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EMV und Potentialausgleich Forum – mit Wissen und Vorsorge störungsfrei in die Rente

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Uwe Schilhaneck Schirme einseitig oder beidseitig auflegen
Ich habe vor einigen Tagen nachstehende Formulierungen zum Thema Schirmung von Leitungen gehört, und würde mich sehr freuen, wenn mir jemand aus dem Experten-Forum Antwort geben könnte, ob diesen Aussagen tatsächlich eine Bedeutung beizumessen ist :
Aussage 1:
"Wenn der Schirm eine Leitung ausschließlich vor der Einwirkung elektrischer Felder schützen soll, ist er generell auch nur einseitig zu erden"

>>welche Komponenten erzeugen denn REIN elektrische Felder mit einer Feldstärke, welche hier Einfluss nehmen könnte ?
>>wie wirkt sich in der Praxis die ungewünschte Beeinflussung einer ungeschirmten oder unzureichend geschirmten Leitung aus, wenn KEINE Analogwerte übertragen werden ? KEINE Schirmung erforderlich ?
Aussage 2:
"Wenn allerdings die mögliche Störwirkung von magnetischen Wechselfeldern verhindert werden soll, muss der Schirm beidseitig auf Erdpotential gelegt werden. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, dass bei einer beidseitigen Schirmauflage Ströme entlang des Erdpotentials fließen, welche auch die Werte des Nutzsignales, z.B. einer geschirmten Fühlerleitung, verändern können."

>>kann es hierbei tatsächlich zu einer störenden, eventuell sogar gefährlichen Verfälschung von Mess-Signalen auf einem geschirmten Leiter kommen ?
>>wäre das Thema Schirmung dann nicht grundsätzlich obsolet ?
Vorab vielen Dank für Ihre Hilfe und Mühe.
Beste Grüße
US
Rene Heidl
Hallo Hr. Schilhaneck,
ich möchte versuchen auf die vielschichtigen Fragen zu antworten.
Sollte etwas unklar sein, fragen Sie bitte nach, gern bin ich bereit darauf einzugehen.
zu Aussage 1:
Die Aussage ist richtig. Um die Signalleitungen (analog oder digital) vor den störenden Auswirkungen eines elektrischen Feldes zu schützen, bräuchte der Schirm nur einseitig aufgelegt werden, da "nur" Verschiebeströme zwischen den Phasen der störenden Leitung, über den geerdeten Sternpunkt der Einspeisung der Phasen, über Erde und den Schirm der Datenleitung fließen müssen, welche dann das Gegenfeld erzeugen. Es ist somit kein geschlossener Stromkreis notwendig. Natürlich würde es auch nichts machen, wenn Sie den Schirm beidseitig auflegen. Wichtig ist hierbei jedoch die Verbindung des Schirmes zu Erde, denn sonst kommt keine Verbindung zum geerdeten Sternpunkt der betreffenden Einspeisung des Störers zu stande.
Sollte die Signalleitung jedoch erdfrei betrieben werden, was bei analogen und digitalen Signalen oft der Fall ist, dann hat ein elektrisches Feld sowieso keine Chance einer Störung und man bräuchte keinen Schirm gegen das elektrische Feld.
Frage 1 zu Aussage 1:
Wenn wir über Automatisierungsanlagen reden, dann kann man das elektrische Feld ohne Probleme als möglichen Störer vernachlässigen. Weder die Höhe der Spannung (400 V), noch die typischen Frequenzen im kHz-Bereich (z.B. Frequenzumrichter) haben das Potential zur Störung. Hinzu kommt der meist erdfreie Betrieb des Signalstromkreises.
Frage 2 zu Aussage 1: Ich hoffe ich treffe den Kern Ihrer Frage. Anderenfalls müssten Sie noch einmal präzisieren.
