EMV-Richtlinie RL 2014/30/EU – Änderungen und neue ...€¦ · DIN EN 61000-6-1 Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäfts-und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe DIN EN 61000-6-2

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EMV-Richtlinie RL 2014/30/EU –

Änderungen und neue Anforderungen -EMV-Precompliance-MessungenEMV-Zentrum LeipzigProf. Dr.-Ing. Detlef Schlayer

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Elektromagnetische Verträglichkeit

LeistungselektronikEnergieversorgung

elektrostatische Entladungen

elektromagnetische Felder

atmosphärische Entladungen

Regelwerke,Richtlinien, Vorschriften =>(EU-weit, weltweit!)

Naturgesetze und Phänome der ET =>(f = 0Hz bis 1000THz!)

EMV

Ziel: „Miteinander“ der elektrischen Geräte und Anlagen zu organisieren unter Gesichtspunkt eines freien Warenverkehrs

EMVU

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EMV – Problem gepulste Feldenergie

EMV-Beeinflussung durch gepulstes Primärradar auf deutschem Flughafen

Quelle: EMC-Symposium, Magdeburg, 1999

- Radar-Pulsleistung 1,5MW, Radarfrequenz 3GHz, Hauptstrahlrichtung fernsteuerbar

- Bürogebäude mit PC´s in 1,5km Entfernung

- regelmäßige Störung der Tastatur

- Brandspuren auf geraden Leiterzügen im Abstand von 5 cm => f = 3 GHz

=> λ/2 = 5 cm

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EMV – Problem Überspannungsschutz

Ausfall von Teilnehmeranschlussbaugruppen wegen fehlendem Überspannungsschutz

- Erhöhte Störungsmeldungen im Bereich

Technik-Niederlassung Dresden gegenüber Bundesdurchschnitt im Frühsommer

- Vermutung => Blitzeinschläge

- Erstellung einer Blitzdichtestatistik

- Nachweis des Korrelation Blitzhäufigkeit und Störung => Nachrüsten von Überspannungsschutz

Quelle: Diplomarbeit an der FHL, 1998

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EMV – Problem Zusammenschaltung von Bm

Photovoltaik-Wechselrichter stört elektronischen Elektrizitätszähler

Quelle: EMC-Symposium, Düsseldorf, 2010

- Wechselrichter, E-Zähler getrennt normengerecht positiv geprüft

- bei Anlagenaufbau => E- Zählermessung mit mehr als 20%Fehler!

- Messung => taktfrequenter Ripplestrom des Wechselrichters im Bereich von 3kHz bis 150kHz => normativ nicht reguliert!

- normengerechte Netznachbildung zu hochohmig => Fehler nicht nachweisbar => Änderung der Netznachbildung => niederohmig!

Netznachbildung

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EMV - Beeinflussung

Elektromagnetische Beeinflussung:

Entstörungsmaßnahmen an Werkzeugmaschinen

Messung von Funkstörspannungen, Funkstörfeldstärken (Funkentstörung)

Vorschriften zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen

- Gesetz über das Telegraghenwesen von 1892

1923 erste Rundfunksendung in Deutschland 1924 Erste Meldungen zu Rundfunkstörungen

1933 Einberufung einer ad-hoc Konferenz in Paris und Gründung eines internationalen Sonderausschusses für Funkstörungen (CISPR) § 12

Elektrische Anlagen sind, wenn eine Störung des Betriebes der einen Leitung durch die andere Leitung eingetreten … nach Möglichkeit so auszuführen, das sie sich nicht störend beeinflussen.

Verursacherprinzip!

EMV - Verträglichkeitsprinzip

Elektromagnetische Verträglichkeit:

Verträglichkeitsprinzip:Miteinander der Technik => Grenzwerte

1967 MIL-STD 461 US- Standart mit Stör-festigkeitsprüfung/Störaussendung

1985 neue Konzeption (New Approach) harmonisierten Normen legen wesentliche

Anforderungen für Produkte fest Anwendung bleibt freiwillig

Produkte nach harmonisierten Normen erfüllen die wesentlichen Anforderungen (Vermutungsprinzip)

1993 EU-Richtlinie 93/68/EWG zur CE-Kennzeichnung

Herausforderung an die Produktentwicklung!

• Eigenstörfestigkeit

• Fremdstörfestigkeit

• Störemissionsgrad

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EMV - Richtlinien

Richtlinie 89/336/EWG

Richtlinie 2004/108/EG

Richtlinie 2014/30/EU

• November 1992:Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten

• Februar 2008:Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmittel

• August 2015 (Referentenentwurf):Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln

EU - Richtlinien nationales Recht

ab 20. April 2016

nur eine Konformitätserklärung für ein Produkt

Hersteller von Produkten mit elektrischen und elektronischen Bauteilen => CE-Kennzeichnung

geteilte Verantwortung für EMV-Konformität mit dem Ziel Verbraucherschutz + bessere Marktaufsicht

Händler überprüfen Konformität entlang der Handelkette

Wirtschafts-akteure

Einführer überprüfen Konformitätsbewertungsverfahren

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Elektromagnetische Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeitist die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer Umgebung zufrieden-stellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.

StöremissionEmission

StörfestigkeitImmunity

geleitetconducted

gestrahltradiated

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EMV – Messungen und Prüfungen

Prüfanforderungen zur Störfestigkeit (Grenzwerte)

EMV – Fachgrundnorm (Generic standards)

DIN EN 61000-6-1Störfestigkeit für Wohnbereich, Geschäfts-und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe

DIN EN 61000-6-2Störfestigkeit für Industriebereiche

• Magnetfeld 50Hz, Spannungseinbrüche, - unterbrüche,• ESD • Surge, Burst, • HF asymmetrisch (Störspannungen 150KHz - 80MHz)• EM-Feld amplitudenmoduliert (Störfeldstärke 80MHz – 2,7 GHz)

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Messanforderungen zur Störaussendung (Grenzwerte)


DIN EN 61000-6-3Störaussendungfür Wohnbereich, Geschäfts-

und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe

DIN EN 61000-6-4Störaussendungfür Industriebereiche

• WS-Netzanschluss, GS-Netzanschluss (nur EN 61000-6-3) • Telekommunikations-/Netzanschluss

• Freifeldmessplatz oder Raum mit Absorberauskleidung

(leitungsgebundene Störungen 150kHZ -30MHz)

Funkstörfeldstärke30MHz – 1,3,6GHz


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EMV – Grundlagen

Arten von Störungen

statisch quasistatisch zeitlich veränderlich Feldcharakteristik

Igl – Gleichtaktstörstrom,

=> asymmetrische Störung(Gleichtakt: common mode)

Ige – Gegentaktstörstrom,

=> symmetrische Störung(Gegentakt: differential mode)

EMV - Maßnahme und Störungsart

symmetrisch asymmetrisch

geleitet e + m Kopplung em Kopplung

X-CL-Drossel

Y-CSK-Drossel

Masse Schirmung

Störspannung Feldstärken

gestrahlt

Harmonische

910810710510410310210 Hz

Störungsart

Störungaubreitung

EMV-Maßnahme

Grenzwerte

610

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Die Hälfte aller Produkte bestehen den EMV Test beim ersten mal nicht!

Quelle: Intertek, Firmenschrift, 2010

Erfahrungswerte=> EMV-Tests :

- Fehlendes Wissen über EMV -Richtlinine

- Nichteinhaltung der EMV-Richtlinine (Grenzwerte)

- Anwendung falscher Vorschriften, EMV- Umgebung

- Unvorhersehbare Wechselwirkungen zwischen Baugruppen, Bauelementen

- Verwendung nicht konformer Bauteile, Baugruppe in das Endprodukt

EMV schon frühzeitig in der Planung berücksichtigen: ⇒ im Entwicklungsprozess EMV Regeln beachten⇒ Vorprüfung

EMV Testerfahrungen

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Störfestigkeit Elektrostatische Entladung (ESD)

Berührungselektrische Spannungsreihe

Phänomen:

- bei Berührung zweier Isolierstoffe fließen Elektronen vom Isolierstoff mit geringerer Elektronenaffinität (Bindungsstärke) ab => Ladungstrennung

- Entladung als Impulsstrom (Potentialausgleich)

- typische Werte: ˆ 10Ai ≈ d1...5ns

d

i

t≈

Auswirkungen:

- direkte mechanische Zerstörung

- elektromagnetische Störgröße mit Spektrum bis 20MHz (1GHz)

EMV - Praxis entwicklungsbegleitende Messungen

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ESD Prüfung: nach EN 61000-4-2 Prüfanforderung:bis 4 kV Kontaktentladungbis 8 kV Luftentladung

Elektrostatische Entladung (ESD)

330 ΩΩΩΩ

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ESD Prüfung: nach EN 61000-4-2 Prüfanforderung:bis 4 kV Kontaktentladungbis 8 kV Luftentladung


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Festlegung der Prüfpunkte mit Entwickler


Bewertungskriterien:A => Gerät muss bestimmungsgemäß arbeitenB => Gerät muss bestimmungsgemäß arbeiten, aber

während der Prüfung Beeinträchtigung zulässigC => vorübergehender Funktionsausfall, wieder herstellbar

nach Prüfung

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Unzureichende Masseverbindung USB Buchse

großflächige Ableitung des ESD- Impulses


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Störfestigkeit Simulation energiereicher Überspannungen (Surge)

Phänom: Atmosphärische Entladungen (Blitzentladung)


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Surge

Phänome: Schaltüberspannungen in EEV-Netzen

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Gasableiter:- hohes Ableitvermögen bis kA-Bereich,- Spannungsbegrenzung ca. 100V,- Ansprechzeit ca 1µs

Surge

Bauelemente und Staffelschutz zur Vermeidung von Überspannungen

Varistor:- Ableitvermögen im A-Bereich, - Spannungsbegrenzung 100V,- Ansprechzeit ca. 1µs

Suppressordiode:- Ableitvermögen A-Bereich- Ansprechzeit 1ns

≤

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Surge

Überspannungsschutz

Surgegenerator: Kurvenform der Leerlaufspannung 1,2/50µs nach DIN EN 61000-4-5

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Störfestigkeit asymmetrische HF-Ströme


DIN EN 61000-4-6: Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen, induziert durch hochfrequente Felder

CDN

Prüfpegel + Ausgangssignal des Prüfling

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Störfestigkeit asymmetrische HF-Ströme


Modifikationen zur Einhaltung der Anforderungen der Störfestigkeit gegen eingespeiste Ströme in eine Sensorleitung

π- Filter

Massekontakt!

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Messanforderungen zur Störaussendung (Grenzwerte)


DIN EN 61000-6-3Störaussendungfür Wohnbereich, Geschäfts-

und Gewerbebereiche sowie Kleinbetriebe

DIN EN 61000-6-4Störaussendungfür Industriebereiche

• WS-Netzanschluss, GS-Netzanschluss (nur EN 61000-6-3) • Telekommunikations-/Netzanschluss

• Freifeldmessplatz oder Raum mit Absorberauskleidung

(leitungsgebundene Störungen 150kHZ -30MHz)

Störfeldstärke30MHz – 1,3,6GHz


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Störaussendung leitungegebunden (Störspannung an Stromversorgungsanschlüssen)

07.06.13 EMV-Workshop


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Störaussendung gestrahlt (Störfeldstärke)

Messung in Vollabsorberkammer (FAR)

Frequenzbereich 30 MHz bis 1 GHz

Aufbau nach DIN EN 55016-2-3, 2014-11

07.06.13 EMV-Workshop


29Messung der Funkstörfeldstärke =>

deutliche Grenzwertüberschreitung

Analyse Koppelpfad =>

Antennenwirkung der Frontplatte

Störaussendung

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Störaussendung

Messung der Störemmission eines Elektroroller (Projekt SachsMobility I)

Motor aus Motor an

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