Veröffentlicht:
9. Juni 2011
Kategorie:
Fachartikel
5.1 Die Installation ist ein wichtiger Faktor innerhalb der Gesamt-EMV eines Systems
Die beiden vorhergehenden Kapitel haben die Bedeutung aufgezeigt, welche die Installation sowohl in bezug auf ihre Auslegung als auch in bezug auf ihre Ausführung für die Erscheinungen der EMV haben kann.
5.2 Auslegung
Bei der Projektierung und Implementierung können insbesondere zwei Faktoren die EMV beeinflussen: die Wahl der Betriebsmittel und deren Anordnung (siehe Abb. 20). Denn der erste Faktor betrifft zugleich die Wahl der Quellen und der Opfer. Ein für eine bestimmte Funktion gewähltes Gerät kann eine mehr oder weniger starke Quelle von Störungen und/ oder diesen unterworfen sein. Wenn zum Beispiel zwei Geräte nahe beieinander in Betrieb stehen müssen, müssen sie:
• entweder eine schwach störende Quelle mit einem «gewöhnlichen» (mittelmässig empfindlichen) Opfer kombinieren,
• oder im Gegenteil eine «gewöhnliche» (mittelmässig störende) Quelle mit einem wenig empfindlichen Opfer kombinieren,
• oder mindestens einen Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen bilden.
Und der direkt vom ersten Faktor abhängige zweite Faktor besteht darin, die festgelegten Betriebsmittel je nach ihren entsprechenden Eigenschaften so zu positionieren, dass sie die Bedürfnisse der EMV erfüllen. Es ist leicht zu verstehen, dass diese Auswahl dann die Kosten der Betriebsmittel sowie ihrer Installation berücksichtigen muss.
5.3 Ausführung
Die Ausführung der verschiedenen Teile einer elektrischen oder elektronischen Anlage unterliegt den bereits in den vorangehenden Kapiteln genannten Prinzipien. In der Praxis müssen die verschiedenen nebeneinander existierenden Kopplungsarten studiert werden, um sie zu reduzieren, um die Ziele der EMV zu erreichen.
Hierzu müssen verschiedene Lösungen oder Verfahren eingesetzt werden:
• Vermaschung der Körper- und Erdungskreise und Erdungsnetze.
• Elektrische Trennung der Stromkreise.
• Wohldurchdachte Verkabelung.
5.4 Praktische Beispiele
Vermaschung der Körper- und Erdungskreise und Erdungsnetze
Heute reagieren Betriebsmittel empfindlich auf sehr schwache Energien. Sie enthalten eine für hohe Frequenzen empfindliche Elektronik und sind miteinander verbunden. Kopplung durch gemeinsame Impedanz können deshalb sehr häufig auftreten. Um diese zu verhindern, ist ein Erdungsnetz mit möglichst gutem Potentialausgleich, genauer gesagt ein vermaschtes Erdungsnetz, unerlässlich.
Diese Lösung ist eine der ersten Schutzmassnahmen, die gegen Störungen zu ergreifen sind. Somit sind in einem Fabriknetz alle Schutzleiter (PE) untereinander und mit den bestehenden Metallkonstruktionen zu verbinden (siehe Abb. 21).
Ebenso sind in einer Ausrüstung alle Körper bzw. Massen und Gehäuse der Geräte mit breiten und kurzen, bei HF eine möglichst niedrige Impedanz aufweisenden Anschlüssen (Drähten oder Litzen) möglichst direkt mit einem vermaschten Körpernetz zu verbinden.
Die Verdrahtung eines elektrischen Schaltschrankes ist ein typisches Beispiel dafür. Alle Körper müssen miteinander verbunden werden. Zu diesem Thema ist eine Änderung zu vermerken: Das Prinzip der sternförmig verbundenen Körper, das manchmal für gegenüber dem «50-Hz-Summer» empfindliche analoge elektrische Ausrüstungen angewendet worden ist, wurde zugunsten der vermaschten Netze, die gegen Störungen der heutigen digitalen Einrichtungen, Schutzrelais und Steuerungs- und Überwachungssysteme wesentlich wirksamer sind, aufgegeben.
Elektrische Trennung der Stromkreise
Diese Technik besteht darin, die Energiequellen (in der Regel 50 Hz oder 60 Hz) voneinander zu trennen. Das Ziel ist die Verhinderung der Störung einer auf leitungsgeführte Störgrössen empfindliche Ausrüstung durch andere Ausrüstungen, die an dieselbe Stromversorgung angeschlossen sind. Das Prinzip: eine auf Störungen empfindliche und eine störende Ausrüstung haben zwei Stromversorgungen, die durch für die Störfrequenzen hohe Impedanzen voneinander getrennt sind.
Transformatoren (nicht jedoch Autotransformatoren) sind wirksame Trennglieder, insbesondere für niedrige Frequenzen. MS/NS-Transformatoren, Trenntransformatoren und alle Eingangsübertrager elektronischer Schaltungen begrenzen die Ausbreitung von leitungsgeführten Störgrössen.
Manchmal ist es nötig, ein Trennfilter anzuordnen, um HF-Störungen herauszusieben. Wenn zudem die empfindliche Ausrüstung eine gesicherte Stromversorgung bei einem Netzausfall benötigt, kann sie durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) gespeist werden, insofern diese USV die notwendigen Trenntransformatoren umfasst.
Wohldurchdachte Verkabelung
Schliesslich werden die drei weiter oben genannten Kopplungsmechanismen begrenzt, wenn die Verkabelung nach den folgenden Regeln ausgeführt wird:
• Da natürlich aus wirtschaftlichen Gründen nicht alle Stromkreise voneinander getrennt werden können, müssen die Kabel nach Kategorien zusammengefasst werden. Die Führung der einzelnen Kategorien muss physisch getrennt erfolgen. Vor allem müssen auf der einen Seite die Starkstromkabel zusammengefasst werden, und auf der anderen Seite die Schwachstromkabel (Telefon, Steuerung usw.). Wenn es die Anzahl Kabelgräben, -roste oder -kanäle zulässt, sollten Starkstromkabel, deren Strom bei 230 V einige Ampere übersteigt, und Schwachstromkabel über zwei getrennte Wege geführt werden. Andernfalls muss zwischen den beiden Kategorien ein Mindestabstand von rund 20 Zentimetern eingehalten werden (siehe Abb. 22). Zwischen diesen beiden Kategorien muss jedes gemeinsame Teil sorgfältig vermieden werden. Stromkreise, die Niedrigpegel-Informationen zu übertragen haben, müssen soweit wie möglich einen eigenen Rückleiter (O Volt) haben, um Kopplungen durch gemeinsame Impedanz zu vermeiden. Insbesondere brauchen die meisten Bus-Kommunikationssysteme ein ausschliesslich für den Informationsaustausch reserviertes Aderpaar.
• In jedem Fall muss die Gesamtfläche einer Schleife und damit der Abstand zwischen einem Leiter und seinem Rückleiter möglichst klein gehalten werden. Für die Informationsübertragung ermöglicht die Verdrillung der Leitungen eine weitere Verminderung der Anfälligkeit für Kopplungen im inneren Modus. Deshalb sind verdrillte Paare gegenüber nicht-verdrillten Paaren vorzuziehen.
• Messkabel und Kabel, die Niedrigpegel-Informationen übertragen, müssen wenn möglich abgeschirmt sein, wobei die Abschirmung, wenn der Lieferant nichts anderes angibt, an möglichst vielen Stellen mit dem Körper verbunden werden muss.
• Kabelkanäle müssen wenn immer möglich aus Metall bestehen. Diese Kabelkanäle sind mit sicherem elektrischem Kontakt, zum Beispiel mittels Schrauben, untereinander und mit dem vermaschten Körpernetz zu verbinden.
• Die empfindlichsten Kabel, wie zum Beispiel Messkabel, sind in einer Ecke anzuordnen.
Dadurch erhalten sie einen erhöhten Schutz gegen elektromagnetische Strahlungen. Ihre Abschirmung, falls vorhanden, ist in kurzen Abständen mit dem Kabelkanal zu verbinden. Die Verwendung von vorfabrizierten Stromschienen und -verteilungen, in denen die Kabel richtig angeordnet und angeschlossen sind, wie zum Beispiel das Produkt Canalis von Telemecanique mit eingebautem Fernsteuerkabel, ist deshalb in jeder Beziehung zu empfehlen. Alle diese für die Vermeidung von EMV-Problemen sehr wirksamen Massnahmen erfordern im Projektierungsstadium einen kleinen Mehraufwand. Spätere Änderungen einer bereits bestehenden Installation wegen zu starken elektromagnetischen Kopplungen kosten hingegen wesentlich mehr.
5.2 Auslegung
Bei der Projektierung und Implementierung können insbesondere zwei Faktoren die EMV beeinflussen: die Wahl der Betriebsmittel und deren Anordnung (siehe Abb. 20). Denn der erste Faktor betrifft zugleich die Wahl der Quellen und der Opfer. Ein für eine bestimmte Funktion gewähltes Gerät kann eine mehr oder weniger starke Quelle von Störungen und/ oder diesen unterworfen sein. Wenn zum Beispiel zwei Geräte nahe beieinander in Betrieb stehen müssen, müssen sie:
• entweder eine schwach störende Quelle mit einem «gewöhnlichen» (mittelmässig empfindlichen) Opfer kombinieren,
• oder im Gegenteil eine «gewöhnliche» (mittelmässig störende) Quelle mit einem wenig empfindlichen Opfer kombinieren,
• oder mindestens einen Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen bilden.
Und der direkt vom ersten Faktor abhängige zweite Faktor besteht darin, die festgelegten Betriebsmittel je nach ihren entsprechenden Eigenschaften so zu positionieren, dass sie die Bedürfnisse der EMV erfüllen. Es ist leicht zu verstehen, dass diese Auswahl dann die Kosten der Betriebsmittel sowie ihrer Installation berücksichtigen muss.
5.3 Ausführung
Die Ausführung der verschiedenen Teile einer elektrischen oder elektronischen Anlage unterliegt den bereits in den vorangehenden Kapiteln genannten Prinzipien. In der Praxis müssen die verschiedenen nebeneinander existierenden Kopplungsarten studiert werden, um sie zu reduzieren, um die Ziele der EMV zu erreichen.
Hierzu müssen verschiedene Lösungen oder Verfahren eingesetzt werden:
• Vermaschung der Körper- und Erdungskreise und Erdungsnetze.
• Elektrische Trennung der Stromkreise.
• Wohldurchdachte Verkabelung.
5.4 Praktische Beispiele
Vermaschung der Körper- und Erdungskreise und Erdungsnetze
Heute reagieren Betriebsmittel empfindlich auf sehr schwache Energien. Sie enthalten eine für hohe Frequenzen empfindliche Elektronik und sind miteinander verbunden. Kopplung durch gemeinsame Impedanz können deshalb sehr häufig auftreten. Um diese zu verhindern, ist ein Erdungsnetz mit möglichst gutem Potentialausgleich, genauer gesagt ein vermaschtes Erdungsnetz, unerlässlich.
Diese Lösung ist eine der ersten Schutzmassnahmen, die gegen Störungen zu ergreifen sind. Somit sind in einem Fabriknetz alle Schutzleiter (PE) untereinander und mit den bestehenden Metallkonstruktionen zu verbinden (siehe Abb. 21).
Ebenso sind in einer Ausrüstung alle Körper bzw. Massen und Gehäuse der Geräte mit breiten und kurzen, bei HF eine möglichst niedrige Impedanz aufweisenden Anschlüssen (Drähten oder Litzen) möglichst direkt mit einem vermaschten Körpernetz zu verbinden.
Die Verdrahtung eines elektrischen Schaltschrankes ist ein typisches Beispiel dafür. Alle Körper müssen miteinander verbunden werden. Zu diesem Thema ist eine Änderung zu vermerken: Das Prinzip der sternförmig verbundenen Körper, das manchmal für gegenüber dem «50-Hz-Summer» empfindliche analoge elektrische Ausrüstungen angewendet worden ist, wurde zugunsten der vermaschten Netze, die gegen Störungen der heutigen digitalen Einrichtungen, Schutzrelais und Steuerungs- und Überwachungssysteme wesentlich wirksamer sind, aufgegeben.
Elektrische Trennung der Stromkreise
Diese Technik besteht darin, die Energiequellen (in der Regel 50 Hz oder 60 Hz) voneinander zu trennen. Das Ziel ist die Verhinderung der Störung einer auf leitungsgeführte Störgrössen empfindliche Ausrüstung durch andere Ausrüstungen, die an dieselbe Stromversorgung angeschlossen sind. Das Prinzip: eine auf Störungen empfindliche und eine störende Ausrüstung haben zwei Stromversorgungen, die durch für die Störfrequenzen hohe Impedanzen voneinander getrennt sind.
