Beitrag, CFW-EMV-Consulting AG Dienstag, 16. Mai 2017 © Experten Treffen vom 16. Mai 2017 in Freiburg

© Beitrags-Themen CFW Chronologie NISV (Verordnung zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung) Leistungsprogramm der Firma CFW Rückblick auf EMV-Probleme in der Vergangenheit Auswirkungen der NISV auf die heutigen Starkstrominstallationen

© CFW Chronologie 1989 Gründung der Einzelfirma CFW EMV-Consulting 1993 Vom Engeneering zum Hersteller von Monitor Abschirmungen 2000 Einführung der NISV Entwicklung von neuen EMF Abschirmungen 2007 Entwicklung und Patentanmeldung CFW PowerCable® Installationskabel 2016 Entwicklung und Patentanmeldung CFW PowerCable® FU-Anschlussleitung 1. 9. 2016 Eröffnung der Tochterfirma CFW PowerCable GmbH in Ulm

© NISV Kurzfassung Verordnung über den Schutz vor nicht-ionisierender Strahlung In Kraft seit 1. Feb. 2000 Neu: 1µT-Vorsorgegrenzwert an Orten mit empfindlicher Nutzung Betrifft: Orte mit empfindlicher Nutzung (OMEN) im Umfeld von: Trafostationen, HS-Freileitungen und HS-Erdkabel

NISV-Geltungsbereich © NISV-Geltungsbereich Arbeitsplätze: 2,5h Tage oder 20 h/Woche Wohnräume, Schlafzimmer Schulräume, Kindergärten Pausenplatz von Schulen/Kindergärten Spitäler, Alters- und Pflegeheime Eingetragene Kinderspielplätze

Grenzwerte/Richtwerte © Grenzwerte/Richtwerte Grenzwerte Frequenz f Flussdichte B Feldstärke E Anwendung / Gültigkeit Immissionsgrenzwerte IGW gemäß 26. BimSchV 50 Hz 16.7 Hz 100 µT 300 µT 5'000 V/m 10'000 V/m Überall wo sich Menschen aufhalten können IGW gemäß NISV 0 Hz 400 Hz statisch 12.5 µT 40’000 µT 625 V/m --- Anlagegrenzwert AGW gemäß NISV 1 µT Bei Hochspannungsanlagen an Orten mit empfindlicher Nutzung Arbeitsschutz, BGV Expositionsbereich 1   Expositionsbereich 2 1’358 µT 4’073 µT 424 µT 1’270 µT 21'320 V/m 30'000 V/m 6'666 V/m 20'000 V/m Die Vorschrift gilt, soweit Versicherte elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sind, sofern nicht die 26. BImSchV. zur Anwendung gelangt Arbeitshygienische Grenzwerte AHG gemäß SUVA 500 µT 1500 µT 62.5 µT 200’000 µT 1'250 V/m 40'000 V/m An betriebseigenen Arbeitsplätzen bei beruflicher Exposition Elektrobiologische Richtwerte 5) 50 Hz 0.1 µT 0.02 µT 50 V/m 1 V/m Richtwerte für Arbeitsplätze Richtwerte für Schlafstellen

Technische Grenzwerte © Technische Grenzwerte Beispiele Minimalabstände Technische Grenzwerte (Funktionsschutz) f B Herzschrittmacher 16.7Hz 50/60Hz 15µT Magnetresonanztomografie (MRT) 0.1Hz- 2kHz 0.4µT Elektroenzephalografie (EEG) 1Hz- 100Hz 0.2µT Rasterelektronenmikroskop (REM) 0.01Hz – 0.1µT Transmissionsmikroskop (TEM) 0.02µT Störquelle AGW 1.0µT MRT 0.4µT EEG 0.2µT TEM 0.02µT Bahn 16.7Hz n.a. 47m 65m 180m Freileitung 100m 125m 245m Erdkabel 5m 12m 15m 37m

© NISV Innovationen I

© NISV Innovationen II

Erweiterte Dienstleistungen © Erweiterte Dienstleistungen

Erweiterte Dienstleistungen © Erweiterte Dienstleistungen

Erweiterte Dienstleistungen © Erweiterte Dienstleistungen CFW PowerCable® Typ CPC (Trafokabel) Typ CPS (Installationskabel) Typ CPF (FU-Kabel)

EMV-Rückblick, MSV/NSV © EMV-Rückblick, MSV/NSV

EMV-Rückblick, Transformatoren © EMV-Rückblick, Transformatoren

Erdungskonzept vor Einführung der NISV IN1b IN1 IN1a Σ IT1 Σ IT2 T2 Potentialausgleich PEN-Schiene NS-Abgänge NSV Ringerder oberhalb Doppelboden montiert T1 Fundamenterder

Erdungskonzept nach Einführung der NISV © Erdungskonzept nach Einführung der NISV NS-Abgänge (TN-S) NS-HV IN1 IN2 PEN (N)-Schiene 100% Σ IT1 Σ IT2 PE-Schiene Zentraler Erdungspunkt Potentialausgleich Fundamenterder T1 T2 Ringerder im Kabelkeller montiert 16

Auswirkungen der NISV ©

© Auswirkungen der NISV

Auswirkungen der NISV ©

EMF-Abstrahlung, B-Feld

NISV-Abschirmungen

NISV im Griff?

© TN-C oder TN-S ?? ?pp IPEN Iind IPE ?

© Induktionsprobleme ?pp IPEN 1. Streuinduktivität Ui=L*di/dt L=k*Ln(a/r+0.25) IPEN 2. Streufluss Ui=dØ/dt dØ=dB*A

Erdschlaufen in der Praxis © Erdschlaufen in der Praxis 25

© 1. Induktion: L*di/dt IN IL1 IL2 IL3 Induktionsstrom, IPE= Ui/RL Ui = -L*di/dt Induktionsstrom, IPE= Ui/RL Beispiel: Ui = 100mV; l = 15m; A = 150mm2 IPE = Ui/RL = 100mA/3.5mΩ = 28.5A R = ρx(l/A) = 0.0175x(2x15/150) = 3.5mΩ

2. Gegeninduktion: Ui = dØ/dt © 2. Gegeninduktion: Ui = dØ/dt IN IL1 IL2 IL3 Induktionsstrom

© EMV-Ziel Einzelleiter/ CFW PowerCable® Stromschienen TN-C TN-S FU 1 P E CFW PowerCable® 1 TN-C TN-S FU

Problem, bzw. Problemlösung 1 © Problem, bzw. Problemlösung 1 Wegen asymmetrischer Anordung der Aussenleiter folgt: ∑ UiPE ≠ 0 Einzelleiter/ Stromschienen Der PE kann nicht zentrisch angeordnet werden L 1 L 2 L 3 N P E CFW PowerCable® Wegen symmetrischer Anordung der Aussenleiter folgt: ∑ UiPE = 0 Der PE ist zentrisch angeordnet

Problem, bzw. Problemlösung 2 © Problem, bzw. Problemlösung 2 PE zentriert Aussenleiter verseilt L 1 L 2 L 3 N P E PE zentriert Aussenleiter nicht verseilt Anordnung Kabeltyp IL1[A] IL2[A] IL3[A] IN[A] IPE[A] B[µT] a = 1m Bemerkung 4x1x150mm2 + 95mm2 266 283 278 14 19.9 1.5 Aussenleiter nicht verseilt 4x150mm2 + 95mm2 271 278 9 0.69 0.1 Aussenleiter verseilt

Fallbeispiel „Induktion“ © Fallbeispiel „Induktion“

Fallbeispiel „Gegeninduktion“ © Fallbeispiel „Gegeninduktion“

© EMV-Merkmale Für Standard Installationskabel müssen min. zwei EMV–Merkmale erfüllt sein (EMV2) Der PE Leiter ist symmetrisch zu den Aussenleiter angeordnet (Induktionsproblem) Aussenleiter sind mit optimaler Schlaglänge verseilt (Gegeninduktionsproblem)

© EMV-Merkmale Für Frequenz Umrichter (FU-Kabel) müssen min. drei EMV–Merkmale erfüllt sein (EMV3) Der PE Leiter ist symmetrisch zu den Aussenleiter angeordnet (Induktionsproblem) Aussenleiter sind mit optimaler Schlaglänge verseilt (Gegeninduktionsproblem) 3. HF-Abschirmung 100% (HF-Kopplungsprobleme)

© EMV-Merkmale, Typ FU-D Das CFW PowerCable® für Frequenz Umrichter erfüllt vier EMV-Merkmale (EMV4) Der PE Leiter ist symmetrisch zu den Aussenleiter angeordnet (Induktionsproblem) Aussenleiter sind mit optimaler Schlaglänge verseilt (Gegeninduktionsproblem) 3. HF-Abschirmung 100% (HF-Kopplungsprobleme) 4. 2 Drehstromsysteme um 180° gespiegelt (minimalste EMF-Abstrahlung, kleinst mögliche Induktivität)

Die negativen Folgen bei Nicht-beachtung der EMV-Merkmale © Die negativen Folgen bei Nicht-beachtung der EMV-Merkmale  Hohe Belastung durch elektromagnetische Felder Korrosionsschäden durch vagabundierende Erdausgleichsströme EMV-Probleme zwischen Starkstrom- und und Schwachstromkreisen Zusätzliche Hysterese- und Wirbelstromverluste Strombelastung eingeschränkt

EMF-Streufelder im Vergleich © EMF-Streufelder im Vergleich Bauweise vor 2000 Bauweise nach 2000

Wechselstromkorrosion © Wechselstromkorrosion Wechselstromkorrosion, I > 30A/m2 oder > 30µA/mm2

PV [CFW PowerCable®] ca. 10% - 15% geringer als © Verlustbetrachtung PV = I2.(R´+ ∆R´) + PHV + PWS + PIND PV = I2.(R´+ ∆R´) RSkin = Skinneffekt RProx = Proximityeffekt PHV = Hystereseverluste PWS = Wirbelstromverluste PIND = Induktionsstromverluste ∆R´ PV [CFW PowerCable®] ca. 10% - 15% geringer als bei Einzelleiter und Stromschienen!

EMV-Probleme zwischen Starkstrom- © EMV-Probleme zwischen Starkstrom- und Schwachstrom Kreisen Galvanische Kopplung Induktive Kopplung Kapazitive Kopplung Elektromagnetische Kopplung

Strombelastung eingeschränkt © L1.2 L1.3 L1.4 L1.1

Ziele der perfekten Starkstrominstallation © Ziele der perfekten Starkstrominstallation   keine EMF-Abstrahlung (E- und B-Felder) induktionsfrei gegenüber dem PE induktionsfrei gegenüber Metallkonstruktionen keine Zusatzverluste gleiche Stromverteilung auf mehrfach geführten Phasen-, bzw. Neutralleiter

Zeitgemässe Starkstrominstallation © Zeitgemässe Starkstrominstallation ZEP

© Labormessungen

© Testaufbau Abb. 1 Messgerät Schaltleisten 1.0m Transformator 400kVA Trasse Messgerät Transformator 400kVA 1.0m 3m-Kabeltrasse Starkstromkabel, l ≈ 13.5m

© Prüfschaltung (ein Kabelsystem) 261A 260A 251A 25A

© Vergleichszahlen

© Prüfschaltung (zwei Kabelsysteme) 277A 105A 158A 272A 116A 167A 261A

Beispiel aus der Praxis Gemessene Ströme/Induktionsströme © Beispiel aus der Praxis CFW PowerCable® Kabeltyp Strang Gemessene Ströme/Induktionsströme CFW PowerCable® IL1[A] IL2[A] IL3[A] IN[A] IPE[A] ΣI[A] 4x185mm2+95mm2 1 219 250 213 15 0.8 2 216 258 215 16 1.2 3 255 222 17 1.0 3x(4x185mm2+95mm2) 1+2+3 564 612 567 54 1.6

Induktionsprobleme in der Übersicht © Induktionsprobleme in der Übersicht

© Kundennutzen Leitungsverluste: ca. 10-15% geringer Installationsaufwand: ca. 50% Abschirmungen: überflüssig AC-Korrosion: ausgeschlossen EMV-Probleme: unbedeutend Brandgefahr: minimal EMVU-Vorteile: maximal

© Danke und En Guete