Vermeiden Sie diese 8 Gefahren bei langen VFD-Kabeln: Ein Leitfaden zur maximalen Länge

Hallo zusammen, heute möchte ich euch ein sehr häufiges, aber leicht zu übersehendes Problem vorstellen, das in der Praxis auftritt: die Gefahren, die durch übermäßig lange VFD-Kabel verursacht werden.
Unter Anwendungen mit variablem Frequenzantrieb, Wenn die Kabellängen angemessene Grenzen überschreiten, können sie verschiedene Probleme mit dem VFD-Ausgang verursachen und sogar zu einem Ausfall der Motorisolierung führen, was den Wartungsaufwand und die Kosten erhöht.

Basierend auf meiner langjährigen praktischen Erfahrung:

  • Ungeschirmte Stromkabel verursachen in der Regel innerhalb von 50 Metern keine Probleme.
  • Abgeschirmte Stromkabel sind in der Regel innerhalb von 30 Metern sicher.
  • In realen Anwendungen sollten ungeschirmte Kabel idealerweise unter 120 Metern bleiben, während geschirmte Kabel am besten auf 50 Meter begrenzt werden sollten.

Das bedeutet nicht, dass Kabel diese Längen nicht überschreiten dürfen, aber dadurch steigt die Anfälligkeit für verschiedene Probleme wie VFD-Kabeloberwellen, Stoßströme und reflektierte Wellen. Es gibt zwar Lösungen für 300 m oder 400 m lange Kabel, diese erhöhen jedoch die Kosten und die Komplexität erheblich.

Diagramm, das 8 Risiken von langen VFD-Kabeln hervorhebt: Überstrom, Kabelerwärmung, Motorüberhitzung, Geräusche, Wellenspannung, Gleichstrom-Busspannung, Isolationsfehler, Leckstrom.

Acht Hauptgefahren von langen VFD-Kabeln

1. Überstromalarm während des Startvorgangs

Ein übermäßig langes VFD-Kabel kann beim Start Überspannungsströme verursachen und dadurch VFD-Überstromalarme auslösen. Beispielsweise kann ein 15-kW-Motor mit einem 150 Meter langen Kabel beim Start sofort einen Fehler melden. Dies ist ein klassisches Ergebnis der kombinierten Auswirkungen von parasitärer Kapazität und Spannungsspitzen.

2. Starke Erwärmung des Stromkabels

VFD-Langkabel führen erhebliche hochfrequente Oberschwingungsströme (VFD-Kabeloberschwingungen) und verursachen dadurch eine starke Erwärmung der Kabel. Dies unterscheidet sich grundlegend vom normalen sinusförmigen Betrieb und ist eine Nebenwirkung der PWM-Ausgabe (Pulsweitenmodulation).

3. Motorüberhitzung

Niedrigfrequente Oberschwingungen von langen VFD-Kabeln erhöhen die Kupferverluste, während hochfrequente Oberschwingungen die Eisenverluste erhöhen. Dies führt zu einem erhöhten Gesamtanstieg der Motortemperatur und beschleunigt letztendlich die Alterung von VFD-Motoren.

4. Übermäßige Motorgeräusche

Reflektierte Wellen induzieren eine elektromotorische Kraft im Motor, wodurch Siliziumstahlbleche vibrieren und ein deutliches Geräusch erzeugen. Dies ist auch eines der häufigsten Probleme mit der VFD-Ausgabe, die in der Praxis auftreten.

5. Wellenspannung und Wellenstrom

Durch lange VFD-Kabel induzierte Oberschwingungsspannungen können zu VFD-induzierter Wellenspannung und VFD-Wellenstrom führen, was letztendlich den Ölfilm des Lagers zerstört und einen Ausfall des Motorlagers aufgrund des VFD auslöst. Unter extremen Bedingungen können Lager innerhalb weniger Wochen oder sogar Tage ausfallen.

6. DC-Bus-Überspannung

Spannungsreflexionen von langen Kabeln werden in die Gleichstrom-Busspannung zurückgeführt und verursachen Überspannungen. Dieses Problem ist äußerst heimtückisch und wird von Ingenieuren bei der Fehlerdiagnose von Frequenzumrichtern häufig fälschlicherweise als Komponentenausfall diagnostiziert.

7. Durchbruch der Motorisolierung

Wenn reflektierte Wellen von langen VFD-Kabeln sich überlagern und Spannungsspitzen bilden, können diese 2000 V überschreiten – weit mehr als die Spannungsfestigkeit von Standardmotoren mit Industriefrequenz (ca. 900 V). Dies führt zu einem Ausfall der Motorisolierung, der sich in Erdschlüssen oder Kurzschlüssen äußert.

8. Übermäßiger Leckstrom

Längere Kabel induzieren höhere Spannungen an Motoren und verursachen Leckströme, die mehrere zehn Ampere erreichen können. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Motors, sondern löst auch Schutzmaßnahmen wie das Auslösen des Frequenzumrichters aufgrund von Überspannung an langen Kabeln aus.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lassen sich acht Hauptrisiken im Zusammenhang mit langen VFD-Kabeln nennen: VFD-Überstrom, VFD-Kabeloberwellen, Wellenstrom, Motorisolationsausfall, DC-Bus-Überspannung und andere. Wenn die Ursachen für eine VFD-Auslösung vor Ort unklar sind, insbesondere Probleme, die auf eine VFD-Überlastung, reflektierte Wellen oder Gleichtaktspannung zurückzuführen sind, ist die Kabellänge wahrscheinlich ein mitwirkender Faktor.

Daher während der variabler Frequenzantrieb In der Phase der Verkabelungsplanung ist es unerlässlich, die maximale Kabellänge des Frequenzumrichters angemessen zu kontrollieren und die Längenbeschränkung für geschirmte und ungeschirmte Frequenzumrichterkabel zu berücksichtigen. Wenn extrem lange Kabel unvermeidbar sind, können Kompensations- und Optimierungsmaßnahmen wie Gleichtaktdrosseln, Ausgangsreaktoren, geschirmte Kabel und eine Leistungsreduzierung des Motors durchgeführt werden.

Nur so können die 8 Risiken einer Überschreitung der zulässigen Länge des VFD-Kabels vermieden und ein langfristig stabiler Systembetrieb gewährleistet werden.

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