Herausforderung zu lange Motorkabel – und wie sie elegant mit einem Zwischenkreisfilter (ZK-Filter) gelöst werden kann

Üblicherweise ist der speisende Umrichter meist in der Nähe der elektrischen Maschine angebracht. Dann ist die Kabellänge absolut im zulässigen Bereich. Doch nicht immer ist dies der Fall. Es gibt Anwendungsfälle, in denen die Länge der Motorkabel unverhältnismäßig lang sind. Typische Beispiele sind:

1. Zentrale Schalträume bei großen Arbeitsmaschinen: Alle elektrischen Maschinen werden von einem zentralen Schaltraum aus gespeist. Da kann die Kabellänge leicht auf 100 m oder mehr anwachsen.
2. Großflächige Fabrikanlagen: Elektrische Maschinen sind weitläufig auf dem Firmengelände untergebracht. Die Folge sind lange Motorkabel.
3. Bei Offshore-Unterwasserantrieben, die von einer Hauptplattform versorgt werden.

In allen Fällen mit offenkundig deutlich längeren Motorkabeln als üblich muss geprüft werden, ob die zulässige Länge überschritten wird. Wenn ja, müssen entsprechende Zusatzmaßnahmen getroffen werden, um gefährliche Spannungsspitzen zu verhindern, die den Motor zerstören könnten.

Üblicherweise teilt man die Motorkabellängen in diese Kategorien ein:

1. Kurze Leitung: Unter 5 m Kabellänge
2. Lange Leitung: Von 5 bis 500 m Kabellänge
3. Sehr lange Leitung: Von 0,5 bis 500 km Kabellänge

Interessanterweise gibt es in den einschlägigen Normen  genügend Hinweise über zulässige Spannungsspitzen an den Motorklemmen bei kurzen Leitungen. Wenn es um den Einfluss von langen Motorkabeln geht, sucht man in der Norm vergebens nach detaillierten Informationen.

Viele Anwendungen fallen in den Bereich „lange Leitung“. Deshalb schauen wir uns diesen Fall jetzt genauer an.

Grundsätzlich gilt: Werden elektrische Motoren über zu lange Motorkabel versorgt, kann es zu unzulässigen Spannungsspitzen am Motor kommen. Was genau passiert hier? Sind die Leitungen zu lang, verändern die Leitungsimpedanzen die Ausgangsspannung des Umrichters. Als Folge treten an den Eingangsklemmen des Motors schädliche Spannungsspitzen auf. Konkret werden die Grenzwerte von Spannungsanstieg und Spannungshöhe überschritten. Die Folgen können gravierend sein:

Vorzeitige Wicklungsschäden, und vor allem bei explosionsgeschützten Maschinen mit erheblichen Folgeschäden.