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EMV als Schutzmassnahme DRAFT © 09/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - 113 EMC.ppt Cables + Systems system solutions.

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1 EMV als Schutzmassnahme DRAFT © 09/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems EMC.ppt Cables + Systems system solutions

2 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Europa Normen Wird eine neue E uropäische N orm (EN) geschaffen, so verpflichtet die Mitgliedschaft im CENELEC zur Übernahme der Norm in das eigene nationale Normenwerk. CENELEC: Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung Die Schweiz ist Mitglied beim CENELEC:

3 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems EMV Norm In der Norm prEN werden Richtlinien für Erdung und EMV veröffentlicht Die Norm ist in Bearbeitung

4 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems EMV und Verkabelung EMV-Konzept - Ziele - Massnamen Es existieren keine normierten EMV-Tests für die Verkabelung allein

5 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems EMV und Verkabelung Ziele Verkabelung und die daran angeschlossenen aktiven Geräte sollen: - Umwelt nicht stören (abgegrenzte Emission) - von der Umwelt nicht gestört werden (Immunität)

6 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Massnahmen Symmetrische Übertragung Abschirmung (geschirmte Kabel) Erdung Kabelverlegung in Metallkanal Überspannungsableiter Verwendung optischer Kabel

7 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Themenkreis: Arten der Kopplungen EMV-Verhalten von Kabelschirmen Schirmungs- und Erdungskonzepte Ausführungsmassnahmen in der Installation

8 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Kopplungsmechanismen Elektromagnetische Umgebung (Störquellen) Galvanische Kopplung (Leitungen) Elektrische Kopplung (E-Feld) Magnetische Kopplung (H-Feld) Strahlungs- Kopplung (E/H-Feld) Empfänger (Störsenke)

9 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Kopplungsarten i (A) Induktive Kopplung S1S1 S2S2 Strahlungs- Kopplung S1S1 S2S2 i1i1 i2i2 Galvanische Kopplung E U Kapazitive Kopplung

10 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Galvanische Kopplung Kopplung durch „Leitungs“ Ströme U a =Zusätzlicher Spannungsabfall verursacht durch System 3 (S3) Z=Leitungsimpedanz Massnahme: gemeinsame Hin- und Rückleitungen vermeiden S1S1 S2S2 S3S3 UaUa Z

11 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Reduktion von galvanischen Kopplungen S2S2 S3S3 S1S1 EP Sternverbindungen Impedanzarm (niedrige Induktivität) Schleifenflächen reduzieren besser niederinduktiv Leiteroberfläche möglichst gross Fachgerechte Masseverbindung Impedanzarm

12 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems vqvq C1C1 C2C2 C 12 VsVs Störquelle Störsenke Masse Kapazitive Kopplung Kopplung über das elektrische Feld C Störquelle Störsenke Schirm Masse Reduktion kapazitive KopplungKapazitive Kopplung

13 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems UTP-Kabel Kat 6 Crosstalk im Kabel Alien Crosstalk bei 4 x 20 m Kat 5e Kat 6

14 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems SFTP-Kabel Kat 6 Kat 5e Kat 6 Crosstalk im Kabel Alien Crosstalk bei 4 x 20 m

15 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Induktivitätswerte nach Leiteranordnung  H m d / D  H m a / b d b a D

16 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems PersonenschutzEMV SpannungenhochEnergieentsorgungniedrigTelefonie, StrömeDatenkommunikation Frequenzenunter 0.1 MHzüber 1.0 MHz Art des NetzabschlusssesErdungan Masse legen indirekte Verbindung zumdirekte Verbindung zu einer grossen Erdboden über ein leitendesleitenden Fläche mit Potenzial null Netz Hinweismit steigender Frequenz nimmtbegrenzte metallische Oberfläche der induktive Widerstand zu, Er-an Masse legen nur für hohe Fre- dung nur bei niedrigen Frequen-quenzen bei kleinen Strömen zen als Schutzmassnahme ge-geeignet eignet Erden oder an Masse legen  

17 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems di / dt=Stromanstieg / Zeiteinheit L=Induktivität der Leitung  H / m Beispiel: di / dt=100 kA /  s Û=100 kA x 1  H L=1  H m (Cu) Û=100 kV (Spannungsabfall) Induktiver Spannungsabfall Induktivitäten von Cu-Leiter rund  1.4 mm 1.54 mm  H / m rund  6 mm 28.3 mm  H / m rund  12 mm113.1 mm  H / m rechteckig 30 x 3 mm 90.0 mm  H / m rechteckig 200 x 1 mm200.0 mm  H / m Quelle: Meteolabor

18 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Spannungsabfall auf dem Erdleiter Berechnungsbeispiel:Cu-Leiter:90 mm 2 Länge:1.8 m Widerstand:0.33 m  Induktivität:1.6  H Î = 4 kA di / dt = 2 kA /  s Ohm‘scher SpannungsbfallInduktiver Spannungsbfall Û = R x ÎÛ = L x di / dt Û = x 4000Û = 1.6 x 2000 Û = 1.32 VÛ = 3.2 kV Quelle: Meteolabor Û

19 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Kopplungswiderstand Länge 10 m Abschirmung: Alu-Folie mit Abnahmedraht 0.6 mm Abnahmedraht 0.6 mm  Û Î = 5 A = 0.2 A / ns = 18.4 = L di / dt = 3.7 kV induktiver Spannungsabfall  Î Û Û di / dt L

20 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Kopplungswiderstand Länge 10 m Abschirmung: Cu-Geflecht ohne Abnahmedraht 1.5 mm 2  Û Î = 5 A = 0.2 A / ns = 3.9 = L di / dt = 0.8 kV induktiver Spannungsabfall Î Û Û di / dt L

