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EMV als Schutzmassnahme

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system solutions

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Europa Normen

Wird eine neue Europäische Norm (EN) geschaffen, so verpflichtetdie Mitgliedschaft im CENELEC zur Übernahme der Norm

in das eigene nationale Normenwerk.

CENELEC:Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung

Die Schweiz ist Mitglied beim CENELEC:

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EMV Norm

In der Norm

prEN 50174

werden Richtlinien für Erdung und EMV veröffentlicht

Die Norm ist in Bearbeitung

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Cables + Systems

EMV und Verkabelung

EMV-Konzept

- Ziele

- Massnamen

Es existieren keine normierten EMV-Tests fürdie Verkabelung allein

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EMV und Verkabelung

Ziele

Verkabelung und die daran angeschlossenen aktiven Geräte sollen:

- Umwelt nicht stören (abgegrenzte Emission)

- von der Umwelt nicht gestört werden (Immunität)

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Massnahmen

Symmetrische Übertragung

Abschirmung (geschirmte Kabel)

Erdung

Kabelverlegung in Metallkanal

Überspannungsableiter

Verwendung optischer Kabel

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Cables + Systems

Themenkreis:

Arten der Kopplungen

EMV-Verhalten von Kabelschirmen

Schirmungs- und Erdungskonzepte

Ausführungsmassnahmen in der Installation

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Kopplungsmechanismen

ElektromagnetischeUmgebung

(Störquellen)

GalvanischeKopplung

(Leitungen)

ElektrischeKopplung(E-Feld)

MagnetischeKopplung(H-Feld)

Strahlungs-Kopplung(E/H-Feld)

Empfänger(Störsenke)

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Kopplungsarten

i (A)

Induktive Kopplung

S1 S2

Strahlungs- Kopplung

S1 S2i1 i2

Galvanische Kopplung

EU

Kapazitive Kopplung

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Galvanische Kopplung

Kopplung durch „Leitungs“ Ströme

Ua = ZusätzlicherSpannungsabfallverursacht durchSystem 3 (S3)

Z = Leitungsimpedanz

Massnahme: gemeinsame Hin- und Rückleitungen vermeiden

S1 S2 S3

Ua Z

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Reduktion von galvanischen Kopplungen

S2 S3S1

EP

Sternverbindungen

Impedanzarm (niedrige Induktivität)Schleifenflächen reduzieren

besser

niederinduktiv

Leiteroberfläche möglichst gross

Fachgerechte Masseverbindung

Impedanzarm

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Cables + Systems

vq

C1 C2

C12

Vs

Störquelle Störsenke

Masse

Kapazitive Kopplung

Kopplung über das elektrische Feld

C

Störquelle Störsenke

Schirm

Masse

Reduktion kapazitive KopplungKapazitive Kopplung

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UTP-Kabel Kat 6

Crosstalk im Kabel

Alien Crosstalk bei 4 x 20 m

Kat 5e

Kat 5e

Kat 6

Kat 6

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Cables + Systems

SFTP-Kabel Kat 6

Kat 5e

Kat 5e

Kat 6

Kat 6

Crosstalk im Kabel

Alien Crosstalk bei 4 x 20 m

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Induktivitätswerte nach Leiteranordnung

Hm

d / D

01 2 5 10 20 50 100

1

2

3

Hm

a / b

01 2 5 10 20 50 100

0.1

0.2

0.3

d b

a

D

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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 nullNetz

Hinweis mit steigender Frequenz nimmt begrenzte metallische Oberflächeder induktive Widerstand zu, Er- an Masse legen nur für hohe Fre-dung nur bei niedrigen Frequen- quenzen bei kleinen Strömen zen als Schutzmassnahme ge- geeigneteignet

Erden oder an Masse legen

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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 mm2 1.39 H / m

rund 6 mm 28.3 mm2 1.08 H / m

rund 12 mm 113.1 mm2 0.97 H / m

rechteckig 30 x 3 mm 90.0 mm2 0.92 H / m

rechteckig 200 x 1 mm 200.0 mm2 0.56 H / m

Quelle: Meteolabor

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Spannungsabfall auf dem Erdleiter

Berechnungsbeispiel: Cu-Leiter: 90 mm2

Länge: 1.8 m

Widerstand: 0.33 m

Induktivität: 1.6 H

Î = 4 kAdi / dt = 2 kA / s

Ohm‘scher Spannungsbfall Induktiver Spannungsbfall

Û = R x Î Û = L x di / dt

Û = 0.00033 x 4000 Û = 1.6 x 2000

Û = 1.32 V Û = 3.2 kV

Quelle: Meteolabor

Û

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Kopplungswiderstand

Länge 10 m

Abschirmung: Alu-Folie mit Abnahmedraht 0.6 mm

Abnahmedraht 0.6 mm ÛÎ

= 5 A

= 0.2 A / ns

= 18.4

= L • di / dt

= 3.7 kV induktiver Spannungsabfall

Î

Û

Û

di / dt

L

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Cables + Systems

Kopplungswiderstand

Länge 10 m

Abschirmung: Cu-Geflecht ohne Abnahmedraht

1.5 mm2

ÛÎ

= 5 A

= 0.2 A / ns

= 3.9

= L • di / dt

= 0.8 kV induktiver Spannungsabfall

Î

Û

Û

di / dt

L

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Induktive (magnetische) Kopplung

Is Ls Rs

Masse

Störsenke

Schirm

Störstrom

I1 Störquelle

Magnetfeld M

L

L

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Induktive Eînkopplung

geschirmtes Kabel

ungeschirmtes Kabel

VJ

VoltVJ = M x I1 x

Rs

Ls

fg = 2 x x Rs

Ls

F (kHz)103

RS = SchirmwiderstandLS = Schirminduktivitätfg = GrenzfrequenzVJ = induzierte Spannung im InnenleiterM = magnetische Feldstärke

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Einfluss von Induktionsspannung auf die Leitungsführung

Daten-leitung

G2

G1

i

b0.2

s1

PA

A 10.0

A

Daten-leitung

G2

G1

i

b2.0

s0.1

A

0 r(s)

B

0 r(s)

B

Magnetfluss durch die Schleifenfläche

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Schleifenbildung Prinzipielle Darstellung

CPU

Datenleitung

Schleifenfläche

In Speiseleitung

Fangeinrichtung

Bildschirm

b

a

Schlaufenbild

S(r)

i

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Cables + Systems

Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen

AnordnungBeschreibung Strom [A] der Leiter Abstand 2 m Abstand 5 m

1 Leiter 300 24 10

Hin- und Rückl. je 300 0.6 0.1

Hin- und Rückl. je 300 6 1

3-Phasensystem -150, 300, - 150 0.3 0.02

3-Phasensystem -260, 0, 260 1 0.2

3-Phasensystem 20 11 2

magnetische Feldstärke [A/m]

5 cm

50 cm

10 cm

10 cm

50 cm

Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon

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Cables + Systems

AnordnungBeschreibung Strom [A] der Leiter

Hin- und Rückl. (bilden Schleifen)

je 3

Hin- und Rückl. (bilden Schleifen)

je 3

magnetische Feldstärke [A/m]

38

1.9

50 cm

Messstelle

2.5 cm

Messstelle

Quelle: Arnold Engeneering, Opfikon

Grössenverhältnisse von induktiven Einkopplungen

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Cables + Systems

Beeinflussung von KommunikationssystemenÜber galvanische, kapazitive, Induktive oder Strahlungs-Kopplung können

Störmechanismen auf Kommunikationssysteme wirken

- Induktive Kopplung über magnetische Felder zwischen zwei oder mehrerenLeiterschlaufen (z.B. Schleifenfläschen bei Steigleitungen)je grösser I und f, desto grösser die Kopplung

- Kapazitive Kopplung über elektrische Felder zwischen Leiter, die unterschiedlichePotentiale 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. durchhochfrequente 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 Verbraucherzur Senke gelangen (z.B. Netzrückwirkungen, wie Kommutierungseinbrüche vomUmrichtern)

- Transiente Potentialanhebung (z.B. durch Blitzeinwirkung)

Galvanische(Leitung)

Kapazitive(E-Feld)

Induktive(H-Feld)

Strahlung(E/H-Feld)

Kopplungsart Beispiele

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Cables + Systems

Erdungskonzepte

Baumstrukturoder Sternstruktur

Stammstuktur Maschenstruktur

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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 einseitigaufgelegt (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

Erdungsmerkmale Geeignet für:

Stammstruktur

Maschenstruktur

Baummstruktur

Konzept

Erdungskonzepte sind system- und baumstrukturbezogen zu definieren.Organisatorische Gegebenheiten (z.B. Umnutzung) können

Strukturvermischungen zur Folge haben

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Cables + Systems

Wirkung eines Kabelschirms

nicht angeschlossen

Geringe Wirkung

beidseitig angeschlossen

Wirkung gegenelektromagnetische Strahlung

einseitig geerdet

Schutz gegen statische undniederfrequente elektrische Felder

Wirkung gegen hochfrequentemagnetische Felder (Strom im

Schirm kompensiert das Störfeld

beidseitig geerdet

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Cables + Systems

Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen

Schirm nicht angeschlossenEinseitig, nahes EndeEinseitig, fernes EndeBeidseitiger Schirmanschluss

Sch

irmdä

mpf

ung

d

B

Frequenz MHz

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EMV als Schutzmassnahme

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Cables + Systems

Schirmdämpfungen bei verschiedenartigen Schirmführungen

Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Pigtail-Anschlussan Masse

Sch

irmdä

mpf

ung

d

B

Frequenz MHz

Cu-Rohr-Abschirmung mit beidseitigem Schirmanschluss an Masse

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Cables + Systems

Magnetfelder

Energiekabel Datenkabel

Feldfreie Zone

Kabelkanal

Kabelkanal im Magnetfeld

besser

Datenkabelmit Geflecht

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Cables + Systems

Übergang Kabelschirm

Richtig

Falsch

Gehäuse

Gehäuse

• Kontaktierung niederohmig und flächendeckend (360°)

• „pig tails“ vermeiden

Masse

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Cables + Systems

Beeinflussung von Kommunikationssystemen

Zu Beeinflussungsproblemen können sich auswirken:

- Nichtberücksichtigung von vorhanden und / oder mitbetriebenenSystemen

- Nichtberücksichtigung von vorhandenen Erdungen und / oderErdungs- Baustrukturen

- Unklare Ausführungsinformationen

Fehlerhafte Planung

- Mangelhafte oder fehlende Koordination zwischen Planern undSystembetreibern

- Unkoordinierte Produktewahl und Systemkonfiguration

Koordinationsprobleme:

- Inkonsequente und / oder fehlerhafte Arbeitsausführung- Mangelhafte Ausführungskontrolle- Mangelhafte oder fehlende Abnahmekontrollen

Ausführungsmängel:

- Unvollständige oder fehlende AusführungsunterlagenDokumentationsmängel: