Konditionierungssysteme Drehstromnetze effizient schützen

Um eine gleichförmige Energieversorgung sicherzustellen, verbindet der Dreiphasen-Stromkonditionierer »GPI 2000« einen Trenntransformator, einen Überspannungsschutz und ein Entstörfilter
Um eine gleichförmige Energieversorgung sicherzustellen, verbindet der Dreiphasen-Stromkonditionierer »GPI 2000« einen Trenntransformator, einen Überspannungsschutz und ein Entstörfilter

Industrielle Anlagen mit großem Energiebedarf werden mit Drehstrom versorgt. Transienten, Störspannungen, Rauschen und Spannungsschwankungen können beispielsweise Platinen beschädigen oder die Datenkommunikation bis hin zum Systemabsturz beeinträchtigen. Was kann man dagegen tun?

Halbleiterproduktionsmaschinen, CNC-Fertigungsanlagen, Röntgengeräte, Tomografen, Mess- und Testsysteme – die Bandbreite an Verbrauchern, die Dreiphasenwechselstrom verwenden, ist groß. Allerdings wird die Qualität der Energie immer öfter zum Problem: Hochempfindliche Komponenten in Fertigungsanlagen, Messsystemen oder bildgebenden Geräten reagieren auf Rauschen und Spannungsschwankungen mit Ausfällen oder fehlerhaften Angaben – Störungen, die schnell zehntausende Euro kosten können. Eine hohe Stromqualität gilt daher inzwischen in vielen Branchen als Schlüsselfaktor für eine wirtschaftliche Produktion.

Schutz- und Filtersysteme, die den Strom auf die benötigten Werte konditionieren, könnten hier Abhilfe schaffen, dürfen aber dabei nicht die Energiezufuhr zum Gerät einschränken. So hat Powervar mit dem »GPI 2000« einen speziellen Dreiphasen-Stromkonditionierer entwickelt, der dank eines Trenntransformators mit optimierter Impedanz Störungen aufhält, ohne den notwendigen Stromfluss zu behindern. Eine teure Überdimensionierung der Schutzsysteme soll dadurch unnötig sein.

Das System kombiniert dazu niederohmige Trenntransformatoren mit effektiven Überspannungsableitern und Entstörfilternetzwerken mit hoher Güte, um alle potenziellen Fehlerquellen sicher auszuschließen. Der Filter entfernt dabei die symmetrischen Störspannungen, die durch andere nichtlineare Verbraucher wie Motoren, Hochspannungsgeneratoren oder Laborausrüstung ins Netz übertragen werden. Der Überspannungsschutz verhindert Beeinträchtigungen durch Spannungsspitzen, etwa durch das Schalten großer Lasten oder durch Blitzschlag.

Besondere Bedeutung kommt jedoch dem Trenntransformator zu, der Gleichtaktstörspannung entfernt. Da es sich um einen Wechselstromkreis handelt, muss hier die Impedanz beachtet werden, die den Energiefluss abhängig von der Frequenz unterschiedlich stark behindert. Im Idealfall sollte diese Art des Widerstands gegen den normalen Strom möglichst niedrig sein, während sie gegen Störungen möglichst hoch ausfallen sollte.

Dies ist umso problematischer, als moderne Anlagen mit Schaltnetzteilen ihre Energie sehr ungleichmäßig beziehen: Auf hohe Bedarfsspitzen folgen Phasen eher niedrigen Verbrauchs. Übliche Transformatoren schränken durch ihre hohe Impedanz das Maximum der Stromaufnahme ein, sodass die Energie länger fließt, was wiederum die Maschine belastet und zu Störungen im Netz führt.

Optimierte Impedanz

Als Gegenmaßnahme werden daher die Schutzsysteme oft für höhere Ströme ausgelegt, als im Betrieb eigentlich fließen würden. Auch wird teilweise jede einzelne Anlage abgeschirmt, um eine Ausbreitung des Störrauschens zu verhindern. Beides bedeutet allerdings hohe Zusatzinvestitionen. In der GPI-2000-Serie sind dagegen speziell angepasste Trenntransformatoren mit geringer Impedanz verbaut, die auf der Stern-Dreieck-Schaltung basieren. Diese lassen den Strom, der zum Betrieb der Maschinen benötigt wird, ohne Einschränkung passieren, weshalb keine Überdimensionierung erforderlich ist. Gleichzeitig steigt jedoch mit der Frequenz des Stroms auch die Impedanz an, sodass Spitzen, die das System beschädigen oder zu Fehlern führen können, zuverlässig aufgehalten werden.

Werden über den Drehstrom mehrere Anlagenkomponenten betrieben, verhindert die einzelne Erdung zudem Störungen durch Erdschleifen. Um eine optimale Wirkweise zu gewährleisten, lässt sich der Transformator anwendungsspezifisch auf die vor Ort auftretenden Spannungen und Frequenzen abstimmen.

Insgesamt gibt es 19 verschiedene Modelle des Dreiphasen-Stromkonditionierers für Leistungen von 10 kVA bis 300 kVA. Alle Baugrößen verfügen über LEDs zur Zustandsanzeige, Sicherheitsverriegelungen, Not-Aus-Schalter auf der Frontseite sowie Nachlauf- und Verriegelungs- beziehungsweise Abschaltvorrichtungen.

Darüber hinaus können bei Bedarf zusätzliche Ausgangsbuchsen, Verteiler-Paneele, eine Schnittstelle zu einer externen Not-Aus-Steuerung sowie ein umfängliches Mess- und Strommanagementpaket integriert werden. Ebenso ist der Einbau von passiven Oberschwingungsfiltern für unterschiedliche Frequenzen möglich.(rh)

Über den Autor:

Werner Karau ist Geschäftsführer Deutschland bei Powervar