Schutzleiterdrossel: Einsatz, Nutzen und gesetzliche Vorschriften

Die Schutzleiterdrossel ist ein wesentlicher Baustein zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und nimmt insbesondere in der industriellen Elektrotechnik eine entscheidende Stellung ein. Ihr Zweck besteht in der Dämpfung hochfrequenter Störungen, die über den Schutzleiter (PE – Protective Earth) fließen, wodurch die Funktionalität, die Zuverlässigkeit und die elektrische Sicherheit von Geräten und Anlagen gewährleistet werden soll.

Dabei unterliegt der Einsatz von Schutzleiterdrosseln zahlreichen gesetzlichen Vorgaben und Normen, die die Sicherheit und Störfestigkeit elektrischer Systeme regeln. Schutzleiterdrosseln dienen der Unterdrückung von Gleichtaktstörungen (Common-Mode Interference), die durch unsymmetrische Ströme entstehen und über den Schutzleiter zurückgeführt werden.

Diese Störungen treten insbesondere in Systemen auf, die mit hohen Schaltfrequenzen arbeiten, wie beispielsweise in Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen oder Wechselrichtern. Die hohe Impedanz der Schutzleiterdrossel für hochfrequente Signale unterbricht den Störstrompfad effektiv, ohne dabei die niederfrequenten Schutzfunktionen des PE-Leiters zu beeinträchtigen.

Die Einsatzgebiete von Schutzleiterdrosseln sind vielfältig, jedoch sind es vor allem Geräte und industrielle Anwendungen, in denen hohe elektromagnetische Verträglichkeitsanforderungen erfüllt werden müssen. In Frequenzumrichtern und Antriebssystemen tragen sie zur Minimierung der Rückwirkungen auf andere elektrische Geräte bei und sind wesentlich daran beteiligt, die gesetzlich vorgegebenen Störgrenzwerte einzuhalten. Ebenso relevant ist ihr Einsatz in erneuerbaren Energieanlagen, insbesondere in Wechselrichtern von Photovoltaikanlagen und Windkraftsystemen, wo sie die Ausbreitung leistungsgebundener Störungen auf andere Netzsegmente unterbinden. Ein zentraler Nutzen von Schutzleiterdrosseln liegt in der Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Anlagen und Systemen. Gemäß der Europäischen EMV-Richtlinie 2014/30/EU [1] müssen elektrische Geräte und Systeme so konstruiert sein, dass sie geringe elektromagnetische Störungen verursachen und selbst unempfindlich gegenüber solchen Störungen sind. Schutzleiterdrosseln unterstützen die Einhaltung dieser Anforderungen, indem sie die Störfestigkeit erhöhen und gleichzeitig sicherstellen, dass keine unzulässigen Störungen auf das Stromnetz oder benachbarte Geräte übertragen werden.

Darüber hinaus reduzieren Schutzleiterdrosseln unerwünschte hochfrequente Fehlerströme, die insbesondere in industriellen Umgebungen zu Problemen führen können, da sie die Auslösung von Fehlerstrom-Schutzschaltern (RCDs) beeinträchtigen oder deren ungewollte Aktivierung auslösen. Weiterhin tragen Schutzleiterdrosseln zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Installationen bei, indem sie den PE-Leiter vor einer potenziellen thermischen Belastung durch hochfrequente Störströme schützen.

Die Verwendung von Schutzleiterdrosseln unterliegt aufgrund ihrer Integration in die Schutzleiterstruktur strengen regulatorischen Vorgaben, die durch gesetzliche Richtlinien und Normen definiert sind. Gemäß DIN VDE 0100-540 [2] sind Schutzleiterdrosseln so zu konstruieren, dass sie niederfrequente Fehlerströme ungehindert ableiten, während hochfrequente Störungen wirksam blockiert werden. Insbesondere bei leistungsstarken Anlagen und Systemen erfordert dies eine sorgfältige Dimensionierung der Drosseln, um den Anforderungen gerecht zu werden. Gemäß DIN EN 60938-1 [3] werden für unterschiedliche Bemessungsstrombereiche Mindestquerschnitte für den Leitungsquerschnitt der Schutzleiterdrossel definiert, wobei die Schutzleiterdrossel selbst für den maximalen Fehlerstrom, der durch den Schutzleiter fließen kann, dimensioniert sein muss. Des Weiteren beschreibt diese Norm sowohl die zulässige Spannung, die an der Drossel auftreten darf, sowie die daraus resultierende maximal zulässige Impedanz. Daraus ergibt sich ein antiproportionaler Zusammenhang zwischen dem maximalen Bemessungsstrom und der geforderten Induktivität. Die Wicklungen und die verwendeten Materialien der Schutzleiterdrossel müssen thermisch und elektrisch stabil bleiben, auch bei kurzzeitigen hohen Strömen, die im Fehlerfall auftreten können.

Obwohl Schutzleiterdrosseln in vielen Anwendungen unverzichtbar sind, bringen sie auch technische Herausforderungen mit sich. Eine davon ist die thermische Belastung, die bei hohen Fehlerströmen auftreten kann. Diese kann die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des Bauteils beeinträchtigen. Darüber hinaus ist es essenziell, dass Schutzleiterdrosseln so konstruiert werden, dass sie keine unzulässigen Spannungsfälle oder Verzögerungen im Schutzstrompfad verursachen, um die Funktionalität von Schutzsystemen nicht zu beeinträchtigen.

In der praktischen Anwendung erweist sich die Schutzleiterdrossel als ein wichtiges Bauteil zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit innerhalb industrieller und energietechnischer Kontexte, wobei ihre Anwendung maßgeblich zur Einhaltung gesetzlicher Vorgaben sowie zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit elektrischer Systeme beiträgt. Nichtsdestotrotz erfordert ihre Implementierung eine akribische Planungsphase sowie eine sorgfältige Anpassung an die spezifischen Erfordernisse des Anwendungsbereichs. In Anbetracht der fortschreitenden Entwicklung leistungsfähigerer Systeme und der zunehmenden Bedeutung erneuerbarer Energien wird die zielgerichtete Auslegung von Schutzleiterdrosseln in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle spielen.

Quellen