SIEB & MEYER EMV-gerechter Geräteaufbau P-TD-0000209.7 2015-11-18 W W Copyright Originalbetriebsanleitung, Copyright © 2015 SIEB & MEYER AG Alle Rechte vorbehalten. Diese Anleitung darf nur mit einer ausdrücklichen schriftlichen Genehmigung der SIEB & MEYER AG kopiert werden. Das gilt auch für Auszüge. Marken Alle in dieser Anleitung aufgeführten Produkt-, Schrift- und Firmennamen und Logos sind gegebenen‐ falls Marken oder eingetragene Marken der jeweiligen Firmen. SIEB & MEYER weltweit Bei Fragen zu unseren Produkten oder technischen Rückfragen wenden Sie sich bitte an uns. SIEB & MEYER AG Auf dem Schmaarkamp 21 21339 Lüneburg Deutschland Tel.: +49 4131 203 0 Fax: +49 4131 203 2000 [email protected] http://www.sieb-meyer.de SIEB & MEYER Asia Co. Ltd. 4 Fl, No. 532, Sec. 1 Min-Sheng N. Road Kwei-Shan Hsiang 333 Tao-Yuan Hsien Taiwan Tel.: +886 3 311 5560 Fax: +886 3 322 1224 [email protected] http://www.sieb-meyer.com 2 SIEB & MEYER Shenzhen Trading Co. Ltd. Room 306, 3rd Floor, Building A1, Dongjiaotou Industrial Area , Houhai Dadao, Shekou, Nanshan District, Shenzhen City, 518067 P.R. China Tel.: +86 755 2681 1417 / +86 755 2681 2487 Fax: +86 755 2681 2967 [email protected] http://www.sieb-meyer.cn SIEB & MEYER USA 3975 Port Union Road Fairfield, OH 45014 USA Tel.: +1 513 563 0860 Fax: +1 513 563 7576 [email protected] http://www.sieb-meyer.com EMV-gerechter Geräteaufbau W Kapitelübersicht Über dieses Handbuch 1 Einleitung 2 EMV-Regeln 3 Fachgerechte Erdung einer Anlage 4 Maschinenanschluss 5 Verdrahtung eines Geräteschranks 6 Leitungsgebundene Störaussendung 7 Montage und Anschluss von Netzfiltern 8 Störfestigkeit empfindlicher Schaltkreise 9 Sicherheitstechnische Aspekte 10 Problematik getakteter Antriebe 11 EG/EU-Richtlinien 12 EMV-Produktnorm (Auszüge) 13 Anschluss an verschiedene Netzformen 14 Anhang 15 Glossar 16 EMV-gerechter Geräteaufbau 3 Kapitelübersicht 4 W EMV-gerechter Geräteaufbau W Inhalt 1 Über dieses Handbuch ...................................................... 9 1.1 1.2 1.3 1.4 Darstellung der Warnhinweise .................................................................... 9 Technische Symbole ................................................................................. 10 Maßangaben ............................................................................................. 10 Darstellung allgemeiner Hinweise ............................................................. 10 2 Einleitung ........................................................................ 11 2.1 Begriffe ...................................................................................................... 11 3 EMV-Regeln .................................................................... 13 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Regel 1: Geräteaufbau .............................................................................. Regel 2: Leitungen (1) .............................................................................. Regel 3: Leitungen (2) .............................................................................. Regel 4: Leitungen (3) .............................................................................. Regel 5: Erdungsleitungen ........................................................................ Regel 6: Schirmung (1) ............................................................................. Regel 7: Schirmung (2) ............................................................................. Regel 8: Schirmung (3) ............................................................................. Regel 9: Schirmung (4) ............................................................................. 3.10 3.11 Regel 10: Relais und Schütze ................................................................... 21 Regel 11: Netzfilter ................................................................................... 22 4 Fachgerechte Erdung einer Anlage ................................ 23 4.1 4.2 4.3 4.4 Maßnahmen durch SIEB & MEYER ......................................................... Anschlusshinweise nach DIN EN 60204-1 ............................................... Problematik einer Erd- oder Masseschleife .............................................. Servoverstärker und Frequenzumrichter .................................................. 3.9.1 13 13 14 15 16 16 17 17 19 EMV-Sammelschiene ............................................................................................ 20 23 23 24 25 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 Leistungskabel ...................................................................................................... Motorkabel ............................................................................................................ Kabel für die Rotor-Lageerkennung ...................................................................... Leitungen für den externen Ballastwiderstand ...................................................... 4.5 Unterschiedliche Massepotentiale ............................................................ 28 5 Maschinenanschluss ....................................................... 29 5.1 5.2 5.3 Allgemeine Hinweise zur Verdrahtung ...................................................... 29 Maschinenbett aus leitendem Material ..................................................... 29 Maschinenbett aus nicht leitendem Material ............................................. 30 6 Verdrahtung eines Geräteschranks ................................ 31 6.1 6.2 Aufbau und Leitungsverlegung ................................................................. 31 Schutzleiterdrossel .................................................................................... 32 7 Leitungsgebundene Störaussendung ............................. 33 7.1 7.2 Netzfilter .................................................................................................... 34 Störfestigkeit ............................................................................................. 35 8 Montage und Anschluss von Netzfiltern .......................... 37 8.1 Montage .................................................................................................... 37 EMV-gerechter Geräteaufbau 25 26 27 27 5 Inhalt 8.2 Anschluss .................................................................................................. 38 9 Störfestigkeit empfindlicher Schaltkreise ........................ 41 9.1 Einteilung der Komponenten ..................................................................... 41 10 Sicherheitstechnische Aspekte ....................................... 43 11 Problematik getakteter Antriebe ...................................... 45 11.1 Prüfdummy ................................................................................................ 46 12 EG/EU-Richtlinien ........................................................... 47 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 Grundlagen ............................................................................................... Maschinenrichtlinie (MR) .......................................................................... Niederspannungsrichtlinie (NSR) .............................................................. Anwendung der Norm DIN EN 61800-2 .................................................... EMV-Richtlinie .......................................................................................... 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 Nicht empfindliche Komponenten ......................................................................... 41 Relativ unempfindliche Komponenten ................................................................... 41 Empfindliche Komponenten .................................................................................. 42 Sehr störempfindliche Komponenten .................................................................... 42 47 47 47 48 48 12.5.1 12.5.2 Anwendung der Norm DIN EN 61800-3 ................................................................ 49 CE-Kennzeichnung ............................................................................................... 49 12.6 EMV-Produktnorm DIN EN 61800-3 für PDS ........................................... 51 13 EMV-Produktnorm (Auszüge) ......................................... 53 13.1 13.2 Begriffe ...................................................................................................... 53 Auszüge und Erläuterungen ..................................................................... 54 14 Anschluss an verschiedene Netzformen ......................... 59 14.1 Beschreibung der verschiedenen Netzformen .......................................... 59 TN-Netz (frz. Terre Neutre) ................................................................................... 59 TN-C-Netz (frz. Terre Neutre Combiné) ................................................................ 59 TN-S-Netz (frz. Terre Neutre Séparé) ................................................................... 59 TN-C-S-Netz (frz. Terre Neutre Combiné Séparé) ................................................ 60 14.1.1 14.1.1.1 14.1.1.2 14.1.1.3 14.1.1.4 14.1.2 14.1.2.1 14.1.3 14.1.3.1 14.2 14.3 14.3.1 14.3.1.1 14.3.1.2 14.3.2 14.3.2.1 14.3.2.2 14.3.3 14.3.3.1 14.3.3.2 14.3.3.3 14.3.3.4 14.3.4 6 W Erdung in TN-Netzen ............................................................................................ 60 TT-Netz (frz. Terre Terre) ...................................................................................... 60 Erdung in TT-Netzen ............................................................................................. 60 IT-Netz (frz. Isolé Terre) ........................................................................................ 60 Grenzen des IT-Netzes ......................................................................................... 61 Allgemeine Hinweise für den Anschluss ................................................... 61 Dreiphasiger Anschluss ............................................................................ 62 Direkter Anschluss an TN-/TT-Netze ohne Spartransformator ............................. 62 TN-Netz ................................................................................................................. 62 TT-Netz ................................................................................................................. 62 Anschluss an TN-/TT-Netze mit Spartransformator .............................................. 63 TT-Netz ................................................................................................................. 63 TN-Netz ................................................................................................................. 64 Anschluss an ungeerdete/asymm. geerdete Netze mit Trenntransformator ......... 64 Asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt ...................................................... 65 IT-Delta-Netz ......................................................................................................... 65 Asymmetrisch geerdetes Delta-Netz ..................................................................... 65 IT-Netz mit Sternpunkt .......................................................................................... 65 Anschluss an ungeerdete/asymm. geerdete Netze ohne Trenntransformator ..... 66 EMV-gerechter Geräteaufbau W Inhalt 14.3.4.1 Asymmetrisch geerdetes Delta-Netz (ohne Trenntransformator) ......................... 67 14.4 Einphasiger Anschluss .............................................................................. 68 14.4.1 14.4.1.1 14.4.1.2 14.4.1.3 14.4.1.4 14.4.2 14.4.2.1 14.4.2.2 14.4.2.3 14.4.2.4 Direkter Anschluss an TN-S/TN-C-/TN-/TT-Netze ................................................ 68 TN-C-Netz ............................................................................................................. 68 TN-S-Netz ............................................................................................................. 69 TN-Netz ................................................................................................................. 69 TT-Netz ................................................................................................................. 70 Anschluss an geerdete/ungeerdete/asymmetrisch geerdete Netze mit Trenn‐ transformator ......................................................................................................... 70 TN-Netz ................................................................................................................. 71 TT-Netz ................................................................................................................. 72 IT-Netz mit Sternpunkt/asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt ................. 73 IT-Delta-Netz/asymmetrisch geerdetes Delta-Netz ............................................... 74 14.5 Überspannungsschutz FLASHTRAB compact ......................................... 74 15 Anhang ............................................................................ 77 15.A Literaturhinweise ....................................................................................... 77 16 Glossar ............................................................................ 79 14.5.1 Technische Daten ................................................................................................. 75 EMV-gerechter Geräteaufbau 7 Inhalt 8 W EMV-gerechter Geräteaufbau W 1 Über dieses Handbuch Über dieses Handbuch Nachfolgend werden die Symbole, Signalwörter und Abkürzungen erläutert, die ggf. in diesem Dokument verwendet werden. 1.1 Darstellung der Warnhinweise Warnhinweise werden je nach Gefährdungsgrad in verschiedene Gefahrenstufen gegliedert. Für diese Gefahrenstufen und die Art der Gefahr werden im Handbuch unterschiedliche Darstellungen verwendet. [1] Gefahrenstufe (Signalwort/Warnfarbe) Klassifizierung der Gefahr [2] Sicherheitszeichen Hinweis auf Verletzungsgefahr [3] Gefahrensymbol Bildliche Darstellung der Gefahrenquelle Gefahrenstufen Gefahrenstufe Beschreibung Unmittelbare Gefahr, die tödliche, schwere oder irreversible Verletzungen zur Folge haben kann. Gefährliche Situation, die tödliche, schwere oder irreversible Verletzungen zur Folge haben kann. Gefährliche Situation, die leichtere Verletzungen oder Sachschaden zur Folge haben kann. Gefährliche Situation, die Sachschaden zur Folge haben kann. Gefahrensymbole Gefahrensymbol Beschreibung Allgemeine Gefahrensituation Verletzungsgefahr durch Stromschlag Verletzungsgefahr durch heiße Oberflächen EMV-gerechter Geräteaufbau 9 1 W Über dieses Handbuch Gefahrensymbol Beschreibung 1 Verletzungsgefahr durch Arbeiten an Maschinen mit offenen Abde‐ ckungen/Türen Verletzungsgefahr durch herumfliegende Teile Zerstörungsrisiko elektrostatisch gefährdeter Bauelemente Risiko von Sachschäden 1.2 Technische Symbole Symbol Beschreibung LED-Anzeige: LED an LED-Anzeige: LED aus LED-Anzeige: LED blinkt 1.3 Maßangaben Neben metrischen und zöllischen Einheiten verwendet SIEB & MEYER folgende Maßangaben: Abkürzung 1.4 Bedeutung HE technische Einheit für Höhe 1 HE = 44,45 mm TE technische Einheit für Breite 1 TE = 5,08 mm Darstellung allgemeiner Hinweise Symbol Beschreibung Hinweis mit zusätzlichen, weiterführenden Informationen Tipp mit Ratschlägen und nützlichen Informationen Erklärung von Begriffen Fachbegriffe, die im Handbuch gesondert erklärt werden, sind grün und unterstrichen gekennzeichnet. Die Begriffsdefinitionen finden Sie im Glossar des Handbuches. In der PDF-Datei können Sie durch Mausklick auf den gekennzeichneten Begriff direkt zur entsprech‐ enden Definition springen. 10 EMV-gerechter Geräteaufbau W 2 Einleitung Einleitung SIEB & MEYER-Geräte können nur in einer EMV-gerechten Umgebung sicher und störungsfrei arbeiten. Dieses Handbuch unterstützt Sie beim EMV-gerechten Geräte‐ aufbau Ihrer Anlage. Während des Betriebes eines elektronischen bzw. elektrischen Geräts treten Wechsel‐ wirkungen mit anderen benachbarten Geräten auf. Die benachbarten Geräte wirken als Störquelle, die das andere Gerät als Störsenke beeinträchtigen. Der Zusammenhang ist in folgender Abbildung dargestellt: Die von Gerät A (Stör‐ quelle) ausgehende elektromagnetische Störaussendung beeinflusst die elektromag‐ netische Störfestigkeit von Gerät B (Störsenke). Abb. 1: Zusammenhang zwischen Störquelle und Störsenke Die elektromagnetische Verträglichkeit einer Gesamtanlage gemäß EMV-Richtlinie 2014/30/EU muss durch den Hersteller (EMV-gerechte Konstruktion einer Anlage) und den Anwender (störfester Aufbau einer Gesamtanlage) sichergestellt werden. Elektrische bzw. elektronische Geräte oder Anlagen gelten als elektromagnetisch verträglich, wenn die von diesem Gerät bzw. dieser Anlage ausgesendeten Störungen toleriert werden können und wenn das Gerät bzw. die Anlage eine angemessene Stör‐ festigkeit aufweist. Abb. 2: EMV-gerechter Aufbau einer Anlage 2.1 Begriffe Eine Erläuterung der Begriffe, die im Zusammenhang mit dem EMV-gerechten Geräte‐ aufbau einer Anlage von Bedeutung sind, finden Sie im Glossar in diesem Handbuch. EMV-gerechter Geräteaufbau 11 2 Einleitung W 2 12 EMV-gerechter Geräteaufbau W 3 EMV-Regeln EMV-Regeln Dieses Kapitel beschreibt grundlegende Regeln, die für den EMV-gerechten Aufbau einer Anlage beachtet werden müssen. 3.1 Regel 1: Geräteaufbau ▶ ▶ ▶ ▶ 3.2 Achten Sie bei der Montage darauf, dass alle Metallteile flächig, gut leitend und niederimpedant miteinander verbunden werden. Erhöhen Sie die Anzahl der Verbindungsschrauben, um eine bessere Kontaktie‐ rung zu gewährleisten. Montieren Sie keine lackierten oder eloxierten Teile aufeinander. Führen Sie Schraubverbindungen an solchen lackierten oder eloxierten Metallteilen mit spezi‐ ellen Kratzscheiben aus. Entfernen Sie ggf. die isolierenden Schutzschichten an den Massepunkten. Verbinden Sie die Türen mit dem Schrank dreifach über möglichst kurze Masse‐ bänder (oben, Mitte, unten). Regel 2: Leitungen (1) Die Leitungsführung trägt wesentlich zur elektromagnetischen Verträglichkeit einer Anlage bei. ▶ Teilen Sie die Leitungen in Gruppen ein: ─ Leistungskabel (Starkstromleitungen, Stromversorgungsleitungen) ─ Signalleitungen ─ Datenleitungen ▶ Achten Sie bei der Verdrahtung auf eine ordnungsgemäße Leitungsführung. ▶ Sorgen Sie dafür, dass Überkopplungen zwischen Signalleitungen und Leistungs‐ kabeln vermieden werden. ▶ Verlegen Sie Starkstromleitungen und Signal- bzw. Datenleitungen immer in getrennten Kanälen. ▶ Der Abstand zwischen Signalleitungen und Leistungskabeln muss mindestens 20 cm betragen. Signalleitungen und Leistungskabel dürfen sich nur rechtwinklig kreuzen. ▶ Führen Sie Signal- und Datenleitungen möglichst eng an Masseflächen. ▶ Verlegen Sie Signalleitungen möglichst nur in einer Ebene im Gerät und führen Sie diese nur von einer Seite in das Gerät ein. ▶ Vermeiden Sie die Bildung von Stromschleifen. ▶ Sorgen Sie dafür, dass ungeschirmte Leitungen innerhalb eines Stromkreises (Hin- und Rückleiter) möglichst paarig verdrillt sind. Abb. 3: Verdrillte Leitungen eines nicht abgeschirmten Stromkreises EMV-gerechter Geräteaufbau 13 3 W EMV-Regeln 3.3 Regel 3: Leitungen (2) ▶ ▶ 3 ▶ Verlegen Sie, wenn möglich, kurze Leitungen. Dadurch können Koppelkapazitäten und -induktivitäten vermieden werden. Die Kapazität zwischen Leitern und Schirm bei einem Motorkabel beträgt etwa 260 pF/m. Grundsätzlich gilt: Je länger das Motorkabel ist, desto größer wird der Störstrom und desto geringer wird die Schirmwirkung. Verlegen Sie Kabel und Drähte nicht frei im Gerät, sondern führen Sie diese möglichst dicht an der Gehäusewand bzw. an geerdeten Montageblechen entlang. Beachten Sie hierzu auch die Regel 2. Nicht verwendete Kabeladern und Reservekabel müssen mindestens mit einem Ende mit Erdpotential verbunden werden. Eine bessere Wirkung wird erzielt, wenn beide Enden mit dem Erdpotential verbunden werden. In folgenden Abbildungen sind Beispiele für eine ungünstige und optimale Leitungsver‐ legung gegenübergestellt. Beispiel für die Leitungsverlegung asymmetrischer Signale Eine ungünstige Leitungsverlegung erzeugt eine große Stromschleifenfläche [A]. Im rechten Beispiel wurde die Stromschleifenfläche durch eine günstige Leitungsverle‐ gung drastisch reduziert. Abb. 4: Links: große Stromschleifenfläche durch ungünstige Leitungsverlegung; rechts: geringe Stromschleifenfläche Beispiel für die Leitungsverlegung symmetrischer Signale Durch die optimale Leitungsverlegung lassen sich große Stromschleifenflächen vermeiden ([A]=positives Potential, [B]=negatives Potential). Abb. 5: Links: große Stromschleifenfläche durch ungünstige Leitungsverlegung; rechts: geringe Stromschleifenfläche 14 EMV-gerechter Geräteaufbau W 3.4 EMV-Regeln Regel 4: Leitungen (3) ▶ Verlegen Sie alle Verbindungsleitungen (insbesondere die Kabel zwischen Antrieb und Motor) durchgehend. Sollte es nötig sein, eine Leitung und den Leitungsschirm zu unterbrechen (z. B. Eintritt des Motorkabels in einen Schaltschrank), beachten Sie folgende Schritte: ─ Montieren Sie den Schirm unmittelbar vor dem Anschlussblock mittels einer unisolierten Metall-Kabelschelle auf einer leitenden Fläche des Schalt‐ schranks oder auf einer Montageplatte (siehe Abbildung, [A]). ─ Legen Sie den Schirm des weiterführenden Kabels hinter dem Anschluss‐ block mit einer unisolierten Metall-Kabelschelle auf einer leitenden Fläche des Schaltschranks oder der Montageplatte auf (siehe Abbildung, [B]). ─ Halten Sie die Länge des ungeschirmten Kabels so kurz wie möglich. ─ Halten Sie störempfindliche Anlagenteile mindestens 30 cm vom Anschluss‐ block entfernt. ─ Zur Optimierung können Sie eine geerdete Abdeckung als Schirmersatz für den ungeschirmten Kabelteil und den Anschlussblock anbringen. Abb. 6: Leitung und Leitungsschirm unterbrochen: Der Schirm wird mittels einer unisolierten Kabelschelle auf einer Montageplatte montiert. EMV-gerechter Geräteaufbau 15 3 W EMV-Regeln 3.5 Regel 5: Erdungsleitungen GEFAHR Gefährliche Berührungsspannungen Die Funktionserdung ist nicht identisch zur Schutzerdung nach DIN VDE 0100! EMV-Erdverbinder erfüllen nur sekundär Maßnahmen zum Schutz gegen gefähr‐ liche Berührungsspannungen. 3 Umgekehrt erfüllen die grün-gelben Drähte des Schutzleiters (PE) die Maßnahmen zum Schutz gegen gefährliche Berührungsspannungen, jedoch nicht die Anforde‐ rungen der EMV-Richtlinie 2014/30/EU. Sorgen Sie bei der Erdung einer Anlage für entsprechende Schutz- und Funktions‐ maßnahmen gemäß DIN VDE 0100 und EMV-Richtlinie 2014/30/EU. Die Erdung einer Anlage erfüllt Schutz- und Funktionsmaßnahmen. Beachten Sie folgende Punkte: ▶ Erdungsleitungen sollten möglichst kurz sein. Dies gilt auch für Leitungen, die das Chassis mit dem Schaltschrank verbinden und Leitungen, die Geräteteile unterei‐ nander verbinden. ▶ Vermeiden Sie Erdschleifen. ▶ Verwenden Sie Massebänder mit einer Breite von mindestens 10 mm. Abb. 7: Links: geringe Masseoberfläche durch einen „Mäuseschwanz“; rechts: großflächige Masseverbindung 3.6 Regel 6: Schirmung (1) Bei Kabellängen ab 10 m ist ein einseitig aufgelegter Kabelschirm nicht mehr wirksam. Folgende Maßnahmen sind erforderlich: ▶ Die Kabellänge beträgt ca. 10 m: Der Schirm wird beidseitig auf das Bezugspoten‐ tial aufgelegt. ▶ Das Kabel ist länger als 10 m: Der Schirm wird mehrfach auf das Bezugspotential aufgelegt (siehe Abbildung). Der Abstand zwischen den Punkten, an denen der Schirm aufgelegt wird, sollte 10 m nicht überschreiten: Abstand = L ≤ 10 m Ideal ist ein Abstand von 1/10 der Wellenlänge λ (lambda) des zu übertragenen Signals: Abstand [m] = λ/10 (λ=Wellenlänge der höchsten in der Umgebung vorkommenden Frequenz) 16 EMV-gerechter Geräteaufbau W EMV-Regeln 3 Abb. 8: Großflächiger Potentialausgleich: Der Kabelschirm wird mehrfach auf das Bezugspotential aufgelegt. 3.7 Regel 7: Schirmung (2) Die Schirmung der Gehäuseteile und der Leitungen verhindert die Störungsabstrah‐ lung als Störquelle und verbessert die Störfestigkeit einer Anlage. Folgende Maßnahmen sind erforderlich: ▶ Insbesondere bei höheren Leistungen müssen Gehäuse, die Leistungselektronik beinhalten, metallisch gekapselt sein. ▶ Eine Schirmung ist zwingend erforderlich für ─ Kabel zwischen Antrieb und Motor ─ Motorkabel mit einer Länge von mehr als 2 m (gemäß Produktnorm) ─ Steuerleitungen, die nicht von Störgrößen entkoppelt sind. ▶ Legen Sie alle Schirmanbindungen impedanzarm und großflächig auf. ▶ Verbinden Sie beide Seiten des Schirms digitaler oder hochfrequenter Übertra‐ gungsleitungen großflächig und gut leitend mit dem Erdpotential. ▶ Verbinden Sie den Schirm hochimpedanter analoger Steuerleitungen nur einseitig gut leitend mit dem Erdpotential. Diese Maßnahme schützt die Steuersignale vor einem Brummstrom (50 Hz). Dies trifft besonders auf die Motorleitungen der Servoverstärker mit ihren 10 kHz/20 kHz-Takten zu, die sich gegenseitig beeinflussen können. ▶ Entstehen bei beidseitiger Schirmauflegung niederfrequente Erdschleifen (Brumm‐ schleifen) von 50 Hz, dürfen Sie die Schirme nur an einer Seite großflächig auflegen (siehe oben). Auf der anderen Seite verbinden Sie den Schirm über eine parallele RC-Kombination (R=1 MΩ; C=10 nF) mit dem Erdpotential. Durch diese Maßnahmen ist der Schirm für die Hochfrequenz beidseitig und für die Niederfrequenz einseitig mit dem Erdpotential verbunden. 3.8 Regel 8: Schirmung (3) Um einen störungssicheren Betrieb einer Anlage zu gewährleisten, sind Leitungen mit einer möglichst großen Oberfläche (nicht Querschnitt) wichtig. Hochfrequente Ströme fließen nicht durch den gesamten Leitungsquerschnitt, sondern überwiegend auf der Außenhaut eines Leiters (Skin-Effekt). Folgende Maßnahmen sind erforderlich. ▶ Schließen Sie den Schirm stets großflächig mittels Metall-Kabelschellen an. EMV-gerechter Geräteaufbau 17 W EMV-Regeln 3 Abb. 9: Großflächiger Schirmanschluss mit Kabelschellen ▶ ▶ Verwenden Sie Submin D Stecker mit leitenden Steckergehäusen. ─ Legen Sie die Abschirmung großflächig an der Zugentlastung des Steckerge‐ häuses auf. ─ Der Schirm muss vom 0 V Pin des Steckers getrennt sein. Kabelschirme, die beidseitig mit langen Beidrähten an Anschlussklemmen oder Kontakten von Steckverbindern angeschlossen werden, reduzieren die Schirmwir‐ kung um ca. 70%. ─ Verwenden Sie den metallischen Handschutz des Steckverbinders zur flächigen Kontaktierung des Schirms. Abb. 10: Flächige Schirmkontaktierung bei Submin D Stecker ▶ 18 Bei einem schlechtem Potentialausgleich zwischen den Schirmanbindungen verlegen Sie einen zusätzlichen Ausgleichsleiter unmittelbar parallel zum Schirm. ─ Der Querschnitt sollte größer als 10 mm sein. ─ Verwenden Sie möglichst ein Kupfermasseband. ─ Befestigen Sie den zusätzlichen Ausgleichsleiter ohne Schleifen parallel an der Signalleitung (z. B. mit Isolierband). EMV-gerechter Geräteaufbau W EMV-Regeln 3 Abb. 11: Ausgleichsleiter an der Signalleitung 3.9 Regel 9: Schirmung (4) ▶ ▶ Legen Sie die Schirmung bei der Kabeleinführung in den Schrank direkt am Schrankeintritt auf. Vermeiden Sie das Auflegen des Schirmes mit langen Beidrähten (sogenannte „Mäuseschwänze“). Abb. 12: Sogenannte „Mäuseschwänze“ sind ungeeignet für die EMV-gerechte Erdung ▶ ▶ ▶ Die wirkungsvollste Schirmung aller in das Gerät eintretenden Kabel erreichen Sie auf einer gemeinsamen Schirmschiene mit Masseschellen (siehe Abbildung, [A], [C]). Verbinden Sie die Schirmschiene beidseitig gut leitend und großflächig mit dem Schrankgehäuse (siehe Abbildung, [B]). Alternativ kann die Schirmschiene an einem gemeinsamen Sternpunkt geerdet werden. Als Zugentlastung dient eine gemeinsame Kabelabfangschiene (siehe Abbildung, [D]). EMV-gerechter Geräteaufbau 19 W EMV-Regeln 3 Abb. 13: EMV-gerechte Kabeleinführung in einen Schrank: A=Schirmschiene, B=Schaltschrankgehäuse, C=Erdungschellen, D=Zugentlastung ▶ Schirmen Sie die Kabel auch maschinenseitig. Empfehlungen für Anschluss eines einzelnen Frequenzumrichter-/ Servoverstärkermoduls: Werden lediglich die Kabel eines einzelnen Frequenzumrichter- bzw. Servoverstärker‐ moduls vom Steuerungsschrank zur Maschine geführt, empfiehlt SIEB & MEYER folgende Maßnahmen: ▶ Legen Sie die Schirme der Kabel über Erdungsschellen direkt am Modul auf. Dadurch werden Ableitströme verringert, so dass keine Störungen vom Schirm des Motorkabels in das Umfeld gelangen. Ableitströme fließen direkt zur Stör‐ quelle zurück. 3.9.1 EMV-Sammelschiene Im Gehäuse befindet sich eine Sammelschiene, die als zentrale Schirmschiene für den Schirm der Kabel verwendet wird. Der Anschluss der Kabel an die Sammelschiene erfolgt über Schirmanschlussklemmen (z.B. Typ SK 8-D, SK 14-D von Phoenix). 20 EMV-gerechter Geräteaufbau W EMV-Regeln Herstellen eines Kontaktes zwischen Kabel und EMV-Sammelschiene 1. 2. 3. Entfernen Sie den Kunststoffmantel des Kabels an der Stelle, an der ein Kontakt hergestellt werden soll. Lösen Sie die Schraube an der Schirman‐ schlussklemme. Führen Sie das Kabel entsprechend der Abbildung durch die Schirmanschluss‐ klemme und ziehen Sie die Schraube fest. 3 EMV-Sammelschiene: [A] = EMVSammelschiene, [B] = Schirman‐ schlussklemme Artikelnummern für Schirmanschlussklemmen Artikelnummer Typ Anschlussart Max. Anzugsdrehmoment SIEB & MEYER Phoenix SK 8-D Aufschrauben (M4) 0,6 Nm 31594408 3026861 SK 14-D Aufschrauben (M4) 0,8 Nm 31594414 3026874 SK 20-D Aufschrauben (M4) 0,8 Nm 31594420 3026887 Motorkabel ▶ Legen Sie den Kabelschirm an der zentralen Sammelschiene am Gehäuse auf. Kabel, deren Stecker nicht im Steckergehäuse geerdet sind ▶ 3.10 Legen Sie den Kabelschirm an der zentralen Sammelschiene am Gehäuse und am Steckergehäuse auf. Regel 10: Relais und Schütze Beim Schalten induktiver Lasten können Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen auftreten, wenn der Stromfluss abrupt unterbrochen wird. Diese können durch sog. „RC-Löschkombinationen“ neutralisiert werden. Dadurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert. ▶ Versehen Sie Relais/Schütze and den Schaltkontakten mit RC-Löschkombinati‐ onen. ▶ In Gleichsspannungs-Schaltkreisen sollte parallel zur Relaisspule eine Freilauf‐ diode angeschlossen werden. Dies schützt die anderen Bauelemente des Strom‐ kreises vor hohen Selbstinduktionsspannungen und somit auch vor einer mögli‐ chen Zerstörung. EMV-gerechter Geräteaufbau 21 W EMV-Regeln 3.11 Regel 11: Netzfilter EMV-Netzfilter werden für Servoverstärker und Frequenzumrichter in der Leistungs‐ elektronik eingesetzt und erfüllen folgende Aufgaben: ▶ Reduzierung niederfrequenter Störgrößen und Netzrückwirkungen gemäß DIN EN 61800-3, CISPR 11 ▶ Anlagenschutz vor Störimpulspaketen (Burst) gemäß DIN EN 61000-4-4 und tran‐ sienten Überspannungen (Surge) gemäß DIN EN 61000-4-5 ▶ Schutz vor Netzrückwirkungen durch Dämpfung (symmetrisch und asymmetrisch) bei Frequenzen von 10 kHz bis 40 kHz (erfüllt die Grenzwerte gemäß DIN EN 61800-3, CISPR 11) 3 Störimpulspakete (Burst) Die Netzspannung ist häufig mit Störimpulsen überlagert, die z. B. durch Ein- und Ausschalten von Leuchtstoffröhren oder induktiver Lasten entstehen. Diese Überspan‐ nungen können sehr große Werte (bis zu mehreren kV) erreichen. Obwohl diese Störungen eine geringe Impulsdauer und kleine Stromwerte aufweisen, beeinflussen sie die reibungslose Funktion elektronischer Geräte oder Anlagen. Diese Störungen werden durch den Einsatz von Netzfiltern unterdrückt, so dass eine störungsfreie Funktion der Geräte gemäß DIN EN 61000-4-4 gewährleistet ist. Stoßspannung (Hybrid) Durch Blitzschlag oder große induktive Lasten entstehen hohe transiente Überspan‐ nungen. Diese sog. Stoßspannungen verursachen Störungen in Geräten und Anlagen bzw. deren Zerstörung. Diese Störgrößen werden durch den Einsatz eines EMV-Netz‐ filters gedämpft. Für Hinweise zur Montage eines Netzfilter berücksichtigen Sie bitte Kapitel 8 „Montage und Anschluss von Netzfiltern“, S. 37. 22 EMV-gerechter Geräteaufbau W 4 Fachgerechte Erdung einer Anlage Fachgerechte Erdung einer Anlage Für die fachgerechte Erdung einer Anlage müssen die EMV-Regeln und die relevanten EG-Richtlinien beachtet werden. 4.1 Maßnahmen durch SIEB & MEYER In der Praxis treten häufig Störungen auf, die auf eine nicht fachgerechte Erdung einer Anlage (Maschine, Motor, CNC etc.) zurückzuführen sind. Diese Störungen äußern sich z. B. als Positionierprobleme oder unruhigem Lauf oder Schwingen der Achsen. Zur Minimierung dieser Störungen führt SIEB & MEYER in allen Produkten folgende Maßnahmen durch: ▶ Der Schutzleiteranschluss ist mit „PE“ gekennzeichnet (PE = protective earth). ▶ Die Masseanschlüsse mit Erdpotential sind mit dem -Zeichen gekennzeichnet. ▶ Bei SIEB & MEYER-Geräten, die über die Spannungsversorgung der Maschine versorgt werden, muss zwischen dem PE-Anschluss des SIEB & MEYER-Gerätes und der Erdungsschiene eine den EMV-Richtlinien entsprechende Masseverbin‐ dung hergestellt werden. In diesem Fall wird der gelb-grüne Draht des Spannungsversorgungskabels am SIEB & MEYER-Gerät nicht benötigt. 4.2 Anschlusshinweise nach DIN EN 60204-1 Die Hauptforderungen gemäß DIN EN 60204-1 (Elektrische Ausrüstung von Maschinen) lauten: 1. Durchgehende Verbindung des Schutzleitersystems Alle Komponenten der elektrischen Ausrüstung und der Maschine(n) müssen mit dem Schutzleitersystem verbunden sein. 2. Der PE-Punkt darf innerhalb einer Anlage nur einmal vorhanden sein. Alle Masseanschlüsse werden baumförmig zu einem Sternpunkt verbunden. GEFAHR Gefährliche Spannungen Bei Verwendung von Filtern entstehen auf dem Schutzleiter (PE) Ableitströme, die im Fall eines Fehlers wesentlich größer als die Nennwerte werden können. Zum Schutz vor gefährlichen Spannungen müssen Filter daher vor dem Einschalten geerdet werden. Der Einsatz eines FI-Schutzschalters ist unter Umständen nicht möglich. Bei Ableitströmen ≥3,5 mA sind nach DIN EN 50178 - DIN VDE 0160 folgende Maßnahmen erforderlich: Versehen Sie das elektronische Betriebsmittel mit einem festen Anschluss ohne Steckverbinder und bringen Sie einen entsprechenden Warnhinweis auf dem Gerät an. Dieser ist auch in die Dokumentation des Gerätes einzufügen. Verwenden Sie einen Schutzleiter mit einem Leiterquerschnitt von mindestens 10 mm² oder verlegen Sie über getrennte Klemmen einen zweiten Schutzleiter elektrisch parallel zum ersten Schutzleiter. EMV-gerechter Geräteaufbau 23 4 W Fachgerechte Erdung einer Anlage Beachten Sie folgende Punkte/Maßnahmen: ▶ Der PE-Punkt ist in der Regel der Anschlusspunkt des PE-Leiters der Spannungs‐ versorgung oder der Erdungsanschluss einer separaten Erdung der kompletten Anlage. ▶ Sind mehrere Punkte innerhalb der Anlage mit „PE“ gekennzeichnet, sollten Sie eine „PE“-Kennzeichnung als zentralen PE-Punkt festelegen und alle anderen Kennzeichnungen mit dem -Zeichen überkleben. 4 Abb. 15: Masseanschlüsse baumförmig zu einem Sternpunkt verbinden, einen PE-Punkt festlegen und kennzeichnen ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ ▶ 4.3 Motoren werden möglichst impedanzarm mit den -Punkten der Maschine verbunden. Es sollte keine Masseverbindung von den Ausgängen der Servoverstärker über die Motoreinspeisungen hergestellt werden! Motoren, die auf einem isolierten Maschinenteil montiert sind (z. B. Linearmotoren, Handschrauber, usw.), müssen großflächig an der Maschine geerdet werden. Erdungsleitungen müssen immer großflächig ausgelegt sein. Masseleitungen sollten möglichst kurz sein. Massebänder (geflochtene Kupfergewebebänder), bestehend aus vielen dünnen Drähten, bieten eine größere Fläche als nur eine feste Ader mit großem Quer‐ schnitt. Problematik einer Erd- oder Masseschleife Eine Erd- oder Masseschleife wirkt wie ein Sender eines Störsignals. In niederen und höheren Frequenzbereichen werden Nutzsignale über das Erdleitersystem auf andere Schaltkreise übertragen und wirken dort als Störsignal (z. B. 50 Hz-Netzbrummen oder mit 10/20 kHz getaktete Motorleitungen). Auch wenn scheinbar alle Massepunkte ein identisches Potential besitzen (mit OhmMeter gemessen), bestehen für die Hochfrequenz doch Potentialunterschiede (z. B. durch die Leitungsimpedanzen) und es fließen entsprechende Ströme. Dadurch wirken Masseschleifen als Rahmenantennen, die Störungen sowohl empfangen als auch senden. Diese Störungen können z. B. Zählimpulse auslösen oder Schwebungen in den Antrieben hervorrufen. Doppelte Erdungen sollten vermieden werden: Durch doppelte Erdungen über den Schutzleiter kommt es zu einer zweifachen, direkten Verbindung der Massepotentiale der beteiligten Geräte und der Bildung einer Erdschleife. Beachten Sie folgende Punkte/Maßnahmen: ▶ Verwenden Sie kurze Masseleitungen: ─ Jeder unnötige Draht beinhaltet eine zusätzliche Störungsquelle. ─ Nicht alle Komponenten müssen direkt an einem Sternpunkt geerdet werden. Unterverteilungen in Form einer Baumstruktur sind zulässig. Untervertei‐ lungen sparen nicht nur Kabel, sondern sorgen für Übersichtlichkeit in der Verkabelung. 24 EMV-gerechter Geräteaufbau W Fachgerechte Erdung einer Anlage ▶ ▶ Verbinden Sie alle Erdleitungen mit einer zentralen Erdungsschiene (siehe Abbil‐ dung, [A]). Führen Sie die Schirmung der Motorkabel von der Antriebssteuerung direkt zum Motor (siehe Abbildung, [B]). Erden Sie die Motoren ausschließlich an der Maschine. 4 Abb. 16: Anschlussbeispiel zur Vermeidung vom Erdschleifen 4.4 Servoverstärker und Frequenzumrichter Dieser Abschnitt enthält spezielle Informationen, die für die EMV-gerechte Verdrahtung von Servoverstärkern und Frequenzumrichtern beachtet werden müssen. 4.4.1 Leistungskabel Im Folgenden sind die erhältlichen Leistungskabel gelistet. Für jedes Kabel ist ange‐ geben, ob es zum Anschluss der SIEB & MEYER-Antriebe geeignet ist. Symmetrisch geschirmtes Kabel: ▶ 3 Phasen ▶ konzentrischer Schirm (PE) Dieses Kabel ist für alle Leistungsanschlüsse geeignet. Symmetrisch geschirmtes Kabel: ▶ 3 Phasen ▶ konzentrischer Schirm (PE): Belastbarkeit des Schirms ist kleiner als 50% der Belastbarkeit einer Phase Dieses Kabel ist nur mit einem zusätzlichem Schutzleiter (PE) für die Leistungsanschlüsse geeignet. Symmetrisch geschirmtes Kabel: ▶ 3 Phasen ▶ symmetrischer Schutzleiter (PE) Dieses Kabel ist für alle Leistungsanschlüsse geeignet. EMV-gerechter Geräteaufbau 25 W Fachgerechte Erdung einer Anlage Symmetrisch geschirmtes Kabel: ▶ 3 Phasen mit jeweils eigenem Schirm Dieses Kabel ist nicht für die Leistungsanschlüsse geeignet. 4-Leiter-Kabel (geschirmt): ▶ 3 Phasen ▶ 1 Schutzleiter (PE) Dieses Kabel ist nicht für den Motoranschluss geeignet, wenn der Leiterquerschnitt einer Phase größer als 10 mm² ist. 4 Einzelleiter: ▶ 3 Phasen ▶ 1 Schutzleiter (PE) Dieses Kabel ist nicht für den Motoranschluss geeignet. 4 4.4.2 Motorkabel GEFAHR Gefährliche Körperströme Zur Sicherheit von Geräten und Personen sind Erdungs- und Schirmungsmaß‐ nahmen erforderlich. Ohne niederohmige Erdung ist die Sicherheit des Bedieners nicht gewährleistet. Für die Erdung muss generell eine der folgenden Tätigkeiten durchgeführt werden: ▶ Legen Sie das Motorgehäuse auf Maschinenerde oder ▶ verbinden Sie den Erdanschluss des Motorsteckers mit dem zentralen Erdungspunkt der Maschine. Für die Schirmung beachten Sie folgendes: Verwenden Sie generell abgeschirmte Motorkabel. Beachten Sie die Hinweise zum Maschinenanschluss (Kapitel 5 „Maschinenan‐ schluss“, S. 29 ff.). ACHTUNG Störende Masseschleifen Durch unsachgemäßen Anschluss von Schutzleiterverbindungen in Motorkabeln können störende Masseschleifen und Funktionsausfällen des Motors auftreten. Legen Sie Schutzleiterverbindungen, die in Motorkabeln zusätzlich geführt werden direkt an der Schirmleitung auf und kennzeichnen Sie diese mit T. Sollte sich dies als unpraktisch erweisen, verzichten Sie auf die Schutzleiterverbin‐ dung in den Motorkabeln und verlegen Sie eine separate Schutzleiterverbindung parallel zu den Motorkabeln. Sorgen Sie stets dafür, dass das Kabel zum Antrieb zurückgeführt wird! Das Kabel darf mit keiner anderen Masseschleife verbunden werden. ✔ Durch die beschriebenen Maßnahmen werden störende Masseschleifen vermieden. Für die Motoren ist eine abgeschirmte Leitung auszuwählen, um Störungen so gering wie möglich zu halten. Der Schirm ist, wenn möglich, beidseitig und großflächig 26 EMV-gerechter Geräteaufbau W Fachgerechte Erdung einer Anlage anzuschließen, andernfalls einseitig an der Schirmschiene, die von SIEB & MEYER geliefert werden kann. Zudem sollten das Motorkabel und der verdrillte Schirm (PE) möglichst kurz sein, um die elektromagnetische Störaussendung und kapazitive Ströme zu reduzieren. 4 Abb. 17: Anschluss von Motoren 4.4.3 Kabel für die Rotor-Lageerkennung Beachten Sie folgende Hinweise für die Anschlusskabel der Messsysteme an Servo‐ verstärkern: ▶ Verwenden Sie eine abgeschirmte Leitung mit abgeschirmtem Submin D Gehäuse. ▶ Legen Sie den Schirm des Kabels auf der Seite des Servoverstärkers auf das Submin D Gehäuse auf. ▶ Legen Sie den Schirm auf das Gehäuse des Messsystems auf. Folgende Tabelle enthält Beispiele für die Verwendung von Motor Leitung (Art des Messsystems) Motoren mit Resolver Motoren mit integriertem Thermokontakt: LIYCY 3 x 2 x 0,14 bzw. 4 x 2 x 0,14 ▶ Abgeschirmte, paarig verdrillte Leitung. ▶ Drillmodus: Sinus/Sinus, Cosinus/Cosinus ▶ Rotor/Rotor und ggf. Thermokontakt/Thermokontakt Für kritische Anwendungen empfiehlt SIEB & MEYER eine zusätzliche Abschirmung der einzelnen Paare. 4.4.4 Motoren mit Inkremental‐ geber Motoren mit integriertem Thermokontakt: Motoren mit Hall-Sensor und Tachogeneratoren Motoren mit integriertem Thermokontakt: LIYCY 5 x 0,14 bzw. 7 x 0,14 LIYCY 9 x 0,14 bzw. 12 x 0,14 Leitungen für den externen Ballastwiderstand Beachten Sie folgende Hinweise für die Leitungen von externen Ballastwiderständen: ▶ Die Leitungen zum externen Ballastwiderstand von REX und +UB sollten paarig verdrillt sein. ▶ Wenn die Leitung länger als 20 cm ist, verwenden Sie ein abgeschirmtes Kabel. EMV-gerechter Geräteaufbau 27 W Fachgerechte Erdung einer Anlage 4.5 Unterschiedliche Massepotentiale Bei vielen Geräten wird durch Potentialtrennung von unterschiedlichen Massepoten‐ tialen gesprochen. Speziell in extrem elektromagnetisch gestörten Umgebungen (z. B. in Schaltschränken mit unterschiedlichen Geräten der Leistungselektronik) ist eine Erdung der Massepotentiale vorteilhaft oder sogar notwendig. Man unterscheidet zwischen Analogmasse (AGND) und Digitalmasse (DGND): ▶ Analogmasse (AGND) Die Analogmasse ist das Bezugspotential für alle analogen Schaltkreise innerhalb einer Anlage (z. B. für die analogen Sollwerte und Ausgänge). ▶ Digitalmasse (DGND) Die Digitalmasse ist das Bezugspotential für alle digitalen Schaltkreise innerhalb einer Anlage. 4 Achten Sie darauf, dass bei Maschinen und Anlagen GND, AGND und DGND verbunden sind. Bei SIEB & MEYER wird dies standardmäßig durch‐ geführt. Zur Vermeidung von Störungen sollten alle Potentiale in einer Baumstruktur miteinander verbunden werden und Erdschleifen vermieden werden. 28 EMV-gerechter Geräteaufbau W Maschinenanschluss 5 Maschinenanschluss 5.1 Allgemeine Hinweise zur Verdrahtung Beim Anschluss der Steuerung sind unterschiedliche Voraussetzungen möglich, die in nachfolgenden Abbildungen beschrieben sind. 5.2 Maschinenbett aus leitendem Material Anschlussprinzip 5 z.B. Maschinen aus Stahl ▶ Der Motor ist über den Flansch leitend mit der Maschine verbunden. ▶ Der Schirm ist nicht mit dem Motor verbunden. ▶ Die PE-Leitung ist im Motorkabel aufgetrennt. ▶ Die Maschine muss geerdet sein. Abb. 18: Anschlussprinzip für Maschinen aus leitendem Material EMV-gerechter Geräteaufbau 29 W Maschinenanschluss 5.3 Maschinenbett aus nicht leitendem Material Anschlussprinzip 1 z.B. Maschinen aus eloxiertem Aluminium, Kunststoff oder anderen nicht leitenden Materialien (z.B. Keramik, Granit oder Beton) ▶ Der Motor ist über den Flansch nicht leitend mit der Maschine verbunden. ▶ Der Schirm ist nicht mit dem Motor verbunden. ▶ Die PE-Leitung des Motors ist parallel zur Motorleitung durchverbunden. ▶ Der Schutzleiter (PE) des Motors und der Schirm werden direkt am Antrieb auf Erde gelegt. 5 Abb. 19: Anschlussprinzip 1 für Maschinen aus nicht leitendem Material Anschlussprinzip 2 ▶ ▶ ▶ ▶ Der Motor ist über den Flansch nicht leitend mit der Maschine verbunden. Der Schirm ist nicht mit dem Motor verbunden. Die PE-Leitung des Motors ist in der Motorleitung mitgeführt. Der Schutzleiter (PE) des Motors und der Schirm werden direkt am Antrieb auf Erde gelegt. Abb. 20: Anschlussprinzip 2 für Maschinen aus nicht leitendem Material 30 EMV-gerechter Geräteaufbau W 6 Verdrahtung eines Geräteschranks Verdrahtung eines Geräteschranks Steuerungen der älteren Generation sind oftmals in einem Geräteschrank unterge‐ bracht. Dieses Kapitel beschreibt die Regeln, die bei der Verdrahtung eines Geräte‐ schranks beachten wurden. 6.1 Aufbau und Leitungsverlegung Grundsätzliches zur Leitungsverlegung Alle Leitungen sind ihrer Aufgabe entsprechend unter Berücksichtung der EMV-Regeln verlegt. ▶ Leitungen der Spannungsversorgung sind entlang der rechten Schrankwand mit einem dazwischengeschalteten Filter verlegt. ▶ Motor- und Steuerleitungen werden (räumlich voneinander getrennt) von der Schirmschiene über Kabelhalteschienen mit separaten Kabelhalterungen zum Servoverstärker geführt. ▶ Die Flachbandkabel werden von der Bodenplatte zur CNC-Steuerung entlang der linken Schrankwand verlegt. Aufbau und Verdrahtungshinweise Ein innen vollständig verchromter oder verzinkter Schrank ist im Hinblick auf die EMV-Richtlinien besonders geeignet. Abb. 21: Aufbau eines SIEB & MEYER-Geräteschranks EMV-gerechter Geräteaufbau 31 6 Verdrahtung eines Geräteschranks [1] Schrank [2] Schranktür [3] Massebänder zwischen Schrank und Schranktür [4] Schirmschiene [5] Masseschiene mit Erdpotential [6] getrennte Kabeleinführungen [7] SIEB & MEYER-Netzfilter W Im Geräteschrank wird hinten rechts eine verchromte Rasterschiene als tragendes Teil verwendet. Diese Rasterschiene dient gleichzeitig als Massesternpunkt. ▶ Alle Masseverbindungen sind großflächig ausgeführt: ─ Chassis-Erdungsplatte ─ Netzfilter [7] ─ Schirmschiene [4] ▶ Weitere Erdungen werden mit kurzem und breitem impedanzarmen Gewebeband ausgeführt ( z. B. die Verbindung zwischen Chassis und Tür [3]). ▶ Am Schrankeintritt ist jedes abgeschirmte Kabel mit der Abschirmung auf die Schirmschiene aufgelegt [6]. ▶ Die Schirmschiene ist gut leitend mit dem Massesternpunkt verbunden [4]. ▶ Die Netzfilter sind unmittelbar am Geräteeintritt oder an der Störquelle platziert [7]. ▶ Die Filtermasseleitung ist sehr impedanzarm ausgeführt und großflächig auf der verchromten Rasterschiene aufgelegt. ▶ Um Störschleifen zu vermeiden, wird das Netzfilter nicht zusätzlich geerdet. 6 6.2 Schutzleiterdrossel Durch Störströme in Schutzleitern ist es möglich, dass der FI-Schalter (RCD = residual current protective device) aktiviert wird. Dieses Problem kann mit Hilfe einer Schutzlei‐ terdrossel behoben werden. Für die Drossel sind folgende Punkte zu beachten: ▶ Die Drossel muss die internationalen Vorschriften über Funkenstördrosseln (DIN EN 60938-1) erfüllen, d.h. es darf keine Spannung über der Drossel von ≤4 VAC oder höher bei einem Strom von 4 x INenn abfallen. ▶ Die Nenninduktivität LNenn der Drossel sollte 2-6 mH mit einer Frequenz von ~fRes = ~0,3 MHz betragen. ▶ Der Drahtquerschnitt der Schutzleiterdrossel muss dem Drahtquerschnitt des Schutzleiters entsprechen. Treten trotz Einsatz einer Schutzleiterdrossel Probleme mit FI-Schaltern auf, so verfahren Sie gemäß DIN EN 50178 – Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektron‐ ischen Betriebsmitteln, Abs. 5.2.11.1 Ableitstrom und Fehlerstrom. 32 EMV-gerechter Geräteaufbau W 7 Leitungsgebundene Störaussendung Leitungsgebundene Störaussendung Hochfrequente leitungsgebundene Störaussendung im Bereich von 150 kHz – 30 MHz entsteht durch Schalten der Leistungsendstufen und anderer Schaltregler im PDS (PDS = power dive system = Antriebssystem). Die in diesem Kapitel angegebenen Angaben zu Filtermaßnahmen entsprechen ermit‐ telten Werten aus Messungen an Antriebssystemen mit Motorleitungen bis max. 20 m. Antriebe von SIEB & MEYER, die mit einer Grundentstörung versehen sind, entsprechen grundsätzlich den Grenzwerten der DIN EN 61800-3, Kategorie C3, PDS in zweiter Umgebung, bzw. DIN EN 55011, Grenzwerte für Geräte der Klasse A / Gruppe 2. Sie sind als Teil einer ortsfesten Maschine oder Anlage mit einem fest installierten elektrischen Anschluss vorgesehen. Grenzwerte der Kategorie C3 Baugröße des PDS Frequenzband Quasi-Spitzenwert Mittelwert MHz dB (µV) dB (µV] 0,15 ≤ f < 0,5 100 90 0,5 ≤ f < 5,0 86 76 90 80 5,0 ≤ f < 30,0 Abnahme mit dem Loga‐ rithmus der Frequenz bis 70 Abnahme mit dem Logarithmus der Frequenz bis 70 0,15 ≤ f < 0,5 130 120 0,5 ≤ f < 5,0 125 115 5,0 ≤ f < 30,0 115 105 I ≤ 100 A I > 100 A 7 Sollte jedoch vom Antriebssystem die Einhaltung der Grenzwerte der DIN EN 61800-3, Kategorie C2, bzw. DIN EN 55011Grenzwerte für Geräte der Klasse A / Gruppe 1 gefordert werden, so sind zusätzliche Filtermaßnahmen erforderlich. Hierfür ist ein einstufiges Netzfilter mit einfacher (CNC) bzw. hoher (Antriebe) Einfügungsdämpfung zu verwenden. EMV-gerechter Geräteaufbau 33 W Leitungsgebundene Störaussendung 7.1 Netzfilter GEFAHR Gefährliche Spannungen Bei Verwendung von Filtern entstehen auf dem Schutzleiter (PE) Ableitströme, die im Fall eines Fehlers wesentlich größer als die Nennwerte werden können. Zum Schutz vor gefährlichen Spannungen müssen Filter daher vor dem Einschalten geerdet werden. Der Einsatz eines FI-Schutzschalters ist unter Umständen nicht möglich. Bei Ableitströmen ≥3,5 mA sind nach DIN EN 50178 - DIN VDE 0160 folgende Maßnahmen erforderlich: Versehen Sie das elektronische Betriebsmittel mit einem festen Anschluss ohne Steckverbinder und bringen Sie einen entsprechenden Warnhinweis auf dem Gerät an. Dieser ist auch in die Dokumentation des Gerätes einzufügen. Verwenden Sie einen Schutzleiter mit einem Leiterquerschnitt von mindestens 10 mm² oder verlegen Sie über getrennte Klemmen einen zweiten Schutzleiter elektrisch parallel zum ersten Schutzleiter. SIEB & MEYER empfiehlt für CNC-Steuerungen folgende Netzfilter zum Erlangen der Kategorie C2: 7 Zwischenkreis‐ strom Ableitstrom [mA] bei 400 VAC, 50 Hz Nennstrom Nennspannung [A] [V] 3-phasiges Netzfilter ≤ 3,5 mA 3 × 17 400 30 3-phasiges Netzfilter ≤ 3,5 mA 3 × 36 400 62 SIEB & MEYERArtikelnummer Beschreibung 011.0073E 011.00.80 [A] Die o.a. 3-Phasen Netzfilter sind bei SIEB & MEYER erhältlich. Bitte kontak‐ tieren Sie unseren Vertrieb (Kontaktdaten siehewww.sieb-meyer.de. Um den Anforderungen der Grenzwerte der DIN EN 61800-3, Kategorie C1, bzw. DIN EN 55011 – Grenzwerte für Geräte der Klasse B / Gruppe 1 und 2 gerecht zu werden, ist ein zweistufiges Netzfilter mit sehr hoher Einfügungsdämpfung zu verwenden. Frequenzband MHz Grenzwerte der Kategorie C1 Grenzwerte der Kategorie C2 Quasi-Spitzenwert Mittelwert Quasi-Spitzenwert Mittelwert dB (µV) dB (µV] dB (µV) dB (µV] 66 56 Abnahme mit dem Logarithmus der Frequenz bis 56 Abnahme mit dem Logarithmus der Frequenz bis 46 79 66 0,5 ≤ f < 5,0 56 46 73 60 5,0 ≤ f < 30,0 60 50 73 60 0,15 ≤ f < 0,5 Hält ein PDS die Grenzwerte der Kategorie C1 in einer ersten Umgebung nicht ein, muss die Gebrauchsanweisung für den Anwender die nachfolgende Warnung enthalten: 34 EMV-gerechter Geräteaufbau W Leitungsgebundene Störaussendung ACHTUNG Einsatz des PDS in einem öffentlichen Niederspannungsnetz Dieser Typ von PDS ist nicht für den Einsatz in einem öffentlichen Niederspan‐ nungsnetz, das Wohngebiete speist, vorgesehen. Wird das Produkt in einem solchen Netz eingesetzt, sind Hochfrequenzstörungen zu erwarten. Setzen Sie das PDS nicht in einem öffentlichen Niederspannungsnetz ein. Wird das PDS dennoch in einem Niederspannungsnetz eingesetzt, sorgen Sie bei Hochfrequenzstörungen für enstprechende Entstörmaßnahmen. 7.2 Störfestigkeit Bei konsequenter Berücksichtigung der EMV-Regeln (Kapitel 3 „EMV-Regeln“, S. 13) und den Hinweisen zur fachgerechten Erdung und Verdrahtung (Kapitel 4 „Fachge‐ rechte Erdung einer Anlage“, S. 23 werden die Mindestanforderungen an die Kriterien des Betriebsverhaltens (Annahmekriterien) A bzw. B der DIN EN 61800-3 bzw. DIN EN 61000-6-2 für PDS, die für den Einsatz in der zweiten Umgebung vorgesehen sind, eingehalten. EMV-gerechter Geräteaufbau 35 7 Leitungsgebundene Störaussendung W 7 36 EMV-gerechter Geräteaufbau W 8 Montage und Anschluss von Netzfiltern Montage und Anschluss von Netzfiltern Die Aufgabe von Netzfiltern ist in Abschnitt 3.11 „Regel 11: Netzfilter“, S. 22 beschrieben. 8.1 Montage Beachten Sie folgende Punkte bei der Montage eines Netzfilters: ▶ Platzieren Sie das Netzfilter so dicht wie möglich am Gerät (Geräteeintritt). Ist der Abstand zwischen Netzfilter und Gerät größer als 30 cm, müssen Sie zwischen Netzfilter und Gerät eine geschirmte Leitung verwenden. ▶ Vermeiden Sie das sog. „Übersprechen“ (siehe Abbildung, [A]). Wir empfehlen die in der Abbildung dargestellte Anordnung des Filters und der Leitungen (Abbildung, [B]). ▶ Gewährleisten Sie eine gut leitende Verbindung. ▶ Entfernen Sie isolierende Lacke bei der Montage im Schaltschrank. ▶ Montieren Sie das Filter flächig zum Erdpotential (Schrankgehäuse, Montage‐ blech, usw.). ▶ Die Verbindung zum Erdpotential muss so kurz wie möglich sein (kürzer als 50 mm) ▶ Die Verbindung zum Erdpotential muss möglichst breit sein (mindestens 10 mm). Verschrauben Sie beispielsweise ein flaches Kupfermasseband oder das Filter großflächig auf der Auflagefläche. Abb. 22: Montage eines Netzfilters [1] Filter EMV-gerechter Geräteaufbau 37 8 W Montage und Anschluss von Netzfiltern 8.2 Anschluss Dieser Abschnitt beschreibt, was Sie beim Anschluss eines Netzfilters beachten müssen. GEFAHR Gefährliche Spannungen Bei Verwendung von Filtern entstehen auf dem Schutzleiter (PE) Ableitströme, die im Fall eines Fehlers wesentlich größer als die Nennwerte werden können. Zum Schutz vor gefährlichen Spannungen müssen Filter daher vor dem Einschalten geerdet werden. Der Einsatz eines FI-Schutzschalters ist unter Umständen nicht möglich. Bei Ableitströmen ≥3,5 mA sind nach DIN EN 50178 - DIN VDE 0160 folgende Maßnahmen erforderlich: Versehen Sie das elektronische Betriebsmittel mit einem festen Anschluss ohne Steckverbinder und bringen Sie einen entsprechenden Warnhinweis auf dem Gerät an. Dieser ist auch in die Dokumentation des Gerätes einzufügen. Verwenden Sie einen Schutzleiter mit einem Leiterquerschnitt von mindestens 10 mm² oder 8 verlegen Sie über getrennte Klemmen einen zweiten Schutzleiter elektrisch parallel zum ersten Schutzleiter. Um eine einwandfreie Funktion einphasiger Geräte (z. B. Lüfter) zu gewähr‐ leisten, dürfen diese nicht an ein dreiphasiges Netzfilter angeschlossen werden. SIEB & MEYER AC-Servoverstärker dürfen gemäß EMV-Richtlinie 2014/30/EU nur mit vorgeschaltetem Netzfilter betrieben werden. Andernfalls treten Störungen in der Umgebung des Servoverstärker auf. Bei Verwendung von Netzteilen mit integriertem Netzfilter verwendet, ist kein zusätzlicher vorgeschalteter Netzfilter für den AC-Servoverstärker erforder‐ lich. Leitungen vom und zum Netzfilter: ▶ Verlegen Sie die Leitungen zum und vom Netzfilter immer getrennt voneinander. ▶ Führen Sie die Leitungen in jeweils separaten Kabelkanälen. 3 HE-Servoverstärker und Servoverstärker, bei denen die Motoransteuerung nicht ausreichend entstört ist: ▶ Führen Sie die +24 V-Zuleitung und das Motorkabel jeweils durch einen Ringkern mit möglichst 5-facher Windung (siehe Abbildung). ▶ Halten Sie den ungeschirmten Teil der Leitung so kurz wie möglich. 38 EMV-gerechter Geräteaufbau W Montage und Anschluss von Netzfiltern Abb. 23: Anschluss von 3 HE Servoverstärkern mit nicht ausreichender Entstörung der Motoransteuerung: ein Ringkern in jeder Leitung, möglichst 5-fache Windung Im Geräteschrank befindet sich nur eine Störungen aussendende Komponente (z. B. ein Servoverstärker zwischen mehreren Steuereinheiten): ▶ SIEB & MEYER empfiehlt, die Störungen direkt an der Störquelle zu filtern: Dadurch werden ─ Gegentaktstörsignale direkt am Entstehungsort abgeleitet und eventuelle Gleichtaktstörungen abgeblockt und ─ Nachbarkomponenten im Geräteschrank nicht gestört. Erdung: ▶ Verbinden Sie das Netzfilter nur einmal mit dem Erdpotential. ▶ Verlegen Sie die Erdung auf kürzestem Weg parallel zur gefilterten Spannungs‐ versorgung zum Erdanschluss des Servoverstärkers. SIEB & MEYER-Netzfilter, das direkt an die Seitenwand der Servoverstärkers ange‐ schraubt ist: ▶ Die Masse der Filterplatte ist mit dem Filterhaltebolzen verbunden (= direkte impe‐ danzarme Verbindung zur Seitenwand des Servoverstärkers). ▶ Eventuelle Gleichtaktstörungen werden direkt abgeleitet. ▶ Es wird kein grün-gelber Draht benötigt, der selbst Störungen verursachen kann. Abb. 24: Flache Montage des Netzfilters an der Seitenwand eines Servoverstärkers EMV-gerechter Geräteaufbau 39 8 Montage und Anschluss von Netzfiltern W 8 40 EMV-gerechter Geräteaufbau W 9 Störfestigkeit empfindlicher Schaltkreise Störfestigkeit empfindlicher Schaltkreise Dieser Abschnitt beschreibt die Störfestigkeit elektronischer Schaltkreise und Kompo‐ nenten. Aufgrund ihrer Vielfalt kann hier nur auf einen Teil elektronischer Schaltkreise eingegangen werden. Unterschiede in der Bauart führen zudem zu unterschiedlichen Eigenschaften und Verhaltensweisen von Bauteilen, die bei der Auslegung von Schalt‐ kreisen berücksichtigt werden müssen. In der Industrie werden in der Regel Schaltkreise verwendet, die vollständig oder fast unempfindlich gegen Störungen sind. In der Praxis müssen jedoch weitere Faktoren berücksichtigt werden, z. B. wie groß der Störungseinfluss durch andere Komponenten ist. 9.1 Einteilung der Komponenten Nach dem Grad ihrer Störfestigkeit werden die Komponenten von Schaltkreisen in folgende Kategorien eingeteilt: ▶ nicht empfindliche Komponenten ▶ relativ unempfindliche Komponenten ▶ empfindliche Komponenten ▶ sehr störempfindliche Komponenten 9.1.1 Nicht empfindliche Komponenten 9 Folgende Komponenten gelten als nicht empfindlich gegen Störungen: ▶ Relais ▶ Spulen ▶ Schaltgetriebe ▶ elektromechanische Instrumente ▶ einfache elektrische Schaltkreise 9.1.2 Relativ unempfindliche Komponenten Viele elektronische Systeme sind relativ unempfindlich gegen Störungen getakteter Antriebe. Hierzu müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: ▶ Die Systeme sind nicht direkt an Störausstrahlungen von Antrieben gekoppelt und ▶ enthalten keine Komponenten , die als sehr empfindlich gegen Störungen gelten. Folgende Komponenten gelten als relativ unempfindlich, wenn o.a. Voraussetzungen erfüllt sind: ▶ speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ▶ digitale elektronische Schaltkreise (z. B. Computer) ▶ analoge Schaltkreise mit hohen Signalpegeln (U > 1 V) EMV-gerechter Geräteaufbau 41 Störfestigkeit empfindlicher Schaltkreise 9.1.3 W Empfindliche Komponenten Folgende Komponenten gelten als störempfindlich, wenn z. B. die Verbindungen sehr lang und/oder ungeschirmt sind. ▶ Analoge Messsysteme mit niedrigen Spannungspegeln: ─ Thermokoppler ─ Temperatursensoren, die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Tempe‐ ratur ändern (NTC/PTC) ─ Dehnungsmessstreifen ─ ph-Sensoren und ähnliche Instrumente ▶ analoge Messsysteme mit hohen Spannungspegeln (U > 1 V) mit langen unge‐ schützten Verbindungsleitungen und einer Auflösung größer 1:1000 ▶ analoge Schaltkreise mit sehr schnellen Reaktionen oder großer Bandbreite, z. B. Audio-Schaltungen ▶ ▶ ▶ 9.1.4 Anmerkung: Industrielle Schaltungen arbeiten meistens mit einer möglichst geringen Taktrate, um eine niedrige Störanfälligkeit gegen transiente Störgrößen zu gewährleisten. Videoschaltungen, z. B. TV-Geräte oder Monitore digitale Datenleitungen, wenn sie ungeschirmt sind oder in einer unüblichen Konfi‐ guration installiert wurden. Anmerkung: Schnittstellen (RS232, RS485, Ethernet) sind in der Regel störungs‐ fest, wenn sie mit einem ausreichend geschirmtem Kabel installiert werden. Näherungsschalter, die mit hochfrequenten Oszillatoren arbeiten (z. B. kapazitive Typen) Sehr störempfindliche Komponenten Zu den sehr empfindlichen Komponenten gehören Systeme, die speziell zur Erfassung elektromagnetischer Felder in Frequenzbereichen von 100 Hz bis 5 MHz entwickelt wurden. ▶ Lang- und Mittelwellenempfänger ▶ induktive Schleifen, Sensoren und Kommunikationssysteme ▶ Kommunikationssysteme über Netzleitungen Ausnahmen: Fernsehgeräte, VHF-Empfänger, Mobiltelefone, Funkfernbedienge‐ räte und andere moderne Funk-Systeme, die in sehr hochfrequenten Bereichen arbeiten. 9 42 EMV-gerechter Geräteaufbau W 10 Sicherheitstechnische Aspekte Sicherheitstechnische Aspekte Eine sinnvolle und wirtschaftliche Entstörung mittels Filter ist nur möglich, wenn gleich‐ zeitig der Ableitstrom durch zusätzliche Kapazitäten erhöht wird. Beispielsweise kann durch Einfügen von Kondensatoren zwischen den Phasen und dem Erdpotential die asymmetrische Störkomponente reduziert werden. Eine zu hohe Gesamtkapazität bewirkt jedoch möglicherweise das Auslösen des FI-Schalters. Die für Filter genannten Werte für Ableitströme gelten nur im Falle eines Fehlers. Sicherheitstechnisch verfahren Sie gemäß DIN VDE 0160 / DIN EN 50178 (Ausrüs‐ tung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln). Gemäß DIN VDE 0160 sind bei Ableitströmen bis zu 3,5 mAAC und einem Festanschluss keine besonderen zusätzlichen Erdungsmaßnahmen erforderlich. In der Praxis ist dies nur für sehr kleine Leistungen mit sehr kurzem Motorkabel realisierbar. Die Verwendung einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (FI-Schalter) in Kombination mit mehreren elektronischen Betriebsmitteln kann dazu führen, dass die Schutzeinrichtung auslöst, wenn der Gesamtableitstrom der Hochfrequenzfilter zu groß ist. Dies trifft z. B. häufig für Anwendungen mit Servoverstärkern und Frequenzumrichtern zu. Wird in fest angeschlossenen Geräten der betriebsmäßige Ableitstrom von 3,5 mA überschritten, muss eine der folgenden Bedingungen erfüllt werden: ▶ Verlegen Sie einen zweiten Schutzleiter. beachten Sie dabei folgende Punkte: ─ Verlegen Sie den zweiten Schutzleiter über getrennte Klemmen elektrisch parallel zum ersten Schutzleiter. ─ Der zweite Schutzleiter muss für sich allein die Anforderung der DIN VDE 0100, Teil 540 / IEC 364-5-54 erfüllen (Schutzleiterquerschnitt mindes‐ tens 10 mm2). ▶ Überwachung des Schutzleiters durch eine Einrichtung, die im Fehlerfall zu einer Abschaltung der Stromversorgung führt. ▶ ─ Verbinden Sie den Schutzleiter des Stromkreises mit dem Körper des elekt‐ ronischen Betriebsmittels und der Sekundärwicklung des Transformators. ─ Ergänzen Sie einen entsprechenden Eintrag in den Betriebsunterlagen. ▶ Einbau eines Trenntransformators in die Stromversorgung Zusätzlich muss ein Warnschild in der Nähe des Schutzleiteranschlusses angebracht werden. Die Technische Dokumentation muss folgende Informationen enthalten: ▶ Höhe des Ableitstroms ▶ Mindestquerschnitt des vom Betreiber anzuschließenden Schutzleiters Anmerkungen aus der DIN VDE 0100, Teil 410 / IEC 364-4-41: ▶ Die Anwendung von Fehlerstrom-Schutzschaltern ist nur als Zusatz zu anderen Maßnahmen zum Schutz gegen elektrischen Schlag im normalen Betrieb vorge‐ sehen. ▶ Die Anwendung von Fehlerstrom-Schutzschaltern mit einem Bemessungsdiffe‐ renzstrom ≤30 mA ist im normalen Betrieb als zusätzlicher Schutz gegen elektri‐ schen Schlag anerkannt, wenn andere Schutzmaßnahmen fehlen. EMV-gerechter Geräteaufbau 43 10 Sicherheitstechnische Aspekte W 10 44 EMV-gerechter Geräteaufbau W 11 Problematik getakteter Antriebe Problematik getakteter Antriebe Dieses Kapitel beschreibt die Problematik getakteter Antriebe und die Vorgehensweise im Hinblick auf die EMV-gerechte Verdrahtung einer Anlage. Moderne elektronische Steuergeräte enthalten sog. „geschaltete Leistungsteile“ zum Antrieb elektrischer Maschinen. Dreh- und Gleichströme werden durch rhythmisches Ein- und Ausschalten von Halbleitern erzeugt. Der Vorteil dieser Systeme liegt in ihrem sehr hohen Wirkungsgrad. Nachteilig ist jedoch das Auftreten hochfrequenter Ströme, die sich als Störungen auf benachbarten Geräte auswirken. Es besteht die Möglichkeit, die Störaussendung zu verringern. Eine vollständige Unterdrückung der Störungen durch Filter führt allerdings zwangsläufig zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und einem erhöhten Platzbedarf für die Gesamtanlage. Aufbau einer SIEB & MEYER-Steuerung SIEB & MEYER-Steuerungen sind nach folgendem Prinzip aufgebaut: Der größte Teil der hochfrequenten Ströme wird bis zu einem wirtschaftlich vertret‐ baren Maß im Inneren der Geräte abgeleitet oder durch Sperrfilter abgeblockt. Eventu‐ elle Restströme werden durch Abschirmung und entsprechende Verlegung der Leitungen an einer Abstrahlung gehindert. Folgender Abschnitt verdeutlicht die oben beschriebene Problematik. Theoretisch ist die Summe aller Ströme im Kabel K gleich Null. Es dürfte keine Hoch‐ frequenz ausgesendet werden. Der kapazitive Strom IK (übergekoppelt vom Motor‐ kabel und Motor) stört jedoch dieses Gleichgewicht und fließt auf verschiedenen Wegen in das Steuergerät zurück (siehe Abbildung). Es entstehen Schleifen, die zur Aussendung von Störungen führen. Dabei gilt: Je größer die Fläche ist, desto mehr Schleifen entstehen. Der kapazitive Strom fließt außerdem über die Messeinrichtung für leitungsgebundene Störungen und verschlechtert dort die Messergebnisse einer EMV-Messung. Das bedeutet: Die gemessenen Ströme fließen über andere elektronische Einrichtungen und verursachen dort Störungen. Folgende Abbildung zeigt die Rückwirkung des Störstroms bei unterschiedlichen Systemvoraussetzungen. Abb. 25: Rückwirkung des Störstroms IK in einem System: [A]: mit Rückwirkung des Störstroms, [B]: ohne Rückwirkung des Störstroms [1] Netzanschlussleitung [2] Netznachbildung EMV-gerechter Geräteaufbau 45 11 W Problematik getakteter Antriebe [3] SIEB & MEYER Schutzvorrichtung gegen Stoßspannungen [4a] Steuerung ohne Netzfilter [4b] Steuerung mit Netzfilter [5] Kabel K mit ungleichem Strom [6] Motor [7] Maschinenbett [8] Schutzleiter [9] Erde Bei Erdung des Steuergerätes, des Netzfilters und des Motors auf dem Maschinenbett fließt der Ausgleichsstrom IK direkt über das Maschinenbett vom Motor zum Netzfilter und zur Steuerung zurück (siehe Abbildung, [B]). Bei diesem Aufbau fließt kein Ausgleichsstrom über die Erde zur Steuerung zurück. D. h. benachbarte Geräte werden nicht gestört. Das Maschinenbett stellt folglich eine impedanzarme Verbindung zur Rückführung des Ausgleichstromes IK zwischen Motor und Steuerung dar. Durch folgende Maßnahmen stellen Sie sicher, dass Maschine und Steuerung die Anforderungen der Norm DIN EN 61800-3 erfüllen: ▶ Verwenden Sie einen möglichst kurzes Flachbandkabel für die Masseverbindung zwischen Maschine und Steuergerät. ▶ Verwenden Sie zwischen Filter und Schrankgehäuse eine extrem kurze Masse‐ verbindung (<50 mm). ▶ Legen Sie alle Abschirmungen großflächig auf. ▶ Führen Sie die Verbindungskabel als geschlossene Bündel zur Maschine und teilen Sie diese erst dort auf. ▶ Verlegen Sie Leistungskabel und Signalkabel getrennt voneinander. ▶ Schließen Sie den Überspannungsableiter (Surge Arrestor) an die Maschine an (Abschnitt 14.5 „Überspannungsschutz FLASHTRAB compact“, S. 74) . ▶ Bei Verwendung eines Transformators, müssen Sie folgende Aufbaureihenfolge einhalten: Netz → Transformator → Überspannungsableiter → Filter → Steuergerät ▶ Achten Sie auf möglichst kurze HF-Masseverbindungen (z. B. Kupfergewebe‐ bänder) ▶ Beachten Sie, dass die grün-gelben Erdungsdrähte nur zum Schutz gemäß der VDE-Bestimmungen dienen. Zum Schutz vor hochfrequenten Strömen müssen HF-Masseverbindungen so kurz und großflächig wie möglich gehalten werden (z. B. Kupfergewebebänder). 11 11.1 Prüfdummy Zum Nachweis der EMV-Kompatibilität prüft SIEB & MEYER alle Geräte in einer Versuchsanordnung, in der die Maschine und die Verdrahtung simuliert werden. Als Nachbildung der Maschine dient ein Prüfdummy. Der Prüfdummy besteht aus einer Stahlplatte, auf der Motoren, Sensoren und ein Teil der Entstörmittel montiert sind. Die Kapazität des Prüfdummy entspricht der einer mittelgroßen Maschine. Der Prüfdummy bildet die HF-Eigenschaften einer wirklichen Maschine nach. Der Aufbau des Prüfdummy wurde in einem anerkannten Prüflabor vermessen und wird regelmäßig durch Feldmessungen überprüft. 46 EMV-gerechter Geräteaufbau W 12 EG/EU-Richtlinien EG/EU-Richtlinien Anwendung der EG/EU-Richtlinien im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglich‐ keit (EMV) bezogen auf SIEB & MEYER-Produkte. 12.1 Grundlagen Der Europäische Rat hat aufgrund von Bestrebungen zur Harmonisierung der einzelnen nationalen Normen die EG-Richtlinien bzw. EU-Richtlinien mit der CE-Kenn‐ zeichnung erlassen. Ziel der für Industrieprodukte zutreffenden Richtlinien ist der sichere gemeinsame Betrieb von elektronischen und mechanischen Geräten ohne gegenseitige störende Beeinflussung, sowie eine einheitliche Sicherheitskennzeich‐ nung der Geräte. Die EG/EU-Richtlinien werden von den Mitgliedstaaten in Form von „harmonisierten Normen“ in bindendes nationales Recht umgesetzt. Dadurch sollen gleichwertige Prüfund Betriebsbedingungen in allen Mitgliedstaaten sichergestellt werden. Geräte, die alle Anforderungen der einschlägigen Normen erfüllen, dürfen mit dem Konformitäts‐ zeichen CE gekennzeichnet werden. 12.2 Maschinenrichtlinie (MR) Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG definiert eine unter anderem Maschine als „ ... eine mit einem anderen Antriebssystem als der unmittelbar menschlichen oder tier‐ ischen Kraft ausgestattete oder dafür vorgesehene Gesamtheit miteinander verbun‐ dener Teile oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines bzw. eine beweglich ist und die für eine bestimmte Anwendung zusammengefügt sind ...“ SIEB & MEYER-Produkte werden ausnahmslos in Maschinen mit mechanisch bewegten Bauteilen eingesetzt. Damit gilt die Maschinenrichtlinie für SIEB & MEYER-Produkte folgender Produktbe‐ reiche: ▶ CNC für Leiterplattenbearbeitung ▶ Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ▶ Servoverstärker für hochdynamische rotative und lineare Antriebe ▶ Steuerungen für elektronische Schraub- und Presstechnik Folgende Punkte sind zu beachten: ▶ Die Konformität ist vom Maschinenhersteller nachzuweisen. ▶ Die verwendeten Bauelemente dürfen nicht mit dieser Richtlinie in Konflikt stehen. ▶ Für jedes SIEB & MEYER-Produkt wird die Konformität mit der Maschinenrichtlinie durch eine Herstellererklärung nachgewiesen. 12.3 Niederspannungsrichtlinie (NSR) Die Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU gilt für „ ... elektrische Betriebsmittel zur Verwendung bei einer Nennspannung zwischen 50 und 1000 V für Wechselstrom und zwischen 75 und 1500 V für Gleichstrom ...“ EMV-gerechter Geräteaufbau 47 12 W EG/EU-Richtlinien SIEB & MEYER-Produkte erfüllen die Bestimmungen der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU. Eine Konformitätserklärung wird für alle Produkte ausgestellt. Eventuelle Besonderheiten sind in der Konformitätserklärung aufgeführt. 12.4 Anwendung der Norm DIN EN 61800-2 Die von SIEB & MEYER angewandte Norm DIN EN 61800-2 - „Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe - Teil 2: Allgemeine Anforderungen“ berücksichtigt die Belange folgender Fachgrundnormen: Norm Titel DIN EN 50178 Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln DIN EN 60204-1 Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von Maschinen -Teil 1: Allgemeine Anforderungen DIN EN 60947-1 Niederspannungsschaltgeräte, Teil 1: Allgemeine Festlegungen DIN EN 61800-2 Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe - Teil 2: Allgemeine Anforderungen Festlegungen für die Bemessung von Niederspannungs-WechselstromAntriebssystemen mit einstellbarer Frequenz DIN EN 61800-5-1 Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe -Teil 5-1: Anforderungen an die Sicherheit - elektrische, thermische und energetische Anforderungen Die von SIEB & MEYER ausgestellte Hersteller- und Konformitätserklärung gilt ausschließlich für die von SIEB & MEYER geliefertem Komponenten einer Maschine oder Anlage und nicht für das gesamte Endprodukt. Beachten Sie die Handbücher der jeweiligen SIEB & MEYER-Produkte, insbesondere die Sicherheitshinweise, Einbauvorschriften und Bedienungsin‐ formationen. 12.5 EMV-Richtlinie Für jedes elektrische bzw. elektronische Produkt, das in Verkehr gebracht werden soll, muss überprüft werden, ob dieses Produkt unter die Forderungen des EMV-Gesetzes EMVG fällt. Das EMVG dient der Umsetzung der EMV-Richtlinie 2014/30/EU. Im Sinne der EMV-Richtlinie 2014/30/EU gilt die Richtlinie für folgende Geräte: „ ‚Gerät‘: ein fertiger Apparat oder eine als Funktionseinheit auf dem Markt bereitge‐ stellte Kombination solcher Apparate, der bzw. die für Endnutzer bestimmt ist und elektromagnetische Störungen verursachen kann oder dessen bzw. deren Betrieb durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt werden kann;“ 12 „(2) Für Zwecke dieser Richtlinie gelten als Geräte 1. ‚Bauteile‘ und ‚Baugruppen‘, die dazu bestimmt sind, vom Endnutzer in ein Gerät eingebaut zu werden, und die elektromagnetische Störungen verursachen können oder deren Betrieb durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt werden kann; 2. ‚bewegliche Anlagen‘, d. h. eine Kombination von Geräten und gegebenenfalls weiteren Einrichtungen, die beweglich und für den Betrieb an verschiedenen Orten bestimmt ist.“ Die EMV-Richtlinie und die Produktnorm DIN EN 61800-3 unterscheiden zwischen ▶ elektronischen Geräten, die allgemein erhältlich sind, also direkt an den Endnutzer geliefert werden, und ▶ elektronischen Geräten, die nur an Fachleute (OEM) für den Einsatz im Industrie‐ bereich geliefert werden dürfen. Hier unterscheidet man wiederum zwei Klassen: 48 EMV-gerechter Geräteaufbau W EG/EU-Richtlinien ─ ─ 12.5.1 Geräte, die sich selbständig betreiben lassen und so funktionsfähig sind. Geräte, die erst nach Einbau in ein größeres Aggregat, z. B. in eine Produkti‐ onsmaschine funktionsbereit sind. Dies betrifft alle SIEB & MEYER-Produkte. Anwendung der Norm DIN EN 61800-3 Die von SIEB & MEYER angewandte EMV-Produktnorm DIN EN 61800-3 - „Drehzahl‐ veränderbare elektrische Antriebe - Teil 3: EMV-Anforderungen einschließlich spezi‐ eller Prüfverfahren“ berücksichtigt die Belange folgender Fachgrundnormen: Störfestigkeit Norm Titel DIN EN 61000-6-2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Teil 6-2: Fachgrundnormen - Stör‐ festigkeit für Industriebereiche DIN EN 61000-4-2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Teil 4-2: Prüf- und Messverfahren Prüfung der Störfestigkeit gegen die Entladung statischer Elektrizität DIN EN 61000-4-3 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Teil 4-3: Prüf- und Messverfahren Prüfung der Störfestigkeit gegen hochfrequente elektromagnetische Felder DIN EN 61000-4-4 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Teil 4-4: Prüf- und Messverfahren Prüfung der Störfestigkeit gegen schnelle transiente elektrische Störgrößen (Burst) DIN EN 61000-4-5 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Teil 4-5: Prüf- und Messverfahren Prüfung der Störfestigkeit gegen Stoßspannungen (Surge) Störaussendung Norm Titel DIN EN 55011 (IEC/ CISPR 11) Industrielle, wissenschaftliche und medizinische Geräte - Funkstörungen Grenzwerte und Messverfahren DIN EN 55016-2-1 / VDE Anforderungen an Geräte und Einrichtungen sowie Festlegung der Verfahren 0877-16-2-1 zur Messung der hochfrequenten Störaussendung (Funkstörungen) und Stör‐ festigkeit - Teil 2-1: Verfahren zur Messung der hochfrequenten Störaussen‐ dung (Funkstörungen) und Störfestigkeit - Messung der leitungsgeführten Störaussendung Funkentstörung elektrischer Betriebsmittel und Anlagen, Grenzwerte und Messver‐ fahren für Funkstörungen industrieller, wissenschaftlicher und medizinischer Hochfre‐ quenzgeräte (ISN-Geräte). Zum Erlangen der Konformität mit der DIN EN 55016-2-1 / VDE 0877-16-2-1 ist es notwendig, ein Netzfilter einzusetzen. Die SIEB & MEYER-Netzfilter der Serie 011.xx.xx sind besonders für diesen Zweck konstruiert. Um dem Schärfegrad 4 oder höher (nicht gefordert) der DIN EN 61000-4-5 (Störfestig‐ keit gegen Stoßspannungen) gerecht zu werden, ist es notwendig, eine Über- span‐ nungsschutzvorrichtung vorzuschalten. Einzelne Grenzwerte der EMV-Produktnorm und der Fachgrundnormen können voneinander abweichen. 12.5.2 CE-Kennzeichnung Gemäß Artikel 3 der EMV-Richtlinie 2014/30/EU ist die CE-Kennzeichnung wie folgt definiert: EMV-gerechter Geräteaufbau 49 12 W EG/EU-Richtlinien „ ‚CE-Kennzeichnung‘: Kennzeichnung, durch die der Hersteller erklärt, dass das Gerät den anwendbaren Anforderungen genügt, die in den Harmonisierungsrechtsvor‐ schriften der Union über ihre Anbringung festgelegt sind.“ In Artikel 17 der EMV-Richtlinie 2014/30/EU heißt es zur Anbringung der CE-Kenn‐ zeichnung: „(1) Die CE-Kennzeichnung wird gut sichtbar, leserlich und dauerhaft auf dem Gerät oder seiner Datenplakette angebracht. Falls die Art des Geräts dies nicht zulässt oder nicht rechtfertigt, wird sie auf der Verpackung und den Begleitunterlagen angebracht. (2) Die CE-Kennzeichnung ist vor dem Inverkehrbringen des Geräts anzubringen.“ Ob ein Produkt mit dem CE-Zeichen nach der EMV-Richtlinie versehen werden muss, ist in folgender Tabelle dargestellt. Komponente nicht selbständig betreibbar keine Bindung an die EMV-Richtlinie Gerät selbständig betreibbar Störaussendungen Störfestigkeit Die entsprechenden Normen für Industrie, Haushalt, Gewerbe oder Leichtindustrie sind heranzuziehen. Die entsprechenden Normen für Industrie, Haushalt, Gewerbe oder Leichtindustrie sind heran‐ zuziehen. keine Konformitätserklärung Kein CE-Zeichen vergeben! Konformitätserklärung Herstellererklärung notwendig! CE-Zeichen muss vergeben werden. Verkauf nur an Fachleute! Geräte/Komponenten dürfen in Verkehr gebracht werden. Bei allen SIEB & MEYER-Produkten handelt es sich um Komponenten, die nicht selb‐ ständig betreibbar sind (linke Spalte in der Tabelle). SIEB & MEYER-Produkte werden ausschließlich an Fachleute verkauft. Gemäß der EMV-Richtlinie ▶ wird für jedes SIEB & MEYER-Produkt eine Herstellererklärung über die Konfor‐ mität mit der Produktnorm DIN EN 61800-3 vergeben ▶ müssen SIEB & MEYER-Produkte nicht mit einem CE-Zeichen versehen werden. Um unseren Kunden den notwendigen CE-Nachweis zu erleichtern, werden SIEB & MEYER-Produkte trotzdem gemäß der EMV-Richtlinien gefertigt und mit dem CE-Kennzeichen versehen. 12 Allgemeine Prüfung, ob ein Produkt mit dem CE-Kennzeichen versehen werden muss oder nicht: ▶ Prüfen Sie zunächst, ob es sich bei dem Produkt um eine Komponente oder um ein selbständig betreibbares Gerät handelt. ▶ Handelt es sich um ein selbständig betreibbares Gerät, unterscheidet die Richt‐ linie zusätzlich folgende Typen: ─ Gerät ─ System ─ ortsfeste Anlage Gerät Geräte sind alle elektrischen und elektronischen Apparate, Anlagen und Systeme, die elektrische und/oder elektronische Bauteile enthalten. 50 EMV-gerechter Geräteaufbau W EG/EU-Richtlinien System Systeme bestehen aus mehreren, zu einem bestimmten Zweck miteinander verbun‐ denen Geräten, die als eine Funktionseinheit in den Verkehr gebracht werden. Besondere Hinweise: ▶ Systeme müssen die Schutzanforderungen der EMV-Richtlinie erfüllen. ▶ Nach Wahl des Herstellers muss die EU-Konformitätserklärung und CE-Kenn‐ zeichnung für das Gesamtsystem (Systemansatz) oder einzelne Apparate erstellt werden. Ortsfeste Anlage Ortsfeste Anlagen sind eine Kombination von Geräten und/oder Bauteilen, die an einem vorbestimmten Ort und in einem gegebenem Umfeld zu einem bestimmten Zweck auf Dauer betrieben werden. Besondere Hinweise: ▶ Ortsfeste Anlagen müssen die grundlegenden Schutzanforderungen der EMVRichtlinie einhalten. ▶ Ortsfeste Anlagen benötigen keine formelle Konformitätsbewertungsverfahren mit CE-Kennzeichnung und Konformitätserklärung. ▶ Die Einhaltung der Schutzanforderungen kann bei Anlagen vermutet werden, wenn ─ für jedes eingebaute Gerät, System und Bauteil die CE-Kennzeichnung ange‐ bracht wurde oder ─ eine Herstellererklärung vorliegt und ─ alle erforderlichen Schutzmaßnahmen eingebaut sind (z. B. Filter, Abschir‐ mungen, usw.). ▶ Die Anlage darf nur durch fachkundiges Personal installiert werden, es reicht die Errichtung nach „guter Ingenieurpraxis“. ▶ Beachten Sie die Installations- und Montagevorschriften aller Hersteller. ▶ Beachten Sie zusätzliche Hinweise und Verordnungen des Landes, in dem die Anlage installiert werden soll. Für ortsfeste Anlagen und Systeme, in denen sich SIEB & MEYER-Produkte befinden, gelten die Schutzanforderungen der EMVProduktnorm DIN EN 61800-3. 12.6 EMV-Produktnorm DIN EN 61800-3 für PDS Die Produktnorm DIN EN 61800-3 ist seit dem 08.07.1996 in Kraft. Diese Norm ist verbindlich für alle Antriebssysteme von SIEB & MEYER. Die Norm definiert die EMVMinimalanforderungen für elektrische Antriebssysteme (engl. PDS = Power Drive Systems): ▶ Die Grenzwerte und Prüfvorschriften sind praxisgerecht und dadurch realistischer durchführbar. ▶ Zur Anpassung an die unterschiedlichen Einsatzbedingungen wurde zudem ein großer Spielraum für Absprachen zwischen Lieferanten und Anwendern geschaffen. ▶ Die Klassifizierung in unterschiedliche „Erhältlichkeit“ und „Umgebungen“ entspricht früheren Richtlinien. Die meisten SIEB & MEYER-Produkte dienen zum Antrieb verschiedener Maschinen und verwenden dafür getaktete Leistungsteile. Sie sind deshalb „Power Drive Systems“ (PDS) im Sinne der Norm DIN EN 61800-3. Eine physikalisch bedingte Eigenart jeder Elektronik mit getakteten Leistungsteilen ist die Erzeugung hochfrequenter Energie als Nebenprodukt. Durch entsprechende Konstruktion, Abschirmung und Filterung wird eine Abstrahlung dieser Hochfrequenz EMV-gerechter Geräteaufbau 51 12 EG/EU-Richtlinien W soweit unterbunden, dass im praktischen Einsatz keine Störung fremder Elektronik eintritt (sofern diese Geräte ihrerseits den EG-Vorschriften entsprechen). SIEB & MEYER-Produkte erfüllen diese Forderung im Normalfall ohne zusätzliche Entstörmaßnahmen für den Einsatz in industrieller Umgebung. Bei bestimmungsge‐ mäßem Einsatz sind die Geräte also konform mit der EMV-Richtlinie 2014/30/EU im Sinne der DIN EN 61800-3. Für den Einsatz in Wohngebieten und den Betrieb an Stromversorgungsanlagen, die auch Haushalte versorgen, sind strengere Anforderungen vorgesehen. Hierfür müssen geeignete Filter und andere Schutzmittel eingesetzt werden. Wird auf diese Mittel oder die vorgeschriebenen Abschirmungen verzichtet oder das Gerät nicht bestimmungsge‐ recht verwendet, muss mit erhöhter HF-Abstrahlung gerechnet werden. Entspre‐ chendes gilt für die hochfrequente Einstrahlung. SIEB & MEYER hat auf die Maßnahmen und auf die Art der Anwendung keinen Einfluss. Das berücksichtigt die DIN EN 61800-3 in Abschnitt 6.3.2. Dort wird festge‐ stellt, dass die Prüfung isolierter Komponenten eines größeren Antriebssystems ohne Aussagekraft ist. Die elektromagnetische Verträglichkeit (Abstrahlung) ist weitgehend von äußeren Einflüssen abhängig (z. B. Kabellängen, Führung der Kabel, Netz- und Erdungsverhältnisse). Der Gesetzgeber hat deshalb auf die CE-Kennzeichnung nach EMV-Richtlinie durch den (Einzel-)Gerätehersteller verzichtet. Für den Nachweis der CE-Konformität ist der Maschinenhersteller zuständig. Für diesen Fall ist die Möglichkeit einer Prüfung vor Ort vorgesehen – also beim Maschinenhersteller oder am Einsatzort. Im Bereich der Industrieumgebung wird ein Teil dieser Prüfungen (feldgebundene Abstrahlung im UKW-Bereich) nur im Ausnah‐ mefall gefordert. SIEB & MEYER empfiehlt, die Einsatzumgebung eines Produkts bereits frühzeitig zu berücksichtigen. ▶ Durch Festlegung der Entstörmittel und Prüfkriterien können unnötige Kosten für Filter, Abschirmmittel, usw. vermieden werden. ▶ Unmittelbar nach Fertigstellung des Gerätes werden bereits alle Größen auf EUKonformität geprüft, die von der späteren Installation unabhängig sind. Eine Bescheinigung wird bei der Auslieferung beigefügt. Das sind z. B. Prüfungen der ─ Störfestigkeit gegen Entladung statischer Elektrizität ─ Störfestigkeit gegen schnelle transiente Störgrößen ─ Auf Wunsch auch Störfestigkeit gegen Stoßspannungen (Surge). ▶ Die übrigen Störgrößen werden in Verbindung mit einem Prüfdummy geprüft (siehe Abschnitt 11.1 „Prüfdummy“, S. 46). Dazu gehören z. B. folgende Prüf‐ ungen: ─ Messung der Störfestigkeit gegen Einwirkung gestrahlter Störgrößen ─ Messung der Funkstörspannung an Netzanschlussleitungen ─ Messung der Funkstörfeldstärke Anmerkung: Bei Bedarf führt SIEB & MEYER die Messung der drei letztgenannten Größen vor Ort durch (in der Maschinenfabrik oder beim Anwender). SIEB & MEYER bescheinigt Ihnen dann die volle EU-Konformität Ihrer Maschine. 12 52 EMV-gerechter Geräteaufbau W 13 EMV-Produktnorm (Auszüge) EMV-Produktnorm (Auszüge) Die EMV-Produktnorm DIN EN 61800-3 ersetzt alle SIEB & MEYER-Produkte betreff‐ enden, vorher angewandten EMV-Fachgrundnormen. 13.1 Begriffe Erste Umgebung Umgebung, in der sich Wohnbezirke befinden; in dieser Umgebung befinden sich auch Einrichtungen, die ohne Zwischentransformator direkt an das Niederspannungsversor‐ gungsnetz angeschlossen sind, das Gebäude versorgt, die für Wohnzwecke genutzt werden (Haushalte). Beispiele für Orte der ersten Umgebung sind Häuser, Wohnungen, Geschäfte oder Büros in Wohngebäuden. Zweite Umgebung Umgebung, in der sich alle anderen Einrichtungen befinden, die nicht direkt an ein Niederspannungsversorgungsnetz angeschlossen sind (z. B. Industrie), das Gebäude versorgt, die für Wohnzwecke genutzt werden. Beispiele für Orte der zweiten Umgebung sind Industriegebiete und technische Bereiche von Gebäuden, die von einem zugeordneten Transformator gespeist werden. PDS (Power Drive System = elektrischer Antrieb) der Kategorie C1 PDS mit einer Bemessungsspannung kleiner 1000 V, das für den Einsatz in der ersten Umgebung vorgesehen ist. PDS der Kategorie C2 PDS mit einer Bemessungsspannung kleiner als 1000 V, das weder ein Steckergerät noch eine bewegbare Einrichtung ist und das, wenn es in der ersten Umgebung einge‐ setzt wird, nur für die Errichtung und Inbetriebnahme durch einen Fachmann vorge‐ sehen ist. Ein Fachmann ist eine Person oder eine Organisation mit der erforderlichen Erfahrung für die Errichtung und/oder Inbetriebnahme von Antriebssystemen einschließlich ihrer EMV-Aspekte. 13 PDS der Kategorie C3 PDS mit einer Bemessungsspannung kleiner als 1000 V, das für den Einsatz in der zweiten Umgebung und nicht für den Einsatz in der ersten Umgebung vorgesehen ist. EMV-gerechter Geräteaufbau 53 EMV-Produktnorm (Auszüge) W Die von SIEB & MEYER entwickelten elektronischen Antriebssysteme (PDS) sind gemäß DIN EN 61800-3 für die Verwendung in industriellen Einrich‐ tungen, die nicht direkt an ein Niederspannungsnetz für die Versorgung von Gebäuden in Wohngebieten angeschlossen sind (auch zweite Umgebung genannt, Kategorie C3), vorgesehen. Produkte dieser Art sind nur einge‐ schränkt erhältlich. Da es sich bei den meisten SIEB & MEYER-Produkten (außer Einspeise‐ technik) um elektronische Betriebssysteme handelt, die zum Betrieb von Motoren, elektrischen Lasten und zur Installation in eine Maschine oder Teil einer ortsfesten Anlage vorgesehen sind, müssen die Sicherheitsaspekte der Maschinenrichtlinie (Maschinenrichtlinie 2006/42/EG) beachtet werden. Bei Änderungen am Gerät sowohl an der Mechanik als auch an der Elektronik erlischt die EG-Richtlinienkonformität und somit die CE-Kennzeichnung. 13.2 Auszüge und Erläuterungen Die folgenden Auszüge und die Nummerierung sind der Produktnorm DIN EN 61800-3 entnommen. Auszug aus Artikel 1: Anwendungsbereich und Zweck „Als EMV-Produktnorm für PDS hat diese Norm Vorrang vor allen Aspekten der Fach‐ grundnormen, und es sind keine zusätzlichen EMV-Prüfungen gefordert oder notwendig. Falls ein PDS Bestandteil einer Einrichtung ist, für die eine gesonderte EMV-Produktnorm zutrifft, gilt die EMV-Norm der voll- ständigen Einrichtung.“ Während der Überprüfung auf elektromagnetische Verträglichkeit wird zwischen Anfor‐ derungen gegenüber der Störfestigkeit und gegenüber der Störaussendung unter‐ schieden. In den (vom EMV-Gesetz geforderten) Prüfungen auf Störfestigkeit wird unter anderem die Störfestigkeit auf elektromagnetische Felder geprüft (30 MHz bis 1 GHz). Dieser Test darf nur in geschlossenen Absorberhallen durchgeführt werden. Da es teilweise unmöglich ist, große und schwere Anlagen oder Geräte in solchen Hallen praxisgerecht aufzubauen und zu testen, enthält die Norm folgende Anmer‐ kung. Auszug aus 5.3.3.1: Allgemeine Anforderungen „Für ein PDS, das aufgrund der Größe, der Stromstärke, der Nennleistung oder anderen wirtschaftlichen und/oder praktischen Gründen nicht im Prüflabor in Betrieb genommen werden kann, sind Prüfungen in Beratung. Wenn in unmittelbarer Nähe des PDS Funksprechgeräte, schnurlose Telefone oder andere Funkübertragungssys‐ teme betrieben werden, kann die o. g. Prüfung durch den sogenannten ’Walkie Talkie Test’ (WTT) ersetzt werden. Der WTT ist eine Prüfung in Abtasttechnik, bei der die Gehäuseoberfläche des PDS mit dem Prüfsignal beaufschlagt wird.“ 13 Sobald eine der untenstehenden Bedingungen erfüllt ist, braucht das PDS nicht nach IC 1000-4-6 (Störfestigkeit gegen HF-Einkopplung) geprüft werden: ▶ Bemessungsspannungen ≥500 V ▶ Bemessungsstrom ≥200 A ▶ CDM (= Complete Drive Module) mit einem Gewicht ≥200 kg ▶ Einheitenhöhe ≥1,9 m Elektromotorengewicht ≥500 kg 54 EMV-gerechter Geräteaufbau W EMV-Produktnorm (Auszüge) Auszug aus Anhang A.4.2 „Rundfunksender werden in einigen Teilen der Welt, insbesondere in Europa, in einem weiten Frequenzbereich bis hinab zu 150 kHz genutzt. Anderseits benutzen tragbare Sender, wie Walkie-Talkies, CB-Radios und tragbare Telefone, Frequenzen oberhalb von etwa 27 MHz.“ Erfahrungen haben gezeigt, dass Rundfunksender in der Regel ein PDS nicht stören. Walkie-Talkies und ähnliche Geräte verursachen wahrscheinlich wesentlich häufiger Probleme. Walkie-Talkies arbeiten zwar mit kleinerer Leistung, können aber höhere Signalfeldstärken in Antriebssysteme einkoppeln, da sie in geringerem Abstand benutzt werden. Ähnlich wird auch die Überprüfung auf Störaussendung gehandhabt. Dort werden zwar Grenzwerte vorgegebenen, aber nach Absprache mit dem Kunden dürfen Abwei‐ chungen vorkommen. In diesem Zusammenhang gelten folgende Teile der Norm. Auszug aus 6.2.2: Störaussendungsgrenzwerte im hochfrequenten Bereich „Viele Antriebe arbeiten auch ohne Filtermaßnahmen vorschriftsmäßig in industrieller Umgebung und stören keine anderen Betriebsmittel oder Einrichtungen; d.h. sie sind elektromagnetisch verträglich. Sowohl für geleitete als auch für gestrahlte Störaussen‐ dungen gilt deshalb das Prinzip, dass die Störaussendungsgrenzwerte um so strenger sind, je höher die Wahrscheinlichkeit einer Störung ist.“ Auszug aus 6.1.3: Elektromagnetische Störaussendung der Leistungsschnittstellen „Ein elektrischer Antrieb, welcher nur eingeschränkt erhältlich ist, und der in einer Umgebung der ersten Art eingesetzt wird, darf nicht mit ungeschirmten Leistungs‐ schnittstellenkabeln (Verbindungskabel zwischen Antriebsgrundeinheit/Antriebs‐ system) länger als 2 m betrieben werden.“ Folgender Auszug aus der Norm beschreibt, welche technischen und wirtschaftlichen Auswirkungen Filtermaßnahmen auf Motorleitungen haben können. Auszug aus 6.3.2: Zweite Umgebung „Viele elektrische Antriebe arbeiten auch ohne Filtermaßnahmen, insbesondere in industriellen Umgebungen, einwandfrei, ohne andere elektrische Einrichtungen oder Geräte im Betrieb zu stören. Filtermaßnahmen, welche in der Lage sind, die Störaus‐ sendung herabzusetzen, verringern gleichzeitig aber auch den Wirkungsgrad der elekt‐ rischen Antriebe, erhöhen das Gehäusevolumen und die Kosten. Gerade die letzt genannten Gründe erfordern eine sehr sorgfältige Ermittlung von Grenzwerten. Beispielsweise können elektrische Antriebe mit veränderbaren Drehzahlen zur Wirkungsgraderhöhung einer Anlage eingesetzt werden, die vorher nur mit Antrieben konstanter Drehzahl ausgestattet war. Dies setzt voraus, dass die elektromagnetische Verträglichkeit in der entsprechenden Umgebung sichergestellt wurde.“ Folgender Auszug beschreibt, warum Messungen an Komponenten und am Aufstel‐ lungsort nicht nötig sind. Auszug aus 6.3.2: Zweite Umgebung „Störaussendungsmessungen an einzelnen Komponenten eines Antriebssystems oder an einer Antriebsgrundeinheit sind ohne Aussagekraft. Deshalb sind Komponenten‐ messungen in einem Prüflabor nicht gefordert. Messungen am Aufstellungsort müssen nur im Falle von Beschwerden oder in Streit‐ fällen, um beeinflusste Geräte außerhalb der Anlagen, durchgeführt werden.“ Eine interessante Bemerkung zu Messungen am Einsatzort. In diesem Zusammenhang gilt der folgende Auszug. EMV-gerechter Geräteaufbau 55 13 W EMV-Produktnorm (Auszüge) Auszug aus A.5.2.2.6: Messungen am Einsatzort „Messungen am Einsatzort sind nicht gleichermaßen reproduzierbar wie Prüfungen über Laborbedingungen. Deshalb muss kritisch bewertet wer- den, ob Ergebnisse von Messungen am Einsatzort auf speziellen Anlagen dazu verwendet werden können, um die generelle Einhaltung von Normen, für ein in großen Mengen hergestelltes Produkt, vorauszusagen. Ein Ansatz hierzu ist in den USA zu finden und stammt aus einer Zeit, als Prüfungen noch nicht unter Laborbedingungen durchgeführt wurden. Er besagt, dass Messungen vor Ort an den ersten drei Einsatzorten einer Anlage nach der Installation durchgeführt werden. Wenn eine Anlage in allen drei Fällen die Grenzwerte einhält, so kann diese Aussage künftig verallgemeinert werden.“ Auf Erfahrungen mit elektrischen Antrieben großer Leistung, wie sie auch von SIEB & MEYER produziert werden, geht die Norm im Anhang ein. Auszug aus A.5.3: Erfahrungen mit Antrieben großer Leistung „Hochleistungskomponenten, die für den Einsatz in Umgebungen der zwei- ten Art vorgesehen sind, müssen nicht im Prüflabor geprüft werden, da es Teile einer Anlage sind und einzeln verkauft werden. In der Praxis bedeutet dies, dass für den Verkauf dieser Komponenten die Einhaltung von Funk- störgrenzwerten nicht erforderlich ist. Die Ursprünge dieses Ansatzes können bis in das frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgt werden. Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass gemäß dem Stand langjähriger Erfahrung für Komponenten, die getrennt verkauft und innerhalb eines Systems oder einer großen Anlage miteinander kombiniert werden, keine Funkstörgrenzwerte gefordert und somit diesbezüglich auch keine Messungen in Prüflabors erforderlich sind.“ Auch Problemlösungen bei eventuellen Störungen am Aufstellungsort sind in dieser Norm geregelt. SIEB & MEYER liefert bereits seit mehreren Jahren Beschreibungen für die EMV-gerechte Installation. Jeder Kunde ist somit in der Lage, korrekte EMVPlanungen durchzuführen. In diesem Zusammenhang gelten folgende Abschnitte der Norm. Auszug aus 6.3.2.1: Elektrische Antriebe, die allgemein erhältlich sind „Der Hersteller muss einen Leitfaden für die Installation und den Einsatz des Gerätes einschließlich Verwendung empfohlener Entstörbauelemente beibringen. Der Weiter‐ verwender ist für die Einhaltung der Herstellerempfehlung voll verantwortlich.“ Auszug aus 6.3.2.2: Elektrische Antriebe, die eingeschränkt erhältlich sind 13 „Der Weiterverwender hat eine EMV-Planung durchgeführt. Der Hersteller muss Infor‐ mationen über die zu erwartende Höhe der Störaussendungen bereithalten. Falls zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen erforderlich sind, müssen der Nutzer und der Hersteller eine der tatsächlich vorliegenden Umgebung angepasste Lösung festlegen.“ Auszug aus Anhang D.1.2.2: Industrienetz „Probleme werden gewöhnlich durch Befolgung der Einbauhinweise (Installationsricht‐ linien) vermieden, welche zusätzlich eine räumliche Trennung von Signal- und Leis‐ tungskabeln umfassen. Wenn das noch nicht genügt, sollte entweder die Störfestigkeit des betroffenen Gerätes erhöht oder die Störaussendung des PDS vermindert wer- den. Die Wahl der Lösung ist von der Wirtschaftlichkeit abhängig.“ 56 EMV-gerechter Geräteaufbau W EMV-Produktnorm (Auszüge) D.h. , dass SIEB & MEYER dem Kunden eine ausgiebige Information bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit aller Produkte gibt und ihn über mögliche Entstör‐ mittel berät, um Probleme und unnötige Servicekosten zu vermeiden. Die Problembeseitigung an der Störquelle muss nicht immer die wirtschaftlichste und vernünftigste sein. Bei Betrachtung des gesamten Systems lassen sich weitaus bessere Lösungen finden. In diesem Zusammenhang gilt der folgende Abschnitt der Norm. Anhang D.1.2.2: Industrienetz „Es können Probleme auftreten, wenn ein unentstörtes PDS in unmittelbarer Nähe von sehr empfindlichen Geräten eingesetzt wird. Ein PDS ist einerseits nicht die denkbare Störquelle, anderseits befinden sich empfindliche Geräte auf viel kleinerem Leistungs‐ niveau als ein PDS in einer Anlage. Deshalb stellt wahrscheinlich die Störfestigkeitser‐ höhung eines empfindlichen Gerätes die wirtschaftlich günstigere Lösung im Vergleich zu Funkentstörmaßnahmen am PDS dar.“ Auf die Frage, ob ein Netzfilter verwendet werden soll oder nicht, wird ebenfalls im Anhang der Norm eingegangen. Auszug aus Anhang D.1.2.2: „Wenn ein abgeschirmtes oder armiertes Motorkabel für die Verbindung zwischen dem Antriebssystem oder der Antriebsgrundeinheit und dem Motor verwendet wird, ohne dass Filtermaßnahmen am Eingang des Antriebssystems vorhanden sind, wird die Kopplung vom Motorkabel zwar geringer werden, aber die Leitungsstörungen in dem Versorgungsnetz werden sich wegen der Kapazität des abgeschirmten Kabels erhöhen. Für diesen Fall sollte deshalb ein Filter am Netzeingang des Antriebssystems vorgesehen werden. Eine zusätzliche Verkürzung des Motorkabels wird im allge‐ meinen dazu beitragen, die feldgebundene Störaussendung von diesem Kabel zu mindern.“ 13 EMV-gerechter Geräteaufbau 57 EMV-Produktnorm (Auszüge) W 13 58 EMV-gerechter Geräteaufbau W Anschluss an verschiedene Netzformen 14 Anschluss an verschiedene Netzformen 14.1 Beschreibung der verschiedenen Netzformen Der Begriff Netzform ist ein Sammelbegriff für die verschiedenen Arten der Erdverbin‐ dung in einem Verteilersystem in der Elektrotechnik. Nach der Art der Erdverbindung unterscheidet man: ▶ TN-Netze ▶ TT-Netze ▶ IT-Netze 14.1.1 TN-Netz (frz. Terre Neutre) Wie in einem TT-Netz ist der Sternpunkt des speisenden Transformators in einem TNNetz direkt geerdet. Im Unterschied zu einem TT-Netz sind die Gehäuse der zu schützenden Betriebsmittel nicht direkt, sondern über den Schutz- oder den PENLeiter mit dem geerdetem Punkt verbunden. Außerdem wird in einem TN-Netz eine Nullung an diesem Sternpunkt durchgeführt. Je nach Ausführung des Schutzleiters unterscheidet man folgende Arten von TNNetzen: ▶ TN-C-Netz ▶ TN-S-Netz ▶ TN-C-S-Netz 14.1.1.1 TN-C-Netz (frz. Terre Neutre Combiné) In einem TN-C-Netz wird ein PEN-Leiter als kombinierter Neutralleiter (N) und Schutz‐ leiter (PE) eingesetzt. Weil über einen Neutralleiter bei ungleichmäßiger Belastung der Außenleiter Strom fließt, besteht zwischen den an einen PEN-Leiter angeschlossenen leitfähigen Gehäusen von Betriebsmitteln und der Erde in der Regel eine Spannung, die sich nach dem ohmschen Gesetz aus dem Widerstand des Leiters ergibt. Wenn ein PEN-Leiter in einer Installation unterbrochen wird, liegt an den leitfähigen Gehäusen der nach der Unterbrechungsstelle angeschlossenen Geräte – bedingt durch die Verbindung vom Außenleiter zum PEN-Leiter im Gerät – die volle Außenleiterspannung gegen Erde an, also bis zu 230 V. Ein TN-C-Netz in Haushalten, wie vor Jahrzehnten noch häufig installiert, stellt deshalb eine Gefahr für Leib und Leben dar. Es ist nur noch zulässig bei Leitern mit einem Querschnitt von mindestens 10 mm² Kupfer oder 16 mm² Aluminium. Die Beschränkung wurde festgelegt, um die Wahr‐ scheinlichkeit eines unterbrochenen PEN-Leiters gering zu halten. 14.1.1.2 TN-S-Netz (frz. Terre Neutre Séparé) In einem TN-S-Netz werden Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) vom Transformator bis zu den Betriebsmitteln als separate Leitungen geführt. EMV-gerechter Geräteaufbau 59 14 W Anschluss an verschiedene Netzformen Ein TN-S-Netz ist