Gleichrichter Und Zwischenkreis - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
Die durch den Erdschluss am Wechselrichterausgang und das Takten des Wechselrichters hervorgerufenen Sprünge
der Potenziale +ZK und -ZK im Zwischenkreis erhöhen jedoch nicht nur die Spannungsbelastung im Umrichter und an
der Motorwicklung. Sie wirken auch zurück auf die Netzspannung, weil diese im IT-Netz nur kapazitiv an das
Erdpotenzial PE angebunden ist. Damit überlagern sich der Netzspannung (Leiter-Erde) U
des Zwischenkreises, so dass sich auch auf der Netzseite eine deutlich erhöhte Spannungsbelastung einstellt.
Im Vergleich zum ordnungsgemäßen Betrieb im IT-Netz ergibt sich somit im Erdschlussfall eine deutlich erhöhte und
nicht mehr sinusförmig verlaufende Netzspannung (Leiter-Erde). Die Spannungsbelastung im Zwischenkreis und im
Wechselrichter des Umrichters (Leiter-Erde) steigt auf den doppelten Wert an und auch die Spannungsbelastung der
Motorwicklung (Leiter-Erde) verdoppelt sich.
Im folgenden Bild sind die Spannungsverhältnisse im Erdschlussfall im IT-Netz grafisch dargestellt.
IT-Netz
U
Netz-LE
PE
- Netzspannung Leiter-Erde
Spannungsverhältnisse im Erdschlussfall im IT-Netz
Aufgrund der im Erdschlussfall nicht mehr sinusförmig verlaufenden Netzspannung (Leiter-Erde) ist es gerade in IT-
Netzen besonders wichtig, dass einphasige Steuertransformatoren zur Erzeugung einer einphasigen Hilfsspannung
nicht zwischen einen Außenleiter und Erde geschaltet sind, sondern immer zwischen zwei Außenleiter, weil die
Netzspannung (Leiter-Leiter) auch im Erdschlussfall weitestgehend verzerrungsfrei bleibt.
Isolationsüberwachung
Im IT-Netz muss ein auftretender Erdschluss erkannt und möglichst bald beseitigt werden. Dies ist aus zwei Gründen
erforderlich:
- Zum einen führt ein zweiter Erdschluss aufgrund des sich dann ausbildenden Kurzschlussstromes zur
Störabschaltung und damit zur Betriebsunterbrechung. Aufgrund der undefinierten und in der Regel eher
hohen Erdschlussimpedanz können Störlichtbögen die Anlage erheblich schädigen bis es zum Auslösen
der vorgelagerten Schutzorgane kommt.
- Zum anderen ist im Falle eines Erdschlusses ein Außenleiter bzw. ein Pol des Zwischenkreises im
Umrichter geerdet, was wie oben beschrieben zu einer um den Faktor 2 höheren betriebsmäßigen
Spannungsbelastung der Isolation von Umrichter und Motor durch die nicht betroffenen Leiter führt.
Kurzfristig ist diese erhöhte Spannungsbelastung für Umrichter und Motor unkritisch, jedoch kann sich
ein längerer Betrieb über mehr als 24 h hinweg auf die Lebensdauer der Motorwicklung auswirken und
diese ggf. reduzieren.
Daher ist eine rechtzeitige Erdschlusserkennung mittels eines Isolationswächters bzw. eines Isolationsüberwachungs-
gerätes zwingend erforderlich.
Die Isolationsüberwachung kann an zentraler Stelle des IT-Netzes erfolgen oder auch im SINAMICS-Umrichter selbst.
Geeignete und bewährte Isolationswächter sind z. B. Geräte der Fa. Bender.
Für die Schrankgeräte SINAMICS G150 und S150 sowie die S120 Line Connection Modules sind diese Isolations-
wächter als Option L87 verfügbar. Die Melderelais K1 und K2 müssen bei der Inbetriebnahme als N.C. (Normally
Closed) parametriert werden, d. h. die Relais müssen sich im Ruhestrom-Betrieb befinden und im Normalfall
angezogen sein (entspricht dem Zustand „keine Störung"). Hierdurch fallen die Kontakte bei einer Betriebsstörung des
Isolationswächters ab und die Störung kann erkannt und an eine überlagerte Steuerung gemeldet werden. Die
Parametrierung des Isolationswächters ist in der Betriebsanleitung beschrieben, die den Geräten beiliegt.
Eine häufig vorkommende Antriebskonstellation, die als ungeerdetes IT-Netz betrieben wird, ist ein 12-pulsiger Antrieb,
der durch einen Dreiwicklungstransformator gespeist wird. Der Dreiwicklungstransformator besitzt die eine Sekundär-
wicklung in Stern-, die andere in Dreieckschaltung. Da die Dreieckwicklung keinen Sternpunkt besitzt, den man sinnvoll
erden könnte, werden 12-pulsige Antriebe mit zwei ungeerdeten Sekundärwicklungen und somit als IT-Netz betrieben.
Aus diesem Grunde sind 12-pulsig betriebene Umrichter – wie z. B. 12-pulsig betriebene Parallelschaltungen
SINAMICS G150 – mit der Option L87 / Isolationswächter auszurüsten.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
48/562
© Siemens AG
Gleichrichter
und
Zwischenkreis
U
ZK
+
U
+
ZK
U
ZK
+ U
ZK
2
PE
t
U
ZK
-
2
-
U
ZK
_
- ZK-Spannung Leiter-Erde
+ZK
Wechsel-
richter
-ZK
U
WR-LE
ZK
U
+
ZK
U
ZK
U
+ WR-LE
2
PE
t
U
ZK
-
2
-
U
ZK
ZK
- WR-Ausg.-Spg. Leiter-Erde
die Potenzialsprünge
Netz-LE
Motor
U
Motor-LE
U
+
ZK
U
ZK
+ U
Motor-LE
2
PE
t
U
ZK
-
2
-
U
ZK
- Motorspannung Leiter-Erde
t