Hinsichtlich des theoretischen Störeinflusses eines elektrische Feldes auf eine Signalleitung, ist es keine Frage, ob dies ein analoger- oder digitaler Signalstromkreis ist. Sollte das elektrische Feld auf eine, oder beide, Signalleitungen treffen und eine dieser Leitungen einen Erdbezug haben, dann wird eine Spannung induziert und es fängt ein Verschiebestrom an zu fließen, sodass egal ob Sie ein Spannungs-, oder Stromsignal haben, es wird gestört. Ein zumindest einseitig aufgelegter Schirm würde dies unterbinden.
zu Aussage 2:
Bei magnetischen Feldern muss der Schirm mindestens beidseitig aufgelegt werden und es muss eine leitfähige Verbindung zwischen den Punkten geben, auf welche die Schirme aufgelegt wurden. Dabei ist es jedoch nicht notwendig, dass eine Erdverbindung besteht! Kommt es dann zu einem Schirmstrom, entweder durch Felder, oder durch Potentialausgleichprobleme, dann hat dieser Schirmstrom neben einer schützenden Komponente (bei Feldbeeinflussung) auch immer eine negative Komponente. Heißt, man kann den Schirmstrom nicht übertreiben, nicht dass durch den Schirmstrom am Ende das Nutzsignal auf der Leitung, oder das Gerät, welches diesen Schirmstrom leiten muss, unzulässig hoch gestört wird. Speziell bei Analogsignalen, welche oft mit unverdrillten Leitungen ausgeführt werden, fehlt der zusätzliche Schutz durch die Verdrillung, was bei Busleitungen meist gegeben ist. Ich habe eine Grfik angehäng, welche die Schirmwirkung und die Einflüsse aus meiner Sicht sehr gut veranschaulicht.
Frage 1 zu Aussage 2: Es kann zu einer Beeinflussung des Nutzsignales durch einen Schirmstrom kommen, was bei unverdrillten Analogleitungen jedoch deutlich wahrscheinlicher ist, als bei digitalen Busleitungen, weil diese durch die Verdrillung einen zusätzlichen Schutz gegen Felder haben.
Frage 2 zu Aussage 2: Mit Blick auf Analogleitungen kann ich nicht zustimmen. Da die Verdrillung fehlt, besteht gegen magnetische Felder im Umfeld dieser Leitungen kein wirksamer Schutz. Natürlich auch kein Schutz, wenn es zu hohen Schirmströmen kommt. Da hohe Schirmströme in der Regel aber Potentialausgleichströme sind und nicht durch störende Felder von Motorleitungen verursacht wurden, hat sich in der Analogwelt der Grundsatz durchgesetzt, den Schirm nur einseitig aufzulegen. Oft konnte das sogar sichtbar gemacht werden. Wurde der Schirm beidseitig aufgelegt, dann war das Analogsignal gestört. Wurde der Schirm an einer seite nicht aufgelegt, dann war das Signal sauber. Man hätte den Schirm auch an beiden Seiten nicht auflegen können und das Signal wäre auch sauber gewesen, denn die Störung kam nicht über Felder zustande, sondern über Schirmströme die Potentialausgleichströme waren. Wird dieser Stromkreis unterbrochen, dann fließt kein Schirmstrom und die Störung ist weg. Verrückt was daraus für unsinnige Regeln und Geschichten entstanden sind, wie man Schirme richtig auflegt. Dabei sind das alles nur einfache elektrotechnische Grundregeln.
Für digitale Signalleitungen könnte ich zustimmen, aber das darf man in Deutschland nicht offiziell sagen, sonst wird man für verrückt erklärt. Wir könnten uns eine Menge Potentialausgleichzirkus ersparen, wenn die Schirme nicht dran wären. Allein die Verdrillung würde mit 10 dB in 98% aller Fälle genügend Schutz bieten. Aber wer weiß schon von der schützenden Wirkung der Verdrillung gegen Felder? Wie viele Leute können aber gute Ratschläge geben hinsichtlich Schirmen und der Auflage von Schirmen und wie man eine Signalleitung mit einer Motorleitung kreuzt und, und, und!
Wenn wir nicht auch unser Geld damit verdienen könnten, man könnte daran verzweifeln.
Ich hoffe die verstehen und verzeihen mir meine sarkastischen Bemerkungen.
Christian Wiesel Industrielle Netzwerke und die feldbusnahe EMV - eine aktuelle Bestandsaufnahme
In dieser Woche wurde die mittlerweile vierte Ausgabe des VORTEX-Berichts veröffentlicht. Basierend auf mehren hundert Service-Einsätzen zur messtechnischen Bestimmung der Datenkommunikationsqualität in Industrie-Netzen zeichnet das jährich erscheinende Dokument ein aktuelles Bild vom Zustand industrieller Netzwerke. Dabei werden auch Einflüsse der Produktionsumgebung, etwa die feldbusnahe EMV, berücksichtigt.
Was bedeuten die Erkenntnisse aus dem Bericht für die Zukunft der Industrie-Automation und ihre Netzwerke? Wie gut sind Sie bereits heute gerüstet? Machen Sie in der 2019er Ausgabe des VORTEX den Selbsttest und lesen Sie nach, welche Ergebnisse die Messeinsätze erbracht haben!
Emv logo EMV und Potentialausgleich Forum – mit Wissen und Vorsorge störungsfrei in die Rente is organising the following event: EMV Seminar: Störungsfrei weiterbilden!
Erfahren Sie alles über EMV: Beginnend mit Grundbegriffen, weiterführend über die Schirmung von Leitungswegen im Maschinen- und Anlagenbau, bis hin zur Anwendung der EMV- und Funkanlagenrichtlinie.
https://www.mesago.de/de/EMS/Die_Seminare/Programm/index.htm
Christian Wiesel Aktuelle Diskussion: Induktion in den PE – Potentiale vermeiden statt senken
Liebe EMV-Verantwortliche und –interessierte,
um Potentiale in der elektrischen Automatisierung effektiv abzubauen, setzt sich in Deutschland nach vielen Jahren aufwändiger Diskussion so langsam die vermaschte Ausführung des Potentialausgleiches gegenüber der nicht mehr zeitgemäßen, sternförmigen durch. Während wir noch an dieser Schwelle verharren, diskutiert bereits ein Land die nächste Stufe, das man bei diesem Thema wohl nicht ganz oben auf der Rechnung hat – die Schweiz!
Statt wie hierzulande viel Energie in die Senkung von bereits entstandenen Potentialen zu stecken, steht im nachfolgenden Artikel des Schweizer Fachmagazins „Elektrotechnik“ bereits deren Vermeidung im Zentrum der Diskussion. Der Beitrag diskutiert das unterschätzte Problem der Induktion von Potenzialen in den PE bei der Verwendung von Leistungskabeln und zeigt einen Lösungsweg über die Geometrie des Leitungsaufbaus auf.
Der Beitrag ist unter folgendem Link abrufbar: https://owncloud.indu-sol.com/index.php/s/3BpoW2r7zZOba2h
Max Wagner
Neben dem Lösungsansatz, über eine veränderte Geometrie des Leitungsaufbaus die Induktion von Potentialen aus den Phasenleitern heraus in den mitgeführten PE zu verringern, propagieren wir bereits seit Jahren den Ansatz, den PE ganz aus den Leitungen zu entfernen und separat zu verlegen. Diese Empfehlung hat auch bereits Einzug gehalten in die neue PNO-Richtlinie „Funktionserdung und Schirmung von PROFIBUS und PROFINET“. In Handlungsempfehlung 5 heißt es: „Sofern vom Hersteller des Frequenzumrichters nicht ausgeschlossen, vorzugsweise symmetrische geschirmte dreiadrige Motorleitungen mit separat geführtem Schutzleiter einsetzen.“
Druck auf die Senkung von Potentialen und den daraus resultierenden Strömen auf den PE-Leitern kommt zunehmend auch aus den zuständigen Normungsgremien für den Berührungs- und Brandschutz. Die EN 61140 „Schutz gegen elektrischen Schlag“ legt seit vielen Jahren klare Werte für die Höhe der erlaubten, betriebsbedingt fließenden Ströme auf Schutzleitern fest. Hier werden zusätzliche Maßnahmen gefordert, wenn PE-Ströme betriebsmäßig die Höhe von 10 mA überschreiten.
Sie sehen, es kommt Bewegung in ein uns schon lange bewegendes Thema.
Deshalb kann die Lösung nur lauten: PE raus aus den Leistungskabeln! Indem der Ausgleichsleiter separat verlegt wird, würde man den „Hauptverschmutzer“ von Phasen fernhalten und die im Beitrag benannten schädlichen Auswirkungen (Korrosionsschäden, lästige Magnetfelderhöhungen, galvanische und magnetische Einkopplungen auf Elektronikplatinen, Daten- und Signalleitungen sowie zusätzliche Übertragungsverluste) umgehen.
Lg Max Wagner

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