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EMV als Schutzmassnahme
DRAFT © 09/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - 113 EMC.ppt
Cables + Systems
system solutions
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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:
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
EMV Norm
In der Norm
prEN 50174
werden Richtlinien für Erdung und EMV veröffentlicht
Die Norm ist in Bearbeitung
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
EMV und Verkabelung
EMV-Konzept
- Ziele
- Massnamen
Es existieren keine normierten EMV-Tests fürdie Verkabelung allein
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
EMV und Verkabelung
Ziele
Verkabelung und die daran angeschlossenen aktiven Geräte sollen:
- Umwelt nicht stören (abgegrenzte Emission)
- von der Umwelt nicht gestört werden (Immunität)
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Massnahmen
Symmetrische Übertragung
Abschirmung (geschirmte Kabel)
Erdung
Kabelverlegung in Metallkanal
Überspannungsableiter
Verwendung optischer Kabel
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Themenkreis:
Arten der Kopplungen
EMV-Verhalten von Kabelschirmen
Schirmungs- und Erdungskonzepte
Ausführungsmassnahmen in der Installation
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Kopplungsmechanismen
ElektromagnetischeUmgebung
(Störquellen)
GalvanischeKopplung
(Leitungen)
ElektrischeKopplung(E-Feld)
MagnetischeKopplung(H-Feld)
Strahlungs-Kopplung(E/H-Feld)
Empfänger(Störsenke)
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Kopplungsarten
i (A)
Induktive Kopplung
S1 S2
Strahlungs- Kopplung
S1 S2i1 i2
Galvanische Kopplung
EU
Kapazitive Kopplung
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Galvanische Kopplung
Kopplung durch „Leitungs“ Ströme
Ua = ZusätzlicherSpannungsabfallverursacht durchSystem 3 (S3)
Z = Leitungsimpedanz
Massnahme: gemeinsame Hin- und Rückleitungen vermeiden
S1 S2 S3
Ua Z
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Reduktion von galvanischen Kopplungen
S2 S3S1
EP
Sternverbindungen
Impedanzarm (niedrige Induktivität)Schleifenflächen reduzieren
besser
niederinduktiv
Leiteroberfläche möglichst gross
Fachgerechte Masseverbindung
Impedanzarm
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
UTP-Kabel Kat 6
Crosstalk im Kabel
Alien Crosstalk bei 4 x 20 m
Kat 5e
Kat 5e
Kat 6
Kat 6
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
© 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt
Cables + Systems
Induktive (magnetische) Kopplung
Is Ls Rs
Masse
Störsenke
Schirm
Störstrom
I1 Störquelle
Magnetfeld M
L
L
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
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
EMV als Schutzmassnahme
© 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt
Cables + Systems
Schleifenbildung Prinzipielle Darstellung
CPU
Datenleitung
Schleifenfläche
In Speiseleitung
Fangeinrichtung
Bildschirm
b
a
Schlaufenbild
S(r)
i
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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Cables + Systems
Erdungskonzepte
Baumstrukturoder Sternstruktur
Stammstuktur Maschenstruktur
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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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
EMV als Schutzmassnahme
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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
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
EMV als Schutzmassnahme
© 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt
Cables + Systems
Magnetfelder
Energiekabel Datenkabel
Feldfreie Zone
Kabelkanal
Kabelkanal im Magnetfeld
besser
Datenkabelmit Geflecht
EMV als Schutzmassnahme
© 03/2001 Dätwyler Ltd. Cables+Systems - Thomas Poletti; EMV als Schutzmassnahme.ppt
Cables + Systems
Übergang Kabelschirm
Richtig
Falsch
Gehäuse
Gehäuse
• Kontaktierung niederohmig und flächendeckend (360°)
• „pig tails“ vermeiden
Masse
EMV als Schutzmassnahme
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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: