Muss es denn wirklich ein teures geschirmtes Motorkabel sein?

von Markus Lebelhuber

Die einfache Antwort auf diese Frage lautet: Das kommt ganz darauf an!

Um etwas Licht ins Dunkle zu bringen möchte ich hier vier häufig gestellte Fragen rund um dieses Thema beantworten.

Warum stellt sich überhaupt diese Fragen?
Frequenzumrichter (FU) haben seit Ihrer Einführung eine rasante Entwicklung durchgemacht, welche einerseits viele Vorteile aber andererseits auch Nachteile mit sich gebracht haben. Ein Nachteil ist bedingt durch die Schaltfrequenz der IGBT’s, welche zu einem stärkeren Magnetfeld rundum das Motorkabel führt. Dieses starke Feld induziert wiederum Spannung/Strom in nahegelegene Leitungen und elektronischen Systemen und kann die Ursache für undefinierbare Störungen sein.

Vor allem in älteren Installationen führt das erneuern/nachrüsten eines FU's häufig zu Problemen bzw. Fehlern, zumal diese oft nicht für die Effekte der hohen Schaltfrequenz ausgelegt sind.

Lässt sich dass nicht vorab klären?

Ein solches System ist sehr komplex und beinhaltet viele Variablen (Beispiele. siehe Abb.1) die in den meisten Fällen nicht vollständig bekannt sind. Deshalb ist es nicht möglich eine definitive Aussage dazu zu treffen. Es gibt auch zahlreiche Beispiele aus der Praxis wo sowohl standard Motorkabel als auch geschirmte Motorkabel einwandfrei funktionieren, .

 Abb.1: Systemvariablen

Was spricht eigentlich für ein teures geschirmtes Motorkabel?

• Vermeidung elektromagnetischer Störungen

Um diese elektromagnetischen Einflüsse besser kontrollieren zu können, werden geschirmte Motorkabel benötigt. Dieses spezielle Motorkabeldesign besitzt einen durchgängigen Schirm mit niedriger Impedanz bei hohen Frequenzen. Richtig angeschlossen, 360° Schirmanschluss, wird ein niedriger Widerstand gegenüber Erde gewährleistet und die negative Beeinflussung nahegelegener Signalleitungen und anderer elektronischer Systeme nahezu ausgeschlossen.

• Phänomen der Rücklaufenden Welle (Reflected-Wave)

Die Spitzenausgangsspannung kann auf Grund der Pulsweitenmodulation des FU's gleich der Zwischenkreisspannung sein. Diese Spannungsimpulse wandern über die Motorkabel zum Motor und werden dort zum FU zurückreflektiert. Wird dieses Spannungsreflexion mit einem nachfolgenden Impuls kombiniert kann das zu Stoßspannungen bis zur zweifachen Zwischenkreisspannung führen und große Schäden verursachen. Durch möglichst kurzgehaltene Motorkabeln, was leider meist nicht beeinflussbar ist, kann diesem Effekt entgegengewirkt werden. Eine alternative dazu stellt die Verwendung eines Motorkabels mit geeigneter Isolierung und Schirmung dar, welche diesem zusätzlichen Stress standhält.

• Vermeidung von Motorschäden durch Lagerströme

Bedingt durch die Schaltfrequenz wird auch in der PE Leitung des Motorkabels ein Strom induziert welcher sich über den Motor den Weg zurück zum FU sucht und somit je nach Erdungssituation zu Lagerschäden führen kann.

Zum Vermeiden von Lagerschäden sollte dieser Stromfluss zwischen Motor und FU so gering wie möglich gehalten werden. Dies kann durch geschirmte Motorkabel, mit niedrigen Impedanz bei hohen Frequenzen und symmetrischem Kabelaufbau, erreicht werden.

Was empfehlen die FU Hersteller?

Wie Siesehen können ist es nicht einfach festzustellen wann ein teures geschirmtes Motorkabel benötigt wird. Viele FU Hersteller (auch Rockwell Automation) empfehlen daher die Verwendung geschirmter Kabel um etwaigen Problemen & Kosten vorzubeugen.

Weitere Informationen und Hintergründe zur Verdrahtung von  PWM Frequenzumrichtern finden Sie im Dokument "Verdrahtungs- und Erdungsrichtlinien für pulsweitenmodulierte (PWM) Frequenzumrichter" von Rockwell Automation.