Transformatoren (nicht jedoch Autotransformatoren) sind wirksame Trennglieder, insbesondere für niedrige Frequenzen. MS/NS-Transformatoren, Trenntransformatoren und alle Eingangsübertrager elektronischer Schaltungen begrenzen die Ausbreitung von leitungsgeführten Störgrössen.
Manchmal ist es nötig, ein Trennfilter anzuordnen, um HF-Störungen herauszusieben. Wenn zudem die empfindliche Ausrüstung eine gesicherte Stromversorgung bei einem Netzausfall benötigt, kann sie durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) gespeist werden, insofern diese USV die notwendigen Trenntransformatoren umfasst.
Wohldurchdachte Verkabelung
Schliesslich werden die drei weiter oben genannten Kopplungsmechanismen begrenzt, wenn die Verkabelung nach den folgenden Regeln ausgeführt wird:
• Da natürlich aus wirtschaftlichen Gründen nicht alle Stromkreise voneinander getrennt werden können, müssen die Kabel nach Kategorien zusammengefasst werden. Die Führung der einzelnen Kategorien muss physisch getrennt erfolgen. Vor allem müssen auf der einen Seite die Starkstromkabel zusammengefasst werden, und auf der anderen Seite die Schwachstromkabel (Telefon, Steuerung usw.). Wenn es die Anzahl Kabelgräben, -roste oder -kanäle zulässt, sollten Starkstromkabel, deren Strom bei 230 V einige Ampere übersteigt, und Schwachstromkabel über zwei getrennte Wege geführt werden. Andernfalls muss zwischen den beiden Kategorien ein Mindestabstand von rund 20 Zentimetern eingehalten werden (siehe Abb. 22). Zwischen diesen beiden Kategorien muss jedes gemeinsame Teil sorgfältig vermieden werden. Stromkreise, die Niedrigpegel-Informationen zu übertragen haben, müssen soweit wie möglich einen eigenen Rückleiter (O Volt) haben, um Kopplungen durch gemeinsame Impedanz zu vermeiden. Insbesondere brauchen die meisten Bus-Kommunikationssysteme ein ausschliesslich für den Informationsaustausch reserviertes Aderpaar.
• In jedem Fall muss die Gesamtfläche einer Schleife und damit der Abstand zwischen einem Leiter und seinem Rückleiter möglichst klein gehalten werden. Für die Informationsübertragung ermöglicht die Verdrillung der Leitungen eine weitere Verminderung der Anfälligkeit für Kopplungen im inneren Modus. Deshalb sind verdrillte Paare gegenüber nicht-verdrillten Paaren vorzuziehen.
• Messkabel und Kabel, die Niedrigpegel-Informationen übertragen, müssen wenn möglich abgeschirmt sein, wobei die Abschirmung, wenn der Lieferant nichts anderes angibt, an möglichst vielen Stellen mit dem Körper verbunden werden muss.
• Kabelkanäle müssen wenn immer möglich aus Metall bestehen. Diese Kabelkanäle sind mit sicherem elektrischem Kontakt, zum Beispiel mittels Schrauben, untereinander und mit dem vermaschten Körpernetz zu verbinden.
• Die empfindlichsten Kabel, wie zum Beispiel Messkabel, sind in einer Ecke anzuordnen.
Dadurch erhalten sie einen erhöhten Schutz gegen elektromagnetische Strahlungen. Ihre Abschirmung, falls vorhanden, ist in kurzen Abständen mit dem Kabelkanal zu verbinden. Die Verwendung von vorfabrizierten Stromschienen und -verteilungen, in denen die Kabel richtig angeordnet und angeschlossen sind, wie zum Beispiel das Produkt Canalis von Telemecanique mit eingebautem Fernsteuerkabel, ist deshalb in jeder Beziehung zu empfehlen. Alle diese für die Vermeidung von EMV-Problemen sehr wirksamen Massnahmen erfordern im Projektierungsstadium einen kleinen Mehraufwand. Spätere Änderungen einer bereits bestehenden Installation wegen zu starken elektromagnetischen Kopplungen kosten hingegen wesentlich mehr.