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01 Mit Motor-Entstörmodulen gehören Windungskurzschlüsse der Vergangenheit an. Sie verlängern die Lebensdauer der elektronischen und elektrischen Komponenten von Motoren deutlich und ermöglichen einen EMV-gerechten Aufbau von Maschinen und Anlagen

Richtig entstören – Wartungsaufwand senken

02 In unmittelbarer Nähe zur Störquelle angebrachte Entstörmodule sorgen dafür, dass die Abschaltinduktionsspannungsspitzen reduziert werden

03 Die dreiphasigen, einstufigen Netzentstörfilter MEF 3/1 werden im Bereich von 0,1 MHz bis 30 MHz zur Unterdrückung leitungsgebundener Störungen auf Netz- und Versorgungsleitungen eingesetzt

Wer Maschinen und Anlagen richtig entstört, darf sich nicht nur über eine höhere Anlagen- und Maschinenverfügbarkeit freuen, er hat zudem weniger Wartungsaufwand. Es lohnt sich also, sich mit dem Thema zu beschäftigen und Störungen möglichst schon an der Störquelle zu beseitigen. Je nach Anforderung und Applikation bieten sich Entstörmodule, Netzfilter oder Massebänder dazu an, die EMV-Problematik zu lösen.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) beschreibt die Fähigkeit von elektrischen Komponenten und Anlagen, in elektromagnetischer Umgebung zu funktionieren, ohne dass es zu gegenseitigen Beeinträchtigungen kommt. Weil das Thema sehr wichtig ist, sind die Grundzüge in Deutschland seit 1996 sogar per Gesetz festgehalten. Elektromagnetische Verträglichkeit hat zwei Dimensionen:
・ Störaussendungen (Emissionen) sind, da per se unvermeidbar, in einer solchen Art und Weise einzuschränken, dass andere Geräte im Umfeld durch sie nicht gestört werden,
・ Geräte an sich müssen, da sich die Einwirkungen durch „Fremdgeräte“ nur bis zu einem sehr begrenzten Grad beeinflussen lassen, stabil gegenüber externen Einwirkungen sein; sie müssen eine hohe Störfestigkeit (Immunity) aufweisen.
EMV-Betrachtungen dürfen sich nicht nur auf einzelne Komponenten fokussieren. Von großer Bedeutung ist auch, wie Gesamtsysteme aufgestellt sind. Anzustreben ist hier ein vollumfänglich EMV-gerechter Aufbau von Maschinen und Anlagen. Entsprechend dessen ist das Portfolio der geeigneten Maßnahmen zum einen auf konkrete Maßnahmen im unmittelbaren Umfeld von Komponenten ausgelegt (Einsatz von Filtern, Entstörmodulen), zum anderen auf konzeptionelle Ansätze wie die getrennte Verlegung von (möglichst kurzen) Steuer- und Energieleitungen sowie saubere Erdung.

Ursachen für Störungen
Induktive Verbraucher, zum Beispiel Schütze, Ventile und Motoren, erzeugen beim Abschalten des Stromkreislaufes Überspannungen. Die Auswirkungen der Lenz’schen Regel sind bekannt: Induktionsspannungsspitzen im Abschaltmoment sorgen für Windungskurzschlüsse. Dabei können Wicklungen durchschlagen, was auf Dauer das Bauelement zerstört (Bild 1). An Schaltgeräten brennen Kontakte ab; sie werden schwarz, die elektrische Leitfähigkeit wird reduziert, über kurz oder lang funktionieren die Schaltgeräte nicht mehr. Elektromagnetische Störungen haben massive Auswirkungen: Es besteht die große Gefahr, dass sich Störstrahlungen entwickeln. Diese können sich auf benachbarte Leitungen auswirken; besonders bei parallel verlegten Leitungen geschieht dies häufig. Handelt es sich bei der beeinflussten Leitung um Steuer-, Feldbus- oder Datenleitungen, kann das zu unerwünschten Effekten führen. Ergeben sich unbeabsichtigte Erdschleifen, kann dies bei niederfrequenten Störströmen einen Spannungsabfall verursachen. Das Störsignal addiert sich zum Nutzsignal und verfälscht dieses. Gefährlich ist außerdem die falsche Dimensionierung von Leitungsquerschnitten, die oft Ursache einer ungewollten Wärmeentwicklung ist. Die Ziele aller auf EMV ausgerichteten Maßnahmen in Maschinen und Anlagen bestehen darin, die Störsicherheit zu erhöhen und die Betriebssicherheit sicherzustellen. Unterm Strich soll dies zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit führen sowie Material- und Wartungskosten reduzieren. Außerdem soll gewährleistet sein, dass die gesetzlichen Vorgaben (EMV-Richtlinien) eingehalten werden; hierzu müssen über einen Punktekatalog ausreichend Punkte gesammelt werden.

Lösungsansätze mit Entstörmodulen
Ein grundlegender Gedanke besteht darin, Störungen möglichst schon an der Störquelle zu beseitigen. Das Ziel ist es, Überspannungen weitestgehend zu unterdrücken und die gespeicherte magnetische Energie in der Induktivität so schnell wie möglich abzubauen (Bild 2). Im Falle von induktiven Verbrauchern, wie Ventilen, Schützen und Motoren, werden dafür meist Entstörmodule parallel zur Störquelle angebracht. Für solche Anwendungsgebiete bietet Murrelektronik sowohl standardisierte als auch kundenspezifische Entstörbeschaltungen an. Lösungen auf der Basis von Dioden arbeiten mit Gleichstrom. Die Dimensionierung erweist sich hier als unkritisch. Sie arbeiten nicht nur einfach und zuverlässig, sondern benötigen auch nur wenig Platz. Entstörmodule, die mit Diodenkombinationen (Zener- und Suppressordioden) arbeiten, begrenzen positive und negative Spannungen. Sie sorgen für eine besonders hohe Bedämpfung, haben allerdings eine eher geringe Abfallverzögerung. Muss hingegen viel Energie in kurzer Zeit abgebaut werden, dann eignen sich Entstörmodule auf der Basis von Varistoren. RC-Glieder ermöglichen eine sofortige Abschaltbegrenzung. Sie entfalten bei Wechselstrom eine hervorragende Entstörwirkung und ermöglichen HF-Dämpfung durch Energiespeicherung. Sie müssen allerdings besonders sorgsam mit Blick auf die Applikation dimensioniert sein. Eine zusätzliche Alternative stellen Variationen aus Varistoren und RC-Gliedern da, die die Vorteile beider Technologien vereinen. Oft sind Entstörmodule mit LED ausgestattet, die anzeigen, ob im Betrieb auch Spannung anliegt.

Schütze, Motoren und Ventile entstören
Die Entstörmodule für Schütze sind häufig schnappbar. Sie können also direkt in das Gehäuse integriert werden. Auf diese Weise lassen sie sich schnell montieren, ohne Verdrahtungsaufwand und ohne die Gefahr von Montagefehlern. Auch Anbringungen mit Klebefolie und Kabelbinder sind sehr praktisch. Es gibt die Entstörmodule in unterschiedlichen Spannungen von 24 V bis 400 V und unterschiedlichen Halteleistungen (10 VA bis 1.000 VA). Für Motoren mit Spannungen von 3 × 400 V bis 3 × 690 V sowie Leistungen von 4 kW bis 45 kW bietet Murrelektronik Entstörmodule an, die direkt im Stecker der Motorzuleitung integrierbar sind. Sie lassen sich direkt im Klemmenkasten befestigen, mit Kabelbinder oder Klebefolie. Außerdem gibt es Module, die direkt am Motor angeschraubt werden – in diesem Fall sorgen geeignete Dichtungen dafür, dass die Schutzklasse IP67 eingehalten wird. Weitere Alternativen für die Motorentstörungen, die direkt man am Motor befestigen kann, sind Module, die im Schaltschrank auf die DIN-Schiene aufgeschnappt werden. Diese Reihe von Entstörmodulen erfüllen teilweise sogar die UL-Zulassung nach Kategorie NLDX2 und NLDX8, sie eignen sich somit für den Einsatz im Lastkreis (Branch Circuit). Entstörmodule für Ventile sind häufig direkt in den Murrelektronik-Ventilsteckern integriert, die in allen Bauformen (A, B, BI, C und CI) verfügbar sind. Alternativ gibt es sie auch als Entstöradapter für den späteren Einbau. Varianten davon sind als „leuchtende Dichtung“ ausgeführt. Entstörmodule für Ventile schützen das Steuerungssystem des Ventils und sind verpolsicher. Integrierte LED ermöglichen die Diagnose des Schaltzustands. Auch hier gilt: Die Montage ist einfach, es entsteht kein Verdrahtungsaufwand. Zudem ist die Schutzart IP67 jederzeit gewährleistet.

Filter und Bänder als Alternativen
Ein anderes Prinzip zur Eindämmung von EMV-Problemen verfolgen Netzentstörfilter (Bild 3). Am Eingang von Schaltschränken und oft zusätzlich im unmittelbaren Umfeld von Frequenzumrichtern, Netzgeräten, Schaltnetzteilen oder Phasenanschnittsteuerungen wirken diese bidirektional. Sie erhöhen die Störfestigkeit und reduzieren Emissionen. Netzentstörfilter verfügen über Y-Kondensatoren, die gegen Gleichtaktstörungen wirken, sowie über X-Kondensatoren, deren Wirkung sich gegen Gegentaktstörungen entfaltet. Reichen die Kapazitäten nicht aus, kann man je nach Anwendung noch weitere Induktivitäten, zum Beispiel lineare Drosseln, einsetzen. Murrelektronik bietet ein- und mehrstufige Filter an, womit ein sehr breites Feld an Applikationen abgedeckt werden kann. Sie sind als ein- sowie als dreiphasige Varianten verfügbar. Eine handhabungstechnisch sehr einfache Ergänzung, die hinsichtlich EMV aber bemerkenswerte Wirkung erzielt, ist der Einsatz von Massebändern. Sie sorgen für eine gute Ableitung von Störungen und schaffen einen Potenzialausgleich. Hinsichtlich Länge, Lochdurchmesser und Querschnitten sind die Massebänder von Murrelektronik, die über gute HF-Eigenschaften verfügen, unmittelbar auf die Produkte abgestimmt. Pressverschweißte Enden sorgen für eine optimale Kontaktabgabe. Die Massebänder werden aus hochflexibler E-Kupferlitze gefertigt und anschließend elektrolytisch verzinnt. Das beugt Oxidation vor. (no)

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Autor:
Michael Fritscher ist Produktmanager bei der Murrelektronik GmbH in Oppenweiler. m.fritscher@murrelektronik.de