Ein Update zu den Designanforderungen für VFD-Kabel

Von Mary Gannon | 24. Oktober 2018

VFD-Kabel mussten im Laufe der Jahre angepasst werden, um den veränderten Anforderungen der von ihnen betriebenen Motoren gerecht zu werden. Neue Änderungen im Elektroinstallationsgesetz werden in den kommenden Jahren weitere Aktualisierungen ermöglichen.

Beitrag von Neal Allen, Vice President of Engineering, HELUKABEL USA

VFDs sind Antriebe mit einstellbarer Drehzahl, die in elektromechanischen Antriebssystemen verwendet werden, um die Drehzahl und das Drehmoment von Wechselstrommotoren durch Variation der Motoreingangsfrequenz und -spannung zu steuern. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, die von Kleingeräten bis hin zu großen Kompressoren reichen.

Das Kabelgeschäft mit variablen Frequenzantrieben (VFD) hat sich in den letzten 20 Jahren zu einem äußerst großen Markt für Kabelhersteller entwickelt. In der Vergangenheit hatten Standard-Wechselstrommotoren die Komplexität eines Käfigläufermotors – man brauchte nur Strom und schon lief er. Der erste siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR) wurde 1958 von Bell Labs/GE entwickelt, um die Drehzahl von Gleichstrom-Elektromotoren in verschiedenen Anwendungen zu variieren. Seitdem haben wir gesehen, wie sich die Technologie zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit von der Großintegration (LSI), dem Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO), der Pulsweitenmodulation (PWM), dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und dem Raumzeiger-Puls entwickelt hat. Breitenmodulation (SVPWM). Diese neuen Formen der Leistungsumwandlung zur Unterstützung der Drehzahlregelung in VFD-Motoren haben dazu geführt, dass sich auch die Anforderungen an die Kabel geändert haben, was zu vielen neuen Kabeloptionen geführt hat.

Änderungen der Elektroinstallationsvorschriften

Die aktuellen NFPA-Richtlinien verlangen eine RHH-, RHW-, RHW-2-, XHH-, XHHE- oder die kommenden Jahre.

Kürzlich kam es zu einer neuen Änderung in der neuesten NFPA-Revision, mit der sich die Kabelhersteller derzeit befassen, sowie zu weiteren neuen Änderungen, die in NFPA 2021 auftreten können.

Die bemerkenswerteste Aktualisierung im Hinblick auf die Eignung von Kabeln für den VFD-Einsatz gemäß NFPA 79 (Ausgabe 2018) ist insbesondere Kapitel 4 – Allgemeine Betriebsbedingungen. Derzeit lautet die allgemeine Interpretation des aktuellen NFPA 2018 für die Verkabelung durch Kabelhersteller, dass Kapitel 4, Artikel 4.4.2.8 – Von Stromumwandlungsgeräten versorgte Schaltkreise RHH-, RHW-, RHW-2-, XHH-, XHHE- oder XHHW-2-Isolierung erfordert ist für das Innere des Schaltschranks vorgesehen, wo sich die Verkabelung zwischen den Antrieben und der Schutzausrüstung (der Schaltschränke) befindet und ungewöhnlicher Überlastung und/oder einem Fehlerzustand ausgesetzt sein kann. Der Grund für diese Annahme liegt darin, dass die Anforderung nicht in dem Abschnitt enthalten ist, der sich auf Kabel für die externe Verkabelung bezieht – Kapitel 12 – Leiter, Kabel und flexible Leitungen.

Viele Hersteller nehmen Anpassungen an ihren VFD-Kabelbeständen vor, in Erwartung einer möglichen Aktualisierung in drei Jahren, die die Verwendung von RHH-, RHW-, RHW-2-, XHH-, XHHW- und sind der Ansicht, dass die Anforderung an Duroplastleitern in VFDs eher eine Marktveränderung als ein echtes Sicherheitsproblem darstellt, da Spannungsspitzen, Überlastungen und Einschaltströme über lange Zeiträume durch Duroplastisolierungen bewältigt werden können (üblich bei RHH, RHW, RHW-2). , XHH, XHHW und

Ausgewählte TOPFLEX- und TOPSERV-Produkte von HELUKABEL wurden mit XLPE-Leiterisolierung aufgerüstet, um den industriellen VFD-Markt besser bedienen zu können.

XLPE- und PE-Isolierung bietet einen echten Vorteil in Bezug auf niedrigere Kapazitätswerte (im Gegensatz zu anderen Isolationsoptionen), um die Impedanz des Motors besser anzupassen und so elektrische Probleme im System zu reduzieren, die Energie verschwenden und elektrisches Rauschen erhöhen können.

Um die Anforderungen an die Dauerflexibilität von Kabeln in Schleppketten zu erfüllen, hat sich die Verwendung von Ummantelungen aus Polyurethan (PUR) und einer Isolierung aus thermoplastischem Elastomer (TPE) als beste Option für Leistung und hohe Zyklenlebensdauer (über 10 Millionen Zyklen) erwiesen. PUR-Ummantelungen bieten die größte Beständigkeit gegen Abrieb und Chemikalien und verleihen dem Mantel außerdem eine elastische Eigenschaft, die dabei hilft, die Leiter des Kabels über eine lange Dauer des Biegens zusammenzuhalten und gleichzeitig eine gleichmäßige Ausrichtung zum äußeren Teil der Kabelkette zu gewährleisten, wodurch das Kabel blockiert wird vom Bewegen (Auspeitschen) in der Spur.

Umgang mit Oberschwingungen, EMI/EMV Oberschwingungen sind eine weitere häufige Frage, die in der VFD-Umgangssprache auftritt, und viele dieser Probleme wurden durch geräuschresistentere Hardware in den Antriebseinheiten angegangen. Es handelt sich immer noch um ein Problem, das angegangen werden muss, da es immer noch zu Zuverlässigkeitsproblemen führt, wenn bei der Kabelinstallation nicht die richtigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. VFD-Kabel sind mit verzinnten Kupferdrahtgeflechten und Aluminium-/Mylar-Folien abgeschirmt. Durch diese Konstruktion weist das Kabel sehr geringe EMV-Emissionen auf, sodass es viele elektrische Anforderungen wie IEEE 519 und CE erfüllt. IEEE 519.1 gilt für die europäische Gemeinschaft, um bei der Regulierung der Oberschwingungen in einem Energiesystem zu helfen. Das Anliegen von CE konzentriert sich aufgrund der elektromagnetischen Strahlung und der negativen Auswirkungen der drahtlosen Kommunikation eher auf die Gesundheit der Mitarbeiter.

Das Ergebnis einer geringeren EMI/EMV ist, dass die von der Abschirmung abgegebene Energie durch induktive Kopplung auf Strom in der Abschirmung übertragen wird. Je länger die Kabel sind, desto höher ist der Strom. Abhängig davon, wie ein System geerdet ist, können diese Kabel einen Stromfluss durch das System bis zu dem Punkt ermöglichen, dass die potenzielle Spannung, die in einer Antriebserdung Null Volt betragen sollte, nicht Null ist. Dies verändert das Timing des Antriebs und führt dazu, dass die Motoren nicht mit der Geschwindigkeit laufen, für die sie nicht kalibriert sind. Die meisten Antriebshersteller verlangen eine Geflechtabdeckung von mindestens 85 % und ein unabhängiges Erdungssystem für die Abschirmung. Dies trägt dazu bei, die Erdschleifenprobleme zu beseitigen, die bei heutigen VFD-Antrieben auftreten.

Kontinuierliche Veränderungen in der VFD-Lieferkette und den angebotenen Produkten erfordern, dass sich die Kabelindustrie sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Regulierung an neue Kundenanforderungen anpasst. Lieferanten sind daran interessiert, die Bedürfnisse der Kunden durch Innovation und Erprobung neuer regulatorischer Anforderungen zu erfüllen. Da in allen Branchen immer mehr Elektromotoren die hydraulische und pneumatische Leistungssteuerung ersetzen, ist es notwendig, diese Produkte zu verfeinern, um hinsichtlich Preis und Leistung bessere Optionen anzubieten.

LUCABELwww.helukabel.com