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FAQ:

FAQ - Schalten bei Frequenzen über 50Hz

Was muss man beachten beim Einsatz von E-T-A-Schutzgeräten?
Das Schalten bei Frequenzen, die über der in Europa üblichen Netzfrequenz liegen, ist bei verschiedenen Anwendungen gefordert. Anteile mit einem Vielfachen der Grundfrequenz der Versorgungsspannung treten durch Netzrückwirkung von nichtlinearen Verbrauchern wie Schaltnetzteilen und Wandlern im Strom verstärkt auf (siehe Bild: Typischer Verlauf des EIngangsstromes an einem Schaltnetzteil).

Welche physikalischen Effekte treten bei höheren Frequenzen auf?

Die ohmschen Verluste in einem Schaltgerät sind für niedrige Frequenzen grundsätzlich von der Frequenz unabhängig. Durch den Stromverdrängungseffekt wird bei höheren Frequenzen nicht die gesamte Querschnittsfläche eines Leiters für den Stromfluss genutzt. Der Strom wird durch magnetische Effekte an die Oberfläche gedrückt und nutzt nur eine dünne Schicht für den Stromfluss (»Skin-Effekt«). Die Eindringtiefe des Stromes nimmt mit der Frequenz ab, so dass der Widerstand steigt. Dieser Effekt wirkt sich aber erst bei Frequenzen deutlich über 10 kHz aus. Bei 100 kHz ist der Widerstand einer Spule schon ca. 20% größer verglichen mit dem Wert bei Gleichstrom. Durch die Magnetfeldänderung wird im Eisen des Magnetkreises eine Spannung induziert, die wiederum einen Stromfluss hervorruft, dessen Höhe von dem spezifischen Widerstand des verwendeten Eisens abhängt. Diese sogenannten Wirbelströme rufen Verluste und damit Erwärmung im Eisen hervor. Durch ständige Um-Magnetisierung der »Weiß‘schen Bezirke« im ferromagnetischen Material im Rhythmus der Frequenz entstehen zusätzliche Hystereseverluste.

Hat die z. B. in USA übliche Netzfrequenz von 60 Hz Einfluss?

Bei 50 Hz sind die magnetischen Verluste durch Wirbelströme und Um-Magnetisierung gegenüber den ohmschen Verlusten zu vernachlässigen. Bei einer Frequenz von 1 kHz sind die magnetischen Verluste aber schon fast halb so groß wie die ohmschen. Erst bei deutlich höheren Frequenzen überwiegen irgendwann die magnetischen Verluste, da muss dann auch der Skin-Effekt in die Betrachtung mit einbezogen werden. D.h., ob 50 oder 60 Hz als Netzfrequenz verwendet werden, hat auf die Verluste keinen Einfluss.

Hat die in verschiedenen Bord- und Inselnetzen übliche Frequenz von 400 Hz Einfluss?

Ja – bei Standardgeräten mit Magnetauslöser tritt eine starke Erwärmung der magnetischen Kreise durch Wirbelströme auf. Zudem verschiebt sich die Auslösekennlinie, da durch die Verluste weniger Magnetkraft zur Verfügung steht. Das Gerät schützt die Anlage nicht mehr, da sich die Kennlinie nach rechts verschiebt und wird irgendwann durch Überhitzung ausfallen.