EMV-Tipps für Praktiker

EMV-Sicherheit im Feld

Gemäß der DIN VDE 0870 darf sich eine elektrische Einrichtung weder von elektromagnetischen Störern beeinflussen lassen, noch darf sie selbst andere Geräte oder Einrichtungen beeinträchtigen.

Die Folgen der durch elektromagnetische Wechselwirkungen verursachten Störungen sind wegen des hohen Anteils an Elektronikkomponenten und Mikroprozessoren in modernen Systemen nicht nur ärgerlich sondern auch kostspielig: Maschinen können beispielsweise plötzlich stillstehen, Computer aus unerklärlichen Gründen abstürzen oder wichtige Daten fehlerhaft übertragen werden. Potentielle Störquellen gibt es viele, denn jede stromdurchflossene Leitung erzeugt ein magnetisches Feld, das andere Komponenten beeinflussen kann. Typische Störquellen sind außerdem moderne Frequenzumrichter, getaktete Stromversorgungen usw., bei denen hohe Frequenzen und steile Flanken zu erheblichen Störemissionen führen können. Bei jedem Abschalten von Motoren, Magnetventilen und Schützen oder auch anderen Induktivitäten entsteht durch die plötzliche Stromänderung eine sehr hohe Spannungsspitze, die leicht über 1.000 V betragen kann. Diese hohe und vor allem hochfrequente Spannung kann zu Störungen im Schaltelement führen, sich aber auch durch Induktion auf andere Stromkreise auswirken und hier empfindliche elektronische Bauteile zerstören oder übertragene Signale verfälschen. Mit etwas Grundlagenwissen und dem richtigen Zubehör (Bild 1) ist es jedoch relativ einfach möglich, die EMV-Sicherheit bereits in der Planungsphase einer Anlage oder Maschine zu berücksichtigen, z. B. durch richtige Leitungsführung.

Grundregeln der Leitungsführung
Lastleitungen sollten beispielsweise prinzipiell von Steuer- und Sensorsignalleitungen getrennt geführt werden, niemals in einem gemeinsamen Kabelkanal. Bei stark störenden Leitungen, z. B. Motorleitungen, empfiehlt es sich außerdem – ebenso wie bei empfindlichen Kommunikationsleitungen – auf gute Schirmung zu achten. Schirme von analogen Signalleitungen sind nur einseitig aufzulegen, Schirme digitaler Signalleitungen dagegen werden beidseitig, flächig aufgelegt. Ungeschirmte Leitungen des gleichen Stromkreises sollten möglichst verdrillt und alle Reserveleitungen auf Masse gelegt werden. Besonders bei Kommunikationsleitungen mit beidseitig aufgelegten Schirmverbindungen können Potentialausgleichsströme zu erheblichen Störbeeinflussungen durch Masseschleifen führen. In größeren Anlagen sollte man deshalb zur Verhinderung von Erdausgleichsströmen zwischen den einzelnen Schaltschränken Erdpotentialausgleichsleitungen verlegen, sofern nicht bei jedem Schrank eine direkte niederimpedante Erdanbindung möglich ist. Der Querschnitt einer solchen Leitung richtet sich nach der Entfernung der Schränke und sollte so groß wie möglich gewählt werden – zumindest 25 mm2.

EMV-Lecks verhindern
Besonders wichtig bei allen geschirmten Leitungen ist die durchgehende Schirmung zwischen allen Gehäusen ohne Unterbrechung. Ungeschirmte Zwischenstücke sind EMV-Lecks und können die Schirmwirkung gänzlich zunichte machen. EMV-gerechte, geschirmte Leitungen gibt es heute nahezu für jeden Anwendungsfall. Passende Verschraubungen garantieren unter allen Betriebsbedingungen eine gute Schirmkontaktierung, da z. B. das Abschirmgeflecht mit dem Kunststoffeinsatz auf den Verschraubungsboden gedrückt wird. Schützen lassen sich die Leitungen außerdem durch Kabelschutzschläuche: PVC-Schläuche mit feuerverzinktem Stahlgeflecht beispielsweise können hohe EMV-Sicherheit bieten und widerstehen gleichzeitig glühenden Metallteilen, z. B. beim Einsatz an Schweißrobotern.
Besonders störanfällig sind analoge Mess-Signale. Sie sollten deshalb nicht als Spannungssignale über längere Strecken übertragen werden, denn die hochohmigen Signaleingänge bieten kaum Schutz gegen EMV-Störungen. Auf der sicheren Seite ist man, wenn man die Signale mit Messwertwandlern (Bild 2) in wesentlich störsicherere Stromsignale oder gar Digitalsignale umsetzt, den Wandler möglichst nahe am Sensor platziert und die Mess-Signale natürlich grundsätzlich nur über geschirmte Leitungen führt.

Feldbustechnik als EMV-Konzept
Vieles spricht in diesem Zusammenhang auch für die moderne Feldbustechnik, denn durch die starke Dezentralisierung werden die Leitungslängen zu Sensoren und Aktoren und damit die EMV-Koppelstrecken deutlich verkürzt. Beim Einsatz EMV-gerechter Kommunikationsleitungen und sauberer Trennung der Leistungsversorgung von der Kommunikation erreicht man mit Feldbussystemen daher meist bessere EMV-Eigenschaften als bei herkömmlicher Parallelverdrahtung. Über die Hardware für die konkrete Realisierung brauchen sich Anwender heute kaum noch den Kopf zerbrechen: Lütze beispielsweise bietet entsprechende EMV-gerechte Buskomponenten einschließlich der für dezentrale Steuerungsstrukturen notwendigen „Vor-Ort-Intelligenz“ als Komplettlösung an. Die für die meisten Feldbussysteme vorgeschriebenen RC-Entkopplungen sind in den Anschaltbaugruppen bereits integriert. Sie verhindern, dass über die Schirmung der Busleitung durch Masseschleifen Störungen entstehen. In Bussystemen ersetzen zudem immer häufiger Lichtwellenleiter die gewohnten Kupferleitungen und bieten damit bestmöglichen Schutz gegenüber den Störsignalen im Umfeld der Leitungsführung. Die Lichtwellenleiterstrecke ist völlig störunempfindlich. Die Wandlung der Lichtsignale in elektrische erfordert jedoch in der Regel eine hohe Verstärkung der Empfangssignale. Bei der Platzierung der Wandlerbausteine sollte man das beachten.
Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Dietrich Homburg und Ellen-Christine Reiff

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