Ströme auf PE/PA-Leitern in Anlagen mit Antriebstechnik Teil 1
Grundlagen zur Entstehung, kapazitiver Einfluss der Leitungen
Dieser Beitrag beschreibt die verschiedenen Ursachen für die Entstehung von Potentialausgleichsströmen in Anlagen, Möglichkeiten zur Messung/Analyse und Maßnahmen zur Vermeidung dieser Ausgleichsströme mit besonderem Bezug auf Antriebsumrichtern. Dabei werden die Phänomene insbesondere aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit betrachtet.
Haushalte, Gewerbe und Industrie in Deutschland sind heutzutage nahezu flächendeckend mit Unterhaltungselektronik, PC und Datenverarbeitungsgeräten sowie energiesparenden Beleuchtungssystemen ausgerüstet. In Büro- und Verwaltungsgebäuden kommt in zunehmendem Maße neben der einphasigen Elektronik für PC, Energiespar-, LED- und Leuchtstofflampen auch im Drehstromnetz Leistungselektronik für die Regelung von Heizung, Lüftung und Klimatisierung zum Einsatz. Diese nutzen moderne Frequenzumrichtertechnik für maximale Effizienz der Systeme, um so hohen Komfort bei gleichzeitig deutlichen Energieeinsparungen zu erreichen. Gleiches gilt für den industriellen Bereich, in dem alle Produktionsprozesse stufenlos regelbar sein müssen, um die hohen Qualitätsanforderungen und eine optimale Produktivität zu garantieren. Weiterhin hat sich ein bedeutender Bestand an Solarwechselrichtern in unseren Niederspannungsnetzen gebildet.
Ursachen und Wirkungen
In modernen Niederspannungsnetzen kommt es – allerdings unbeabsichtigt, sozusagen als unerwünschter Nebeneffekt – zur Entstehung von Strömen, die sich über Schutzleiter (PE-) und Potentialausgleich (PA-Leitungen) sowie mit Erdpotential verbundene Strukturen ausbreiten. Dies kann im ungünstigen Fall zu unerwünschten Auslösungen von Schutzeinrichtungen führen, die beispielsweise zur Sicherstellung von Personen- und Brandschutz vorgesehen sind. Denn Schutz- und Überwachungsgeräte arbeiten nach dem Prinzip, einen möglichen Fehlerstrom auf dem PE-Leiter durch eine Differenzstrommessung mit Effektivwertauswertung zu detektieren. Eine individuelle Bewertung der vorhandenen Frequenzanteile findet aber nicht statt. Daher unterscheiden diese Geräte auch nicht zwischen einem betriebsmäßigen Gleichtaktstrom oder einem tatsächlichen Fehlerstrom, z. B. aufgrund eines Isolationsschadens. Ebenfalls kann es zu Störungen von Automatisierungs- und Kommunikationstechnik kommen. Typischerweise ordnet der Anwender diese unerwünschten Ströme schnell einem oder mehreren „Verursachern“ zu. Potentielle „Verursacher“ von Betriebsströmen auf Potentialausgleichsanlagen sind dabei:
- Schaltnetzteile in PC und Unterhaltungselektronik;
- Unterbrechungsfreie Stromversorgungen;
- Energiesparende Beleuchtungstechnik wie Energiesparlampen und LED;
- Spül- und Waschmaschinen;
- Kälte-/Klimageräte;
- Solarwechselrichter;
- Aufzüge, Fahrtreppen;
- Pumpen, Lüfter sowie
- Maschinenantriebe.
Eine prinzipielle Ursache für die Entstehung liegt zunächst einmal darin begründet, dass PE- und PA-Systeme aus Sicht ihres Funktionsziels nicht streng trennbar sind.