21 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Induktive (magnetische) Kopplung IsIs LsLs RsRs Masse Störsenke Schirm Störstrom I1I1 Störquelle Magnetfeld M L L

22 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Induktive Eînkopplung geschirmtes Kabel ungeschirmtes Kabel VJVJ Volt V J = M x I 1 x RsLsRsLs f g = 2 x  x RsLsRsLs F (kHz) 10 3 R S =Schirmwiderstand L S =Schirminduktivität f g =Grenzfrequenz V J =induzierte Spannung im Innenleiter M=magnetische Feldstärke

23 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Einfluss von Induktionsspannung auf die Leitungsführung Daten- leitung G2 G1 i b 0.2 s1s1 PA A 10.0 A Daten- leitung G2 G1 i b 2.0 s 0.1 A 0r(s) B  0 B   Magnetfluss durch die Schleifenfläche

24 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Schleifenbildung Prinzipielle Darstellung CPU Datenleitung Schleifenfläche In Speiseleitung Fangeinrichtung Bildschirm b a Schlaufenbild S (r) i

25 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen 5 cm 50 cm 10 cm 50 cm Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon

26 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems 50 cm Messstelle 2.5 cm Messstelle Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen

27 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Beeinflussung von Kommunikationssystemen Über galvanische, kapazitive, Induktive oder Strahlungs-Kopplung können Störmechanismen auf Kommunikationssysteme wirken -Induktive Kopplung über magnetische Felder zwischen zwei oder mehreren Leiterschlaufen (z.B. Schleifenfläschen bei Steigleitungen) je grösser I und f, desto grösser die Kopplung -Kapazitive Kopplung über elektrische Felder zwischen Leiter, die unterschiedliche Potentiale aufweisen (z.B. Parallelführung von Leitern) Je grösser U und f, desto grösser die Kopplung -Kopplung im nichtleitenden Raum durch elektromagnetische Felder 8 z.B. durch hochfrequente Felder von Senden oder Geräten mit Funkenbildung) -Verschiedene Stromkreise mit einem gemeinsamen Rückleiter (z.B. NF-Brumm) -Störungen, die über Netzzuleitungen am gleichen Netz betriebener Verbraucher zur Senke gelangen (z.B. Netzrückwirkungen, wie Kommutierungseinbrüche vom Umrichtern) -Transiente Potentialanhebung (z.B. durch Blitzeinwirkung) Galvanische (Leitung) Kapazitive (E-Feld) Induktive (H-Feld) Strahlung (E/H-Feld) KopplungsartBeispiele

28 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Erdungskonzepte Baumstruktur oder Sternstruktur StammstukturMaschenstruktur

29 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Erdungskonzeption bei geschirmten Kommunikationsverkabelung Es gibt kein Erdungskonzept, welches die analogen und digitalen bzw. nieder- und hochfrequenten Anforderungen optimal erfüllt. -Mehrere dezentrale Erdungspunkte (z.B. pro Geschoss) -Schirme mehrheitlich nur einseitig aufgelegt (z.B. tertiärer Bereich -Mehrere dezentrale Erdungspunkte (z.B. pro Geschoss) - Alle Schirme beidseitig aufgelegt - Erdanbindung an den Anschlussdosen -Ü-Frequenz > 20 MHz -Analoge Systeme -Digitale Systeme mit hohen Übertragungsraten -Ü-Frequenz > 20 MHz -Analoge und digitale (bis ca. 10 Mbit/s) Systeme -Zentraler Erdungspunkt-Ü-Frequenz < 2 MHz -Analoge Systeme -Einfache Anlagen ErdungsmerkmaleGeeignet für: Stammstruktur Maschenstruktur Baummstruktur Konzept Erdungskonzepte sind system- und baumstrukturbezogen zu definieren. Organisatorische Gegebenheiten (z.B. Umnutzung) können Strukturvermischungen zur Folge haben

30 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Wirkung eines Kabelschirms nicht angeschlossen Geringe Wirkung beidseitig angeschlossen Wirkung gegen elektromagnetische Strahlung einseitig geerdet Schutz gegen statische und niederfrequente elektrische Felder Wirkung gegen hochfrequente magnetische Felder (Strom im Schirm kompensiert das Störfeld beidseitig geerdet

31 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen Schirm nicht angeschlossen Einseitig, nahes Ende Einseitig, fernes Ende Beidseitiger Schirmanschluss Schirmdämpfung  dB Frequenz  MHz

32 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Pigtail-Anschluss an Masse Schirmdämpfung  dB Frequenz  MHz Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Schirmanschluss an Masse

33 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Magnetfelder EnergiekabelDatenkabel Feldfreie Zone Kabelkanal Kabelkanal im Magnetfeld besser Datenkabel mit Geflecht

34 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Übergang Kabelschirm Richtig Falsch Gehäuse Kontaktierung niederohmig und flächendeckend (360°) „pig tails“ vermeiden Masse

35 EMV als Schutzmassnahme © 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt Cables + Systems Beeinflussung von Kommunikationssystemen Zu Beeinflussungsproblemen können sich auswirken: -Nichtberücksichtigung von vorhanden und / oder mitbetriebenen Systemen -Nichtberücksichtigung von vorhandenen Erdungen und / oder Erdungs- Baustrukturen -Unklare Ausführungsinformationen Fehlerhafte Planung -Mangelhafte oder fehlende Koordination zwischen Planern und Systembetreibern -Unkoordinierte Produktewahl und Systemkonfiguration Koordinationsprobleme: -Inkonsequente und / oder fehlerhafte Arbeitsausführung -Mangelhafte Ausführungskontrolle -Mangelhafte oder fehlende Abnahmekontrollen Ausführungsmängel: -Unvollständige oder fehlende Ausführungsunterlagen Dokumentationsmängel:


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