Grundlagenreihe EMV Richtlinien Teil 7. Induktive Kopplung. Definition. Beispiele

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1 Grundlagenreihe EMV Richtlinien Teil 7 Induktive Kpplung Definitin Der Störer und das pfer sind durch ein magnetisches Feld gekppelt. Das Ausmaß der Störung hängt vn den Spannungsschwankungen (di/dt) und der induktiven Kpplung ab. Die induktive Kpplung erhöht sich mit: der Frequenz, der Nähe des Störers zum pfer und der Länge der parallelen Kabel, der Höhe der Kabel in Bezug auf eine Bezugsmasse, der Lastimpedanz des Störkreises. Beispiele (siehe Abb. R38) Abb. R38: Beispiel für induktive Kpplung Nahegelegene Kabel unterliegen schnellen Strmschwankungen (di/dt), Kurzschlüsse, Fehlerströme, Blitzschläge, Statr-Steuerungssysteme, Schweißmaschinen, Drsseln.

2 Gegenmaßnahmen Die vrrangigen Gegenmaßnahmen zur Verringerung der Auswirkungen der induktiven Kpplungen sind nach EN (VDE ): Symmetrische Übertragung auf symmetrische Leitungsanlagen: Die einzelnen Leiter sind miteinander verdrillt; die berfläche möglicher Induktinsschleifen sind sehr klein. Nur wenige Magnetfeldlinien durchdringen diese Schleifen. Benachbarte Verdrillungen induzieren Spannungen entgegengesetzter Phase, die sich flglich gegenseitig auslöschen. Die induzierten Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern ist annähernd Null. Andererseits wird eine Gleichtaktstörung in der Schleife induziert, die aus den (verdrillten) Leitern und der Erdung (engl.: earth) gebildet wird. Der Einfluss auf das Gerät wird durch die Gleichtaktunterdrückung des zugehörigen Signalanschlusses verringert. Geschirmte Leitungsanlagen: Geschirmte Leitungsanlagen bieten abhängig vn der Frequenz und den verwendeten Werkstffen Schutz gegen Magnetfelder, wenn der Schirm an beiden Kabelenden geerdet ist. Im Allgemeinen besteht kein ausreichender Schutz gegen Magnetfelder, wenn der Kabelschirm nicht mit Erdptential verbunden ist. Es gibt Ausnahmen vn dieser Regel, wenn z.b. der nichtverbundene Kabelschirm auf der berfläche vn der nah bei einer Erdungseinrichtung angebracht ist. Kabelführungssysteme aus Metall der aus speziell für EMV-Zwecke ausgelegtem Verbundwerkstff. Kabelführungssysteme aus Metall der aus speziell für EMV-Zwecke ausgelegtem Verbundwerkstff können den Einfluss vn Magnetfeldern vermindern, wenn: die Elemente einen rdentlichen Ptentialausgleich haben, das Kabelführungssystem an beiden Enden niederhmig geerdet ist, die Frequenz berhalb eines Mindestwertes liegt (abhängig vn Werkstff und Dicke). Das störende Magnetfeld induziert auch einen Strm in der Schleife, die aus Kabelführungssystem und der Erde gebildet wird. Dieser Strm erzeugt ein entgegengesetztes Magnetfeld, welches das ursprüngliche kmpensiert. Der Effekt kann zumindest mit einem parallel zum Kabel verlegten Parallelerdungsleiter (PEC) verbessert werden. Sein Prinzip wird in IEC/TR erklärt. Da swhl kapazitive als auch induktive Kpplung gleichzeitig vrhanden sind, berücksichtigt der Verbundwerkstff die Wirkung eines jeden Beitrages, sfern nicht einer vn beiden vernachlässigt werden darf.

3 Strahlungskpplung Definitin Der Störer und das pfer sind über ein Medium gekppelt (z.b. Luft). Das Ausmaß der Störung hängt vn der Stärke der Strahlungsquelle und der Wirksamkeit der Sende- und der Empfangsantenne ab. Ein elektrmagnetisches Feld enthält swhl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld. Die beiden Felder krrelieren miteinander. Die elektrischen und die magnetischen Kmpnenten können separat analysiert werden. Das elektrische Feld (E-Feld) und das magnetische Feld (H-Feld) sind in Kabel- und Leitungsanlagen über die Leitungen und Schleifen gekppelt (siehe Abb. R39). Abb. R39: Definitin der Strahlungskpplung Wenn ein Kabel einem veränderlichen elektrischen Feld ausgesetzt ist, wird im Kabel ein Strm erzeugt. Diese Erscheinung wird Feld-Kabel-Kpplung genannt. Ebens gilt, wenn ein veränderliches magnetisches Feld durch eine Schleife fließt, wird eine Gegen-EMK erzeugt, die zwischen den beiden Enden der Schleife eine Spannung erzeugt. Diese Erscheinung wird Feld-Schleifen-Kpplung genannt. Beispiele (siehe Abb. R40)

4 Abb. R40: Beispiele für Strahlungskpplung Funkübertragungsausrüstungen (Funksprechgeräte, Radi- und Fernsehsender, Mbile Services), Radar, Zündungssysteme vn Kraftfahrzeugen, Lichtbgenschweißgerät, Induktinsöfen, Niederspannungsschaltanlagen, elektrstatische Entladungen (ESD), Beleuchtung. Gegenmaßnahmen Die vrrangigen Gegenmaßnahmen zur Verringerung der Auswirkungen der gestrahlten Kpplung sind: Bei einem Feld auf ein Kabel Verringern der Antennenwirkung des gestörten Kabels durch: Verringerung der Höhe (h) des Kabels in Bezug auf die Bezugsmasse Verlegen des Kabels in aus Metall der aus für EMV-Zwecke ausgelegtem Verbundwerkstff (Rhr, Kabelkanal, Kabelwanne) Verwenden vn geschirmten Kabeln und bestimmungsgemäß mit dem Ptentialausgleich verbundene Kabel verlegete Parallelerdungsleiter (PECs) Einbau vn Filtern der Ferritringen am gestörten Kabel usw.

5 Bei Feld-Schleifen-Kpplung Verringern der Fläche der pferschleife durch Verringerung der Höhe (h) und der Länge des Kabels. Verwenden der Lösungen für die Feld- auf Kabel-Kpplung. Nutzen des Prinzips des Faraday schen Käfigs. Verwendung des Prinzips des Faraday schen Käfigs: Eine mögliche Lösung ist ein geschirmtes Kabel, das an beiden Enden mit der Schirmung des Gerätes verbunden ist. Das Gerät braucht im Falle hher Frequenzen nicht geerdet zu sein. Werden beide Geräte mit Erde verbunden, sllten Schleifenströme vermieden der zumindest verringert werden. Abgestrahlte Kpplung nimmt mit der Entfernung und durch die Verwendung der symmetrischen Übertragung auf symmetrische Verkabelung ab. Das EMV-Knzept Fragestellungen im Hinblick auf die praktische Ausführung vn EMV-Knzepten nach EN (VDE ). Man beantwrte die EMV Prüfliste in der nachflgenden Tabelle schrittweise und hake die Punkte ab, sfern zutreffend. Zu berücksichtigende Gesichtspunkte Antwrt Kmmentar Ja Nein 1 Gebäude [1] [1] 1a) Bestehendes Gebäude 1b) Neues Gebäude geplant? 1c) Neues Gebäude vrhanden? 1d) Neues und bestehendes Gebäude gemischt? 1e) Krankenhaus 2 Strmverteilungsanlage 2a) TN-S? beste Lösung 2c) TN-C-S? 2d) TN-C?

6 2e) TT? 2f) IT? 3 Störquellen 3a) Umspannstatin? 3b) Nähe zu elektrischen Transprtmitteln? 3c) Nähe zu Hchspannungsleitungen? 3d) Lichtbgenschweißgerät? 3e) Frequenzinduktinsheizgeräte? 3f) Übertragungseinrichtungen (Rundfunk, Fernsehen, Funktelefn und Radar? 3g) Entsprechen die installierten Einrichtungen(2) den betreffenden eurpäischen EMV-Nrmen? 3h) Geschirmte Strmversrgungsleitungen? 3i) Nähe zu kaxialer der unsymmetrischer Verkabelung? 4 Kundenanfrderungen bezüglich Vertraulichkeit 4a) Sehr empfindliche Anwendung(en)? 4b) Krankenhausumgebung? 5 Struktur der bestehenden der (und) zukünftigen Erdungs- und Ptentialausgleichsanlage 5a) Vermaschte Tplgie, gemeinsame Ptentialausgleichsanlage (CBN) der vermaschte Ptentialausgleichsanlage (MESH-BN)? 5b) Sterntplgie, getrennte Ptentialausgleichsanlage (IBN) der vermaschte getrennte

7 Ptentialausgleichsanlage (MESH-IBN)? 5c) Stammstruktur? 5d) Mehr als eine Antwrt zu a), b), c)? 6 Kabelführungssysteme, Dppelböden 6a) 1. Anwendungsneutrale Leitungsanlage parallel zu Strmversrgungsleitungen? 2. Gebäudeverkabelung parallel zu Strmversrgungsleitungen? 6b) Kabelführungssystem aus Kunststff der Metall (Aluminium der Stahl)? Kunststff Stahl Aluminium 6c) Trennung zwischen infrmatinstechnischer Verkabelung und Strmversrgungsleitungen aus Kunststff der Metall? Kunststff Stahl Aluminium 6d) Sind die Kabelführungssysteme (aus Metall der speziell für EMV-Zwecke ausgelegtem Verbundwerkstff) regelmäßig der wenigstens an den beiden Enden geerdet? 6e) Ist die Verkabelung zwischen Gebäuden mit metallenen Kabeln ausgeführt? Anmerkung 1: = keine Handlungsbedarf, = s.u. (Maßnahmen auf die Antwrten vn Tabelle) Anmerkung 2: Dies bezieht sich nicht nur auf die angeschlssenen Geräte, sndern auch auf andere Geräte in der Umgebung (z.b. Kpierer, Beleuchtung mit Flureszenzlampen).

8 Maßnahmen auf die Antwrten vn Tabelle Gebäude 1a) Bestehendes Gebäude? Ja In alten Gebäuden ist die Wahrscheinlichkeit am größen, dass ungünstige Strmverteilungsanlagen vrliegen und das Erdungs- und Ptentialausgleichssystem auf sehr alten Knzepten beruht. Darüber hinaus sind einige ältere Gebäude durch besndere Gesetze geschützt, die nicht alle Veränderungen am Gebäude zulassen. Zum Beispiel ist es nicht überall zulässig, Löcher zu bhren der Hlzteile zu entfernen, und technische Einrichtungen müssen hne Beeinträchtigung der Architektur eingebracht werden. Besnders kritisch: Es ist eine vllständige und sehr präzise Analyse erfrderlich. Man beantwrte alle Fragen und erstelle einen Maßnahmenkatalg, um sicherzustellen, dass die Installatin funktinieren wird. Krrekturmaßnahmen sind teuer, daher sind frühzeitig Infrmatinen seitens des Kunden zur Entscheidungsfindung und Kstenplanung erfrderlich. 1b) Neues Gebäude geplant? Ja Man nutze die Gelegenheit, die Planungstätigkeit des Architekten zu beeinflussen, um ein integriertes EMV-Knzept zu erhalten, z.b.: Strmverteilungsanlagen in TN-S-Ausführung Raum für Kabelführungssysteme, Schränke Bereitstellung vn Erdung und Ptentialausgleich in angemessener Weise an der gefrderten Stelle Trennung der Wege für anwendungsneutrale Verkabelung und Beleuchtung mit Flureszenzlampen 1c) Neues Gebäude vrhanden? Ja Es treffen die gleichen Prbleme zu, die in 1a) beschrieben sind, ausgenmmen: im Allgemeinen ist die Verteilungsanlage in TN-S-Ausführungen vrhanden eine Ptentialausgleichsanlage ist verfügbar. 1d) Neues der bestehendes Gebäude gemischt? Ja Die Kmbinatin vn alten und neuen Gebäuden ist genaus prblematisch wie Installatinen in alten Gebäuden. Die Kmbinatin verschiedener Systeme schafft viele Prbleme. Man prüfe, b die Strmverteilungsanlage vm gleichen Typ ist, vrzugsweise ein TN-S-System.

9 Mögliche Lösungen: Alle Gebäude haben ein TN-S-System. Man verbinde beide Schutzleiter der TN-C-Systeme am Haupterdungsanschluss. Man verwende Trenntransfrmatren. Man verwende Lichtwellenleiter hne metallenen Mantel. Infrmatinen über Erdung und Ptentialausgleich wie vr beschrieben. 1e) Krankenhaus? Ja Bei Installatinen in Krankenhäusern sind aus flgenden Gründen abweichende Vrkehrungen erfrderlich: Einfluss infrmatinstechnischer Signale auf medizinische Geräte: Einrichtungen für die Intensivpflege, Herzschrittmacher, Überwachungseinrichtungen usw. Einfluss der Signale medizinischer Geräte auf infrmatinstechnische Signale: Geräte mit starker Signalabstrahlung, Mikrwellen usw.; höhere Klasse vn Brandschutzmaßnahmen: Man erkundige sich nach allen für den Krankenhausbereich zutreffenden Gesetzen und Verrdnungen und beflge diese genau. Es werden keine Ausnahmen zugelassen. Strmverteilungsanlage 2a) TN-S-System? Ja Beste EMV-Lösung. 2b) TN-C-S-System? Ja Weitere Infrmatinen wie vr beschrieben. Bei geschirmter Verkabelung in Verbindung mit einem TN-C- der TN-C-S-System und Geräten der Schutzklasse I ist eine Schirmunterbrechung und im Allgemeinen die Installatin einer Schutzeinrichtung erfrderlich, die die Unterbrechung überbrückt. 2c) TN-C-System? Ja Der Hinwies in 2b) bezüglich der Unterbrechung vn Schirmen gilt auch hier. 2d) TT-System? Ja Weitere Infrmatinen wie vr beschrieben Störquellen 3a) Umspannstatin?

10 Ja Erzeugung störender 50-Hz-Magnetfelder. Anstieg des Erdungsptentials. 3b) Nähe zu elektrischen Transprtmitteln? Ja Siehe 3e). 3c) Nähe zu Hchspannungsleitungen? Ja Siehe 3e). 3d Lichtbgenschweißgerät? Ja Siehe 3e). 3e Frequenzinduktinsheizgeräte? Ja In dieser Umgebung treten häufig Phänmene mit niederfrequenten Strömen hher Stärke auf. Mögliche Lösungen: Man stelle die Verwendung vn Geräten mit erhöhten Störfestigkeitsanfrde rungen sicher; Man vermeide galvanische und induktive Kpplung. Man frdere vm Hersteller Infrmatinen über Feldstärken bezgen auf die Abstände; Man verwende Schirmtechniken; ausreichenden Abstand vn der Hchspannungsinstallatin nebeneinander liegende Wege vn Strmversrgungsleitungen und Signal kabeln für die infrmatinstechnischen Geräte geschirmte Strmversrgungsleitungen und Signalkabel. Der Schirm muss an beiden Enden dem Gerät auf gleiches Ptential gelegt werden. Stahlröhren mit dickerer Wand, die an vielen Stellen geerdet sind; Lichtwellenleiter hne metallenen Mantel. 3f) Übertragungseinrichtungen (Rundfunk, Fernsehen, Funktelefn und Radar)? Ja 1) Fest installierter Sender: Man messe die Feldstärke und installiere die Bauuteile entsprechend den Messwerten. 2) Beweglicher Sender: Man analysiere die ungünstigste Situatin der Übertragungseinrichtung, den Hersteller der das Telekmmunikatinsunter nehmen nach Signalpegeln und installiere Bauteile entsprechend den angegebenen Werten. Das Knzept für Erdung und Ptentialausgleich ist im Einzelnen zu prüfen, um den bestmöglichen Zustand zu erreichen. 3g) Entsprechen die installierten Einrichtungen den betreffenden eurpäischen EMV- Nrmen?

