenz von 50Hz wird es kaum einen Unterschied machen, ob ein Erdungsband oder eine Kupferleitung verwendet wird, solange auch nur 50Hz-Ströme zu erwarten sind. Doch wie können wir sicher sein, dass keine Ströme mit höheren Frequenzen entstehen? In der heutigen Zeit sind Antriebsregler sehr weit verbreitet; selbst in haushaltsüblichen Geräten sind sie keine Seltenheit mehr. Diese Antriebsregler nutzen eine Technik, die unsere 50Hz-Netzfrequenz in eine sehr viel höhere Frequenz (im kHz-Bereich) umwandelt. Ebenso ist bekannt, dass bei solchen Geräten ein sogenannter Ableitstrom entsteht. Also ein Strom, der unter normalen Bedingungen (kein Fehlerfall) über die Erde abfließt. Und schon hat der Leiter, welcher für die Erdung verwendet wird, nicht nur 50Hz-Ströme zu transportieren, sondern eben auch die hochfrequenten Ableitströme. Es gibt noch viele weitere Quellen für hochfrequente Ströme, doch diese alle zu erörtern, würde an dieser Stelle den Rahmen sprengen.

Zumindest sollte nun aber klar sein, weshalb unser Epi anstatt zur Einzeladerleitung lieber zum Kupferband greift!

Den folgenden kurzen Bericht kann man durchaus als „typischen“ Ablauf von Analyse zu Fehlerbehebung bezeichnen.

Die Problemstellung war diese: Eine mobile Maschine, genauer gesagt eine Präzisions-Drehmaschine für Produktion, Aus- und Weiterbildung, verfügt über eine 32 A Stromversorgung mittels CEE Stecker und muss laut VDE folglich per 30 mA RCD für den Personenschutz abgesichert werden – gerade im Hinblick auf die geplante Verwendung in einer Schulungsumgebung von elementarer Wichtigkeit! Der Betrieb der Maschine war so allerdings nicht möglich, da die Maschine selbigen auslöste.

Für den mit der Lösung eines solchen Problems betrauten Techniker besteht der erste Schritt darin, mehr Informationen zu sammeln, um sich ein umfassenderes Bild machen zu können: Wann kommt es zur Auslösung? Was sind mögliche Verursacher? Wird überhaupt der richtige Typ RCD verwendet? Was hat der Kunde selbst schon an Gegenmaßnahmen ausprobiert? Wurde bereits eine Ableitstrom-Messung durchgeführt?

Im vorliegenden Fall ergaben diese Fragen, dass die Drehmaschine beim Zuschalten des Hauptschützes den – korrekt ausgewählten – allstromsensitiven Fehlerstromschutzschalter vom Typ B auslöste. Diese Erkenntnis bekräftigte den Techniker auch in seiner Vermutung, dass die Verursacher des Problems die beiden verbauten dreiphasigen Frequenzumrichter sind, denn diese werden mittels des Schützes geschaltet – ein geradezu klassisches Fehlerbild. Aufgrund vorheriger Erfahrungen mit dieser Problematik hatte der Kunde auf eigene Lösungsversuche verzichtet und sich direkt an die EPA GmbH gewandt. Diese führte eine detaillierte Messung und Analyse der vorhandenen Ableitströme durch, was die endgültige Bestätigung brachte: Die Auslastung des RCD lag bei rund 290 % mit 67 mA Ableitstrom in dem für dreiphasige Frequenzumrichter typischen 150 Hz Frequenzbereich.

Nach Einbau eines LEAKCOMP® HP in die Zuleitung der Maschine zeigte die erneute Ableitstrommessung eine unkritische Auslastung des RCD von rund 21 %. Hierdurch ließ sich die Maschine ohne Probleme am Fehlerstromschutzschalter betreiben und der zuverlässige Schutz der Schüler ist gewährleistet.