technische InformationStand 04/2010

Cable management Systeme zur Verbesserung der emV

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Definition der elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

In den letzten Jahren hat der Ein-satz elektronischer Schaltungenstetig zugenommen. Ob in Indu-strieanlagen, Medizin, Haushalt,in Telekommunikationsanlagen,Kraftfahrzeugen oder elektri-schen Gebäudeinstallationen –überall finden wir leistungsstarkeelektrische Apparate und Anla-gen, die immer größere Strömeschalten, höhere Funkreichwei-ten erzielen und noch mehr Ener-gie auf weniger Raum transpor-tieren können. Doch mit dem Einsatz modernsterTechnologie steigt auch die Kom-plexität der Anwendungen. Dieshat zur Folge, dass im-

mer  mehr  gegenseitige Beeinflus-sungen (elektromagnetische Stö-rungen) von Anlagenteilen und Ka-beln und Leitungen auftreten kön-nen, die zu Schäden und wirt-schaftlichen Verlusten führen.

Hier spricht man von der elektro-magnetischen VerträglichkeitEMV:Die elektromagnetische Verträg-lichkeit EMV ist die Fähigkeit einerelektrischen Einrichtung, in ihrerelektromagnetischen Umgebungzufriedenstellend zu funktionieren,ohne diese Umgebung, zu derauch andere Einrichtungen  gehö-ren, unzulässig zu beeinflussen(VDE 0870 -1). In der Normungwird die elektromagnetische Ver-

träglichkeit durch die EMV-Richtli-nie 2004/108/EG erfasst. Dies be-deutet, dass elektrische Betriebs-mittel als Störquelle elektromagne-tische Störungen ausstrahlen (E-mission), die von anderen Gerätenoder Einrichtungen, die als Emp-fänger (Störsenke) fungieren, auf-genommen werden (Immission).Dadurch kann eine Störsenke sehrstark in ihrer Funktion beeinträch-tigt werden, was im schlimmstenFall zum Totalausfall und wirt-schaftlichen Verlusten führen kann.Die Störungen können sich sowohlleitungsgebunden als auch durchelektromagnetische Wellen aus-breiten.

Weg der Störungen

Störquelle (strahlt Emissionen aus) Kopplung von Störgrößen (Aus-breitung der Störung) Störsenke (empfängt Emissionen)

zum Beispiel· Funktelefone· Schaltnetzteile· Zündanlagen· Frequenzumrichter· Blitzeinschlag· Schweißgeräte

· Galvanisch· Induktiv· Kapazitiv· Elektromagnetisch

· Prozessrechner· Funkempfangsanlagen· Steuerungen· Umrichter· Messgeräte

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Definition der elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

In den letzten Jahren hat der Ein-satz elektronischer Schaltungenstetig zugenommen. Ob in Indu-strieanlagen, Medizin, Haushalt,in Telekommunikationsanlagen,Kraftfahrzeugen oder elektri-schen Gebäudeinstallationen –überall finden wir leistungsstarkeelektrische Apparate und Anla-gen, die immer größere Strömeschalten, höhere Funkreichwei-ten erzielen und noch mehr Ener-gie auf weniger Raum transpor-tieren können. Doch mit dem Einsatz modernsterTechnologie steigt auch die Kom-plexität der Anwendungen. Dieshat zur Folge, dass im-

mer  mehr  gegenseitige Beeinflus-sungen (elektromagnetische Stö-rungen) von Anlagenteilen und Ka-beln und Leitungen auftreten kön-nen, die zu Schäden und wirt-schaftlichen Verlusten führen.

Hier spricht man von der elektro-magnetischen VerträglichkeitEMV:Die elektromagnetische Verträg-lichkeit EMV ist die Fähigkeit einerelektrischen Einrichtung, in ihrerelektromagnetischen Umgebungzufriedenstellend zu funktionieren,ohne diese Umgebung, zu derauch andere Einrichtungen  gehö-ren, unzulässig zu beeinflussen(VDE 0870 -1). In der Normungwird die elektromagnetische Ver-

träglichkeit durch die EMV-Richtli-nie 2004/108/EG erfasst. Dies be-deutet, dass elektrische Betriebs-mittel als Störquelle elektromagne-tische Störungen ausstrahlen (E-mission), die von anderen Gerätenoder Einrichtungen, die als Emp-fänger (Störsenke) fungieren, auf-genommen werden (Immission).Dadurch kann eine Störsenke sehrstark in ihrer Funktion beeinträch-tigt werden, was im schlimmstenFall zum Totalausfall und wirt-schaftlichen Verlusten führen kann.Die Störungen können sich sowohlleitungsgebunden als auch durchelektromagnetische Wellen aus-breiten.

Weg der Störungen

Störquelle (strahlt Emissionen aus) Kopplung von Störgrößen (Aus-breitung der Störung) Störsenke (empfängt Emissionen)

zum Beispiel· Funktelefone· Schaltnetzteile· Zündanlagen· Frequenzumrichter· Blitzeinschlag· Schweißgeräte

· Galvanisch· Induktiv· Kapazitiv· Elektromagnetisch

· Prozessrechner· Funkempfangsanlagen· Steuerungen· Umrichter· Messgeräte

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Definition der elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

In den letzten Jahren hat der Ein-satz elektronischer Schaltungenstetig zugenommen. Ob in Indu-strieanlagen, Medizin, Haushalt,in Telekommunikationsanlagen,Kraftfahrzeugen oder elektri-schen Gebäudeinstallationen –überall finden wir leistungsstarkeelektrische Apparate und Anla-gen, die immer größere Strömeschalten, höhere Funkreichwei-ten erzielen und noch mehr Ener-gie auf weniger Raum transpor-tieren können. Doch mit dem Einsatz modernsterTechnologie steigt auch die Kom-plexität der Anwendungen. Dieshat zur Folge, dass im-

mer  mehr  gegenseitige Beeinflus-sungen (elektromagnetische Stö-rungen) von Anlagenteilen und Ka-beln und Leitungen auftreten kön-nen, die zu Schäden und wirt-schaftlichen Verlusten führen.

Hier spricht man von der elektro-magnetischen VerträglichkeitEMV:Die elektromagnetische Verträg-lichkeit EMV ist die Fähigkeit einerelektrischen Einrichtung, in ihrerelektromagnetischen Umgebungzufriedenstellend zu funktionieren,ohne diese Umgebung, zu derauch andere Einrichtungen  gehö-ren, unzulässig zu beeinflussen(VDE 0870 -1). In der Normungwird die elektromagnetische Ver-

träglichkeit durch die EMV-Richtli-nie 2004/108/EG erfasst. Dies be-deutet, dass elektrische Betriebs-mittel als Störquelle elektromagne-tische Störungen ausstrahlen (E-mission), die von anderen Gerätenoder Einrichtungen, die als Emp-fänger (Störsenke) fungieren, auf-genommen werden (Immission).Dadurch kann eine Störsenke sehrstark in ihrer Funktion beeinträch-tigt werden, was im schlimmstenFall zum Totalausfall und wirt-schaftlichen Verlusten führen kann.Die Störungen können sich sowohlleitungsgebunden als auch durchelektromagnetische Wellen aus-breiten.

Weg der Störungen

Störquelle (strahlt Emissionen aus) Kopplung von Störgrößen (Aus-breitung der Störung) Störsenke (empfängt Emissionen)

zum Beispiel· Funktelefone· Schaltnetzteile· Zündanlagen· Frequenzumrichter· Blitzeinschlag· Schweißgeräte

· Galvanisch· Induktiv· Kapazitiv· Elektromagnetisch

· Prozessrechner· Funkempfangsanlagen· Steuerungen· Umrichter· Messgeräte

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Sicherstellung der EMV

Sicherstellung der EMVZur Sicherstellung der EMV ist einsystematischer Planungsansatz er-forderlich. Die Störquellen müssenidentifiziert und quantifiziert wer-den. Die Kopplung beschreibt dieAusbreitung der Störung von derStörquelle bis zum beeinflusstenGerät, der Störsenke. Die Aufgabeder EMV-Planung ist es, die Ver-träglichkeit durch die notwendigenMaßnahmen an der Quelle, amKopplungsweg oder an der Stör-senke sicherzustellen. Planer undInstallateure werden im Tagesge-schäft immer häufiger  mit dieserThematik konfrontiert. Die EMVstellt somit einen  grundlegendenFaktor schon bei der Planung derInstallation und Verkabelung dar. Aufgrund der sehr hohen Komple-xität der elektromagnetischen Ver-träglichkeit  müssen die Problemeder EMV unter Verwendung verein-fachender Hypothesen sowie unterZuhilfenahme von Modellen unddurch Rückgriff auf Versuche undMessungen analysiert und  gelöstwerden.

Kabeltrag-Systeme und ihr Bei-trag zur EMVKabeltrag-Systeme können einenwesentlichen Beitrag zur Verbesse-rung der EMV liefern. Sie sind pas-siv und leisten daher einen nach-haltigen und sicheren Beitrag zurEMV dadurch, dass Leitungen in-nerhalb von Kabeltrag-Systemenverlegt bzw. durch Kabeltrag-Sy-steme abgeschirmt werden. BeiVerlegung von Leitungen innerhalbvon Kabeltrag-Systemen wirddie  galvanische Einkopplung unddie Einkopplung durch elektrischeund magnetische Felder in Leitun-gen stark vermindert. Kabeltrag-Sy-steme liefern damit einen Beitragzur Verminderung der Kopplungvon der Quelle zur Senke. DieSchirmwirkungen von Kabeltrag-Systemen können durch denKopplungswiderstand und dieSchirmdämpfung quantifiziert wer-den. Damit erhält der Planer diefür das EMV-Engineering wichtigenEngineering-Parameter von Kabel-trag-Systemen.

BlitzentladungAus der Wirkungsanalyse der EMVin Gebäuden (EN 62305-4) ist be-kannt, dass die Blitzentladung zuden größten anzunehmenden Stör-quellen zählt. Dabei kommt es zurdirekten Stromeinspeisung indas  gesamte Potentialausgleichs-system im Gebäude und/oderzur  magnetischen Einkopplungvon Störspannungen in elektrischeLeitungen. Gerade für diese Kopp-lungen liefern Kabeltrag-Systemeeinen wirksamen Beitrag zur Re-duktion von Störspannungen.

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Magnetische Schirmdämpfung von Kabeltrag-Systemen

Das magnetische Impulsfeld (H) der Stärke 3 kA/m bei einem definierten Versuchsaufbau: links oh-ne Kabeltragsystem, rechts mit Kabeltragsystem. 1 = Feld H, 2 = U

1 LzuPE

Die magnetische Schirmdämpfungvon Kabeltrag-Systemen ist dasVerhältnis in Dezibel (dB) einer in-duzierten Spannung in ein unge-schütztes Kabel zu der induziertenSpannung in das  gleiche Kabel,wenn sich dieses in einem Kabel-trag-System befindet.

Versuchsaufbau zur Bestimmungder magnetischen Schirmdämp-fung von Kabeltrag-Systemen:Eine ungeschirmte Leitung (NYM-J5x6mm²) wird einem  magneti-schen Impulsfeld 8/20  mit ei-ner  magnetischen Feldstärke von3 kA/m ausgesetzt. Hierbei wirddie induzierte Spannung U1 in derungeschirmten Leitung  gemessen.

Die  gleiche Leitung wird anschlie-ßend in der Mitte eines Kabeltrag-Systems angeordnet (einmal  mit,einmal ohne Deckel) und dem glei-chen magnetischen Impulsfeld von3 kA/m ausgesetzt. Hierbei wirddie induzierte Spannung U2 in derungeschirmten Leitung gemessen. Aus den Messwerten ergibt sichdie magnetische Schirmdämpfungnach der Formel:α

S = 20 log (U1/U2) dB

 

Versuchsergebnis:Die magnetische Schirmwirkung α

S

eines Kabeltrag-Systems konntedurch die Versuche und Simulati-

on  mit einem FEM-Programm ein-deutig nachgewiesen werden. Das beste Ergebnis von rund 50dB wurde bei Kabeltrag-Systemen(Kabelrinnen)  mit Deckel erzielt.Die durchschnittlichen Messwerteentnehmen Sie bitte den Hinwei-sen bei den einzelnen Produkten! Hinweis:Die Schirmdämpfung  gegen elek-trische Felder ist wie bei einem Fa-raday-Käfig nahezu perfekt.

Magnetische Schirmdämpfung 8/20 dB

Typ Kabelrinne / Kabelleiter ohne Deckel mit Deckel

RKSM 630 FS 20 50

MKS 630 FS 20 50

MKS 630 FT 20 50

MKSU 630 FS 20 50

MKSU 630 FT 20 50

MKSU 630 VA 20 50

GRM 55/300 FS 15 25

LG 630 NS FT 10 15

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Transferimpedanz von Kabeltrag-Systemen

Versuchsaufbau zur Transferimpedanz: 1 = Länge l, 2 = U, 3 = I, 4 = Impulsquelle 8/20 UStör

: Störspannung im Kabel gemessen IStör

: Störstrom, der von außen in den Schirm(KTS) eingespeist wird L : Länge des KTS

Transferimpedanz (Kopplungswi-derstand) von Kabeltragsyste-menDie Transferimpedanz eines Kabel-tragsystems ist das Verhältnisvon  gemessener Spannung U

Stör,

die in Längsrichtung innerhalb desKabeltragsystems  gemessen wird,zu dem eingekoppelten Strom I

Stör.

Die Transferimpedanz wird in Ana-logie zur Messung der elektrischenLeiteigenschaften nach Kapitel11.1. (DIN EN 61537) bestimmt. Bei einem Blitzeinschlag in ein Ge-bäude fließen Blitzteilströme im ge-samtem Potentialausgleichssy-stem. Installierte Kabel und Leitungenwerden vorteilhaft innerhalb einesKabeltrag-Systems verlegt. Instal-

lierte Kabeltrag-Systeme sind im-mer mit in das Potentialausgleichs-system einbezogen. Dabei fließtder Blitzteilstrom über das Kabel-trag-System. Ein sehr kleiner Anteilkann daher noch über die inner-halb des Kabeltrag-Systems ver-legten Leitungen fließen. DieserAnteil wird durch die Transferimpe-danz des Kabeltrag-Systems be-stimmt. Für die Transferimpedanz gilt: Z

T =

UStoer

/(IStoer

x L) [mΩ/m] Die angegebenen Werte basierenauf Messungen, bei denen ein Im-pulsstrom der Wellenform 8/20durch eine definierte Länge einesKabeltrag-Systems eingespeistwurde.

Versuchsergebnis:Die Wirkung des Kabeltrag-Sy-stems  gegen  galvanische Kopp-lung wurde durch die Versucheeindeutig nachgewiesen! Das beste Ergebnis wurde bei Ka-beltrag-Systemen (Kabelrinnen) mitDeckel erzielt. Die durchschnittli-chen Messwerte entnehmen Siebitte den Hinweisen bei den einzel-nen Produkten!

Transferimpedanz 8/20 mOhm/m

Typ Kabelrinne / Kabelleiter ohne Deckel mit Deckel

MKS 630 FS 1,14 0,71

MKS 630 FT 1,14 0,71

MKSU 630 FS 0,44 0,09

MKSU 630 FT 0,44 0,09

GRM 55/300 FS 6,17 5,5

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Transferimpedanz von Kabeltrag-Systemen

Versuchsaufbau zur Transferimpedanz: 1 = Länge l, 2 = U, 3 = I, 4 = Impulsquelle 8/20 UStör

: Störspannung im Kabel gemessen IStör

: Störstrom, der von außen in den Schirm(KTS) eingespeist wird L : Länge des KTS

Transferimpedanz (Kopplungswi-derstand) von Kabeltragsyste-menDie Transferimpedanz eines Kabel-tragsystems ist das Verhältnisvon  gemessener Spannung U

Stör,

die in Längsrichtung innerhalb desKabeltragsystems  gemessen wird,zu dem eingekoppelten Strom I

Stör.

Die Transferimpedanz wird in Ana-logie zur Messung der elektrischenLeiteigenschaften nach Kapitel11.1. (DIN EN 61537) bestimmt. Bei einem Blitzeinschlag in ein Ge-bäude fließen Blitzteilströme im ge-samtem Potentialausgleichssy-stem. Installierte Kabel und Leitungenwerden vorteilhaft innerhalb einesKabeltrag-Systems verlegt. Instal-

lierte Kabeltrag-Systeme sind im-mer mit in das Potentialausgleichs-system einbezogen. Dabei fließtder Blitzteilstrom über das Kabel-trag-System. Ein sehr kleiner Anteilkann daher noch über die inner-halb des Kabeltrag-Systems ver-legten Leitungen fließen. DieserAnteil wird durch die Transferimpe-danz des Kabeltrag-Systems be-stimmt. Für die Transferimpedanz gilt: Z

T =

UStoer

/(IStoer

x L) [mΩ/m] Die angegebenen Werte basierenauf Messungen, bei denen ein Im-pulsstrom der Wellenform 8/20durch eine definierte Länge einesKabeltrag-Systems eingespeistwurde.

Versuchsergebnis:Die Wirkung des Kabeltrag-Sy-stems  gegen  galvanische Kopp-lung wurde durch die Versucheeindeutig nachgewiesen! Das beste Ergebnis wurde bei Ka-beltrag-Systemen (Kabelrinnen) mitDeckel erzielt. Die durchschnittli-chen Messwerte entnehmen Siebitte den Hinweisen bei den einzel-nen Produkten!

Transferimpedanz 8/20 mOhm/m

Typ Kabelrinne / Kabelleiter ohne Deckel mit Deckel

MKS 630 FS 1,14 0,71

MKS 630 FT 1,14 0,71

MKSU 630 FS 0,44 0,09

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