system solutions EMV als Schutzmassnahme Cables + Systems

Präsentation zum Thema: "system solutions EMV als Schutzmassnahme Cables + Systems"—  Präsentation transkript:

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

2 Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung
Europa Normen Wird eine neue Europäische Norm (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 werden Richtlinien für Erdung und EMV veröffentlicht
EMV Norm In der Norm prEN 50174 werden Richtlinien für Erdung und EMV veröffentlicht Die Norm ist in Bearbeitung

4 Es existieren keine normierten EMV-Tests für die Verkabelung allein
EMV und Verkabelung EMV-Konzept - Ziele - Massnamen Es existieren keine normierten EMV-Tests für die Verkabelung allein

5 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 Massnahmen Symmetrische Übertragung Abschirmung (geschirmte Kabel) Erdung Kabelverlegung in Metallkanal Überspannungsableiter Verwendung optischer Kabel

7 Themenkreis: Arten der Kopplungen EMV-Verhalten von Kabelschirmen Schirmungs- und Erdungskonzepte Ausführungsmassnahmen in der Installation

8 Kopplungsmechanismen
Elektromagnetische Umgebung (Störquellen) Galvanische Kopplung (Leitungen) Elektrische (E-Feld) Magnetische (H-Feld) Strahlungs- (E/H-Feld) Empfänger (Störsenke)

9 Kopplungsarten S1 S2 i1 i2 Galvanische Kopplung i (A) Induktive Kopplung E U Kapazitive Kopplung S1 S2 Strahlungs- Kopplung

10 Galvanische Kopplung Kopplung durch „Leitungs“ Ströme Ua = Zusätzlicher Spannungsabfall verursacht durch System 3 (S3) Z = Leitungsimpedanz S1 S2 S3 Ua Z Massnahme: gemeinsame Hin- und Rückleitungen vermeiden

11 Reduktion von galvanischen Kopplungen
Fachgerechte Masseverbindung S1 S2 S3 EP Sternverbindungen Impedanzarm (niedrige Induktivität) Schleifenflächen reduzieren Impedanzarm besser niederinduktiv Leiteroberfläche möglichst gross

12 Reduktion kapazitive Kopplung
Kopplung über das elektrische Feld vq C1 C2 C12 Vs Störquelle Störsenke Masse C Störquelle Störsenke Schirm Masse Kapazitive Kopplung Reduktion kapazitive Kopplung

13 UTP-Kabel Kat 6 Crosstalk im Kabel Alien Crosstalk bei 4 x 20 m Kat 5e

14 SFTP-Kabel Kat 6 Crosstalk im Kabel Alien Crosstalk bei 4 x 20 m
Kat 5e Kat 6 Alien Crosstalk bei 4 x 20 m Kat 5e Kat 6

15 Induktivitätswerte nach Leiteranordnung
b a 3 0.3 m H 2 m H 0.2 m m 1 0.1 1 2 5 10 20 50 100 1 2 5 10 20 50 100 d / D a / b

16 Erden oder an Masse legen
Personenschutz EMV Spannungen hoch Energieentsorgung niedrig Telefonie, Ströme Datenkommunikation Frequenzen unter 0.1 MHz über 1.0 MHz Art des Netzabschlussses Erdung an Masse legen indirekte Verbindung zum direkte Verbindung zu einer grossen Erdboden über ein leitendes leitenden Fläche mit Potenzial null Netz Hinweis mit steigender Frequenz nimmt begrenzte 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  

17 Induktiver Spannungsabfall
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) Induktivitäten von Cu-Leiter rund  1.4 mm mm H / m rund  6 mm mm H / m rund  12 mm mm H / m rechteckig 30 x 3 mm mm H / m rechteckig x 1 mm mm H / m Quelle: Meteolabor

18 Spannungsabfall auf dem Erdleiter
Berechnungsbeispiel: Cu-Leiter: 90 mm2 Länge: 1.8 m Widerstand: 0.33 m Induktivität: 1.6 H Û Î = 4 kA di / dt = 2 kA / s Ohm‘scher Spannungsbfall Induktiver Spannungsbfall Û = R x Î Û = L x di / dt Û = x Û = 1.6 x 2000 Û = 1.32 V Û = 3.2 kV Quelle: Meteolabor

19 Kopplungswiderstand Î Û F
Abschirmung: Alu-Folie mit Abnahmedraht 0.6 mm Länge 10 m Î Abnahmedraht 0.6 mm Û F Î = 5 A di / dt = A / ns L = mH Û = L • di / dt Û = kV induktiver Spannungsabfall

20 Kopplungswiderstand Î Û F Abschirmung: Cu-Geflecht ohne Abnahmedraht
Länge 10 m Î 1.5 mm 2 Û F Î = 5 A di / dt = A / ns L = Û = L • di / dt Û = kV induktiver Spannungsabfall

21 Induktive (magnetische) Kopplung
Störquelle Magnetfeld M Störstrom L Schirm L Störsenke Is Ls Rs Masse

22 Induktive Eînkopplung
VJ VJ = M x I1 x Rs Ls ungeschirmtes Kabel Volt geschirmtes Kabel 10 3 F (kHz) RS = Schirmwiderstand LS = Schirminduktivität fg = Grenzfrequenz VJ = induzierte Spannung im Innenleiter M = magnetische Feldstärke fg = 2 x  x Rs Ls

23 Einfluss von Induktionsspannung auf die Leitungsführung
Daten- leitung G2 G1 i b 2.0 s 0.1 A Daten- leitung G2 G1 i b 0.2 s 1 PA A 10.0 A r(s) B  r(s) B   Magnetfluss durch die Schleifenfläche

24 Schleifenbildung Prinzipielle Darstellung
Fangeinrichtung Bildschirm Datenleitung Schleifenfläche b CPU i In Speiseleitung a S (r) Schlaufenbild

25 Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen
5 cm 50 cm 10 cm 10 cm 50 cm Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon

26 Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen
50 cm Messstelle 2.5 cm Messstelle Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon

27 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) Kopplungsart Beispiele

28 Erdungskonzepte Baumstruktur oder Sternstruktur Stammstuktur Maschenstruktur

29 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 - Alle Schirme beidseitig aufgelegt - Erdanbindung an den Anschlussdosen - Ü-Frequenz > 20 MHz - Analoge Systeme - Digitale Systeme mit hohen Übertragungsraten - Analoge und digitale (bis ca. 10 Mbit/s) Systeme - Zentraler Erdungspunkt - Ü-Frequenz < 2 MHz - Einfache Anlagen Erdungsmerkmale Geeignet für: Stammstruktur Maschenstruktur Baummstruktur Konzept Erdungskonzepte sind system- und baumstrukturbezogen zu definieren. Organisatorische Gegebenheiten (z.B. Umnutzung) können Strukturvermischungen zur Folge haben

30 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 Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen
Schirmdämpfung  dB Schirm nicht angeschlossen Einseitig, nahes Ende Einseitig, fernes Ende Beidseitiger Schirmanschluss Frequenz  MHz

32 Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen
Schirmdämpfung  dB Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Pigtail-Anschluss an Masse Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Schirmanschluss an Masse Frequenz  MHz

33 Magnetfelder Feldfreie Zone Kabelkanal besser Energiekabel Datenkabel
Kabelkanal im Magnetfeld Datenkabel mit Geflecht Feldfreie Zone

34 • Kontaktierung niederohmig und flächendeckend (360°)
Übergang Kabelschirm Masse Gehäuse Richtig Falsch Gehäuse • Kontaktierung niederohmig und flächendeckend (360°) • „pig tails“ vermeiden

35 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: