Konstruktionsempfehlungen

Struktur Komponenteneinbau

Definition Design  EMV gerechter Betriebsmittel

Strukturierung Systeme nach Komplexität

Wenn in Betriebsmittel Komponenten (Geräte, Baugruppen, Bauteile) zu integrieren sind, können diese die EM-Umgebung im Fernfeld, aber auch Komponenten mit abweichender Störrelevanz im Nahfeld beeinflussen und von diesen beeinflusst werden.

Die Komplexität der Beeinflussung innerhalb eines Betriebsmittels und nach außen durch-  und in die Umgebung von Komponenten und Leitungen, ist die Anzahl der möglichen gegenseitigen Beeinflussungspfade.

Diese Komplexität steigt mit der Anzahl der eingesetzten Komponenten unterschiedlicher Störrelevanz über-proportional an.

Da jeder Beeinflussungspfad ein Risiko der Beeinflussung ist, ist ersichtlich, dass vor allen Dingen in Bezug auf Verfügbarkeit in INTRA EMV diese zu minimieren sind.

Das Ziel der Strukturierung der Komponenteneinbauorte muss die Verminderung der Beeinflussungspfade sein.

Die Wirkung der gegenseitigen Beeinflussung ist, je nach verbleibender Komplexität nach Strukturierung durch Entkopplungsmaßnahmen in den Beeinflussungspfaden weiter zu  minimieren. 

Bei sehr komplexen Systemen ist ab einer bestimmten Komplexität zu überlegen das System in einzelne konstruktive Zonen zu unterteilen und diese dann getrennt konstruktiv und risikoanalytisch zu betrachten.

Ein System kann überdurchschnittlich komplex sein, in Folge von: 

• Anzahl von Komponenteneinbauorte hoch
• Länge Verlegewege hoch

Struktur PE

Definition Design  EMV gerechter Betriebsmittel

Eine Einteilung von Betriebsmittel in EMV-Bereiche macht nur Sinn, wenn vagabundierende Störströme über die Konstruktion und die daraus resultierenden EM-Felder die Trennung der Bereiche nicht ad absurdum führen. Diese Ströme und Felder würden Komponenten und auch Leitungen innerhalb eines Betriebsmittels undefinierbar beeinflussen.

Zur Verhinderung bzw. Minimierung dieser undefinierten Phänomene ist es erforderlich, Ableitströme über ein PE System gezielt zur Quelle bzw. zur Erde zurückzuführen.

Dieses PE System muss um die Störströme im PE System zu halten, über den gesamten Frequenzbereich von Störspannungen niederimpedanter als die Metall Konstruktion des Betriebsmittels sein.

Außerdem dürfen durch die Leitungsführung der PE Leiter keine Schleifen entstehen die wiederum selbst Störfelder nach sich ziehen

Konstruktive Grundvoraussetzung für sternförmigen Potentialausgleich

• Konstruktive Möglichkeit einer sternförmigen bzw. baumförmigen Verlegewegstruktur im Einklang mit Verlegewege-Verkabelung 
• Konstruktive Möglichkeit möglichst kurzer Verlegewege zu zentralen Erdungspunkt ZEP
• Verlegewege sind auf metallischen Flächen oder in Stahlblech Kabelkanal möglichst zu realisieren 
• Durch die Möglichkeit eines vermaschten Erdungssystem der Konstruktion ist eine Aufteilung der Restströme, der nicht über die PE Struktur geleiteten Störströme zur Erde. auf möglichst vielen Ableitpfade in Metall Konstruktion des Betriebsmittels sicherzustellen.
• Bei durch Verkabelung notwendigen Querverbindungen (begrenzte BUS-Leitungslänge) von Komponenten an Astenden, entsprechend enge Gabelung des Verlegeweges, ermöglichen
• Möglichkeit Einbringung von Masseflächen für Komponenteneinbau-Bereiche
• Ist das Betriebsmittel ein großflächiges System, so sind weitere Potentialausgleichsverbindungen zum Gebäudepotentialausgleich an entfernteren Erdungsanschlusspunkten des Betriebsmittels sinnvoll um eine möglichst enge Vermaschung mit dem Gebäude Potential zu erreichen.
  • Der zentrale Erdungspunkt ZEP stellt den Anschlusspunkt des PE des versorgenden Netzanschlusses dar
  • Potentialverbindung zum Gebäudepotentialausgleich ist an zentralen Erdungspunkt anzu-schließen. 

Zusätzlich sind bereits Ausgleichsleitungen als Parallelverbindung zu Kabelverbindungen zu definieren.

Potentialausgleichsleitungen zu abgesetzten Anlagen die über Bus-, Daten- oder Steuerleitungen verbunden sind, sind an Zonenerdungspunkte der naheliegenden Zone anschließen.

Struktur Verlegewege

Definition Design  EMV gerechter Betriebsmittel

Strukturprinzip der Verlegewegstruktur

Schnittstellen

Jede Schnittstelle eines Betriebsmittels kann durch EM-Gefährdungen beeinflusst werden. Dafür kommen sowohl Schnittstellen nach außen, als auch innerhalb des Betriebsmittels infrage.

Gefährdungen

Jede Gefährdung kann Komponenten und Leitungen unmittelbar primär, als auch sekundär beeinflussen.

Phänomene

Als Gefährdungen sind alle EM-Phänomene zu betrachten. Für EMV Nachweisverfahren zum Ausschluss dieser Gefährdungen sind zwei Vorgehensweisen möglich.

Beeinflussungen primär/sekundär

Eine umfassende Prüfung einer Schnittstelle mit allen infrage kommenden Phänomenen bewertet, sowohl die direkte primäre Beeinflussung unmittelbar mit der Schnittstelle verbundenen, als auch die sekundäre Beeinflussung über mittelbar gekoppelten Pfaden verbundenen Komponenten und Leitungen.

Bewertung EMV für Phänomene

Ein theoretischer Nachweis der EMV hat für jedes Phänomen beide Beeinflussungsmöglichkeiten, primär unmittelbar und sekundär mittelbar zu bewerten.

Komplexität

Dafür sind die möglichen Kopplungspfade im inneren des Betriebsmittels zu betrachten. Entsprechend der möglichen Anzahl der Kopplungspfade ist die Komplexität des Betriebsmittels und daraus folglich die Risikopriorität: EMV des Betriebsmittels abhängig. Als Gefährdungen sind für primäre Beeinflussungen des Betriebsmittels von extern Störfelder im Fernfeld und Störspannungen und Ströme für Phänomene normativ definiert.

Für sekundäre Beeinflussungen im Inneren des Betriebsmittels kommen Störfelder im Nahbereich infrage, für die keinerlei Vorgaben normativ vorgegeben sind. Für Störspannungen und Ströme im Inneren des Betriebsmittels sind Störfestigkeitsgrenzwerte der eingesetzten Komponenten zu bewerten.

Minderung Risikopriorität

Die Minderung der Kopplungspfade im Verfahren ist Ziel des Kapitels 2. 

EMV-gerechte Konstruktion verlangt optimale Entkopplung von Kabel/Leitungen unterschiedlicher Störrelevanz

Die Betrachtung von Verkabelung ist unterschiedlich je nach Wahl der Konformitätsnachweis Normen:

• Bei Beurteilung der externen EMV nach EMV Richtlinie, sind nur Leitungen zu betrachten,
  • unmittelbaren externen Schnittstellen 
  • Leitungen in der unmittelbaren Nähe zu Komponenten und Leitungen die durch Verbindungen nach extern beeinflusst werden können.

Bei Zielrichtung „Inhärente System EMV“ sind alle Leitungen innerhalb des Systems zu betrachten

Struktur Verlegewege

Beurteilung der EMV-Eignung von Komponenten und deren Schnittstellen zum Einsatz in Betriebsmitteln

Zielsetzung

Für die elektromagnetische Verträglichkeit eines Betriebsmittels sind 2 Gesichtspunkte entscheidend. 

Die EMV-Richtlinie fordert die Einhaltung von Grenzwerten für die Störaussendung und die Störfestigkeit gegen Beeinflussung innerhalb der normativen EM-Grenzwerte. Das Ziel der EMV-Richtlinie ist eine zufriedenstellende Verfügbarkeit eines Betriebsmittels bei bestimmungsgemäßem Gebrauch, im Zusammenspiel mit anderen Betriebsmitteln.

Anders ist die Zielsetzung einer optimalen INTRA-EMV. Dies ist eine Qualitätsforderung des Herstellers mit dem Ziel innerhalb des Betriebsmittels eine Betriebsstörung durch die gegenseitige Beeinflussung von Komponenten und deren Verdrahtung zu verhindern.

Entsprechend ist in vorliegenden Verfahrensschritt die Zielsetzung für den QM-Prozess festzulegen und damit die Bewertungstiefe der Maßnahmen.

EM-verträgliche Komponenten sind an Einbauplätzen zusammenzufassen und von Komponenteneinbauräumen anderer Störrelevanz zu entkoppeln.

Diese Verfahrensbeschreibung ist Teil des QM Prozesses EMV zur EMV Planung und Qualifikation von Betriebsmittel wie Geräte, Schaltschränke, Maschinen, Anlagen usw. Auch ist der Inhalt des Artikels zum Verständnis der „Risikoanalyse und Bewertung EMV“ erforderlich.