11 Nein Man verwende nur Geräte, die den betreffenden EMV-Anfrderungen entsprechen (CE- Kennzeichnung). Bei besnderen Anwendungen (Kexistenz mit anderen Anlagen) können für Geräte, die höheren Anfrderungen entsprechen, strengere Installatinspraktiken erfrderlich sein. 3h) Geschirmte Strmversrgungsleitungen? Ja Geschirmte Strmversrgungsleitungen sind sehr selten installiert, dch kann man sie in Rechenzentren und ähnlichen Einrichtungen finden. Eng benachbarte infrmatinstechnische Installatinen sind kritisch, dch stelle man sicher, dass die Schirme der Strmversrgungsleitungen im Knzept für Erdung und Ptentialausgleich enthalten sind. Kundenanfrderungen bezüglich Vertraulichkeit 4a) Sehr empfindliche Anwendung(en)? Ja In einigen Bereichen sind sehr aufwendige Vrkehrungen erfrderlich, um Ausfälle aufgrund elektrmagnetischer Verträglichkeitsphänmene zu verhindern, z.b. Prduktinssteuerung in der chemischen Industrie und Anwendungen mit Lebensgefahr. Für sehr empfindliche Installatinen sind Bauteile höchster Qualität, höchstqualitative Ausführung, Reserveleitungen, eine zweite Garnitur Sternverteiler, autmatische Datensicherungsverfahren, ein hhes Dkumentatinsniveau, Dkumentatin der Sicherungsaktivitäten usw. erfrderlich. 4b) Krankenhausumgebung? Ja Krankenhausumgebungen müssen analysiert werden, um EMV-Gefahren für Leben erhaltende Maschinen zu verringern. Keine Störung Leben erhaltender der überwachender Geräte usw. Die Installatin ist nur möglich, wenn der Krankenhausbetrieb es zulässt. Struktur der bestehenden der (und) zukünftigen Erdungs- und Ptentialausgleichsanlage 5a) Vermaschte Tplgie, gemeinsame Ptentialausgleichsanlage (CBN) der vermaschte Ptentialausgleichsanlage (MESH-BN)? Ja Grundlegende Anrdnungen wie vr beschrieben. 5b) Sterntplgie, getrennte Ptentialausgleichsanlage (IBN) der vermaschte getrennte Ptentialausgleichsanlage (MESH-IBN)? Ja Grundlegende Anrdnungen wie vr beschrieben. 5c) Stammstruktur? Ja Grundlegende Anrdnungen wie vr beschrieben. 5d) Mehr als eine Antwrt zu a), b), c)? Ja In Beratung. Kabelführungssysteme, Dppelböden

12 6a) Parallel zu Strmversrgungsleitungen? Ja Die Mindestabstände müssen eingehalten werden; es wird jedch eine parallele Kabelführung empfhlen, um grße Induktinsschleifen zu vermeiden. 6b) und 6c) Kabelführungssysteme aus Kunststff der Metall, Trennung? Ja Kabelführungssysteme aus Kunststff stellen innerhalb nachgewiesener Grenzwerte einen bestimmten Abstand sicher. Kabelführungssysteme aus Metall der einem speziell für EMV- Zwecke ausgelegten Verbundwerkstff lassen einen geringeren Abstand zu, falls metallene Trennung (krrekt am Ptentialausgleich angeschlssen) vrgesehen ist. 6d) Sind die metallenen Abschnitte geerdet? Nein Man installiere die Erde nrmgerecht. 6e) Verkabelung zwischen Gebäuden mit metallenen Kabeln ausgeführt? Ja Überspannungsschutz erfrderlich.