EMV-Schirmdämpfung
Grundlagen
Es kann vorkommen, dass Kabel und Leitungen in Bereichen mit elektromagnetischen Störfeldern verlegt werden müssen.
Quellen solcher elektromagnetischen Störfelder können zum Beispiel anlaufende elektrische Betriebsmittel (Motoren), Wechselrichter, Schalthandlungen in elektrischen Anlagen oder Blitzströme sein.
Diese Störfelder können in Kabeln und Leitungen, abhängig von ihrer Intensität, der Frequenz und dem Abstand, Störspannungen und Störströme hervorrufen, welche die Funktion der angeschlossenen Betriebsmittel beeinträchtigen oder diese sogar zerstören.
Blitzströme stellen mit ihren hohen Stromwerten von über 200.000 Ampere und schnellen Anstiegen von weniger als 0,25 µs (entspricht einer Frequenz von 1000 kHz) die stärksten Störfelder dar, die schnell wechseln.
Das elektromagnetische Störfeld besteht generell aus zwei verschieden Feldern, dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld. Die unterschiedlichen Felder erfordern jeweils unterschiedliche Maßnahmen zum Schutz gegen ihre schädigende Wirkung.
Zum Schutz vor Störungen durch das elektrische Feld ist eine Trennwand aus leitfähigem Material notwendig, die in den Potentialausgleich einzubinden und somit zu erden ist. Je nach Frequenz des elektrischen Störfeldes sind hierfür bereits Gittertrennwände ausreichend.
Zum Schutz vor Störungen durch das magnetische Feld ist eine allseitig geschlossene Abschirmung mit leitfähigem Material notwendig. Ein wechselndes Magnetfeld erzeugt in dieser Abschirmung Wirbelströme, die ihrer Ursache entgegenwirken (Induktionsgesetz) und somit einen störfeldfreien Raum innerhalb der Abschirmung erzeugen. Elektrisch nichtleitende Bereiche in der Abschirmung, wie zum Beispiel Schlitze und Öffnungen, unterbrechen die Wirbelströme und reduzieren somit die magnetische Schirmwirkung.
Geschlossene, metallene, in den Potentialausgleich eingebundene Kabeltragsysteme, wie zum Beispiel Kabelrinnen, bieten somit den optimalen Schutz von Kabel und Leitungen in Bereichen mit elektromagnetischen Störfeldern.
Unsere Grafik zeigt das Störfeld (1), den induzierten Störstrom (2) und Wirbelströme (3).
Magnetische Schirmdämpfung
Die DIN CLC/TR 50659:2020-08 (VDE 0604-2-200) beschreibt ein Prüfverfahren zur Messung der magnetischen Schirmdämpfung von Kabeltragsystemen. Dabei wird mittels einer U-förmigen Antenne, durch die ein Blitzstrom mit einem Anstieg von ca. 8 µs fließt, ein magnetisches Störfeld erzeugt. In dieser Anordnung befindet sich mittig eine geschlossene Leiterschleife aus zwei parallelliegenden Leitungen.
Das magnetische Störfeld erzeugt in der Leiterschleife einen Störstrom (Induktionsgesetz). Die Grundanordnung des Prüfaufbaus ist in der Grafik dargestellt.
- Störfeld
- induzierter Störstrom
- Wirbelströme
- Leiterschleife
- Kabeltragsystem
- U-förmige Antenne
Die magnetische Schirmdämpfung (SE) beträgt das 20-fache des dekadischen Logarithmus aus dem Verhältnis des auftretenden Störsignals ohne Schutzmaßnahmen (Iref) zum auftretenden Störsignal mit der Schutzmaßnahme (Kabeltragsysteme) und wird wie folgt berechnet und in dB angegeben.
SE (dB) = 20 x log ( Iref/Isample )
Dabei bedeutet die Angabe einer magnetischen Schirmdämpfung (SE) von 20 dB, dass diese Schutzmaßnahme (Kabeltragsysteme) den Störstrom in Kabeln und Leitungen um 90 % reduziert. 40 dB bedeuten eine Reduzierung um 99 %.
Zusammenfassung
Geschlossene, metallene Kabelführungssysteme, die in den Potentialausgleich eingebunden sind, reduzieren die in ein Kabel induzierten Störströme und Störspannungen. Diese entstehen durch elektromagnetische Störfelder. Geschlossenen metallene Kabelführungssysteme bieten im Vergleich zu nichtmetallischen Varianten oder der Verlegung ohne Kabelführungssysteme die höchste magnetische Schirmdämpfung.
Perforierte Kabelführungssysteme weisen ebenfalls eine hohe magnetische Schirmdämpfung auf, die jedoch mit zunehmender Lochgröße abnimmt.
Demzufolge bieten Gitterrinnen und Kabelleitern nur eine geringe magnetische Schirmdämpfung. Werden offene Kabelführungssysteme (ohne Abdeckung) verwendet, reduziert sich die magnetische Schirmdämpfung entsprechend.
Die Tabelle gibt einen Überblick über die magnetische Schirmdämpfung verschiedener Ausführungen von Kabelführungssystemen.
| Ausführung des Kabelführungssystems | Geschlossen (mit Abdeckung) | Offen (ohne Abdeckung) |
|---|---|---|
| Ohne Perforation/Löcher | 40 dB (99 %) | 25 dB (94 %) |
| 15 % Perforation/Löcher | 30 dB (97 %) | 20 dB (90 %) |
| 28 % Perforation/Löcher | 25 dB (94 %) | 15 dB (82 %) |
| Kabelleiter | 18 dB (87 %) | 11 dB (72 %) |
| Gitterrinne | 14 dB (80 %) | 7 dB (55 %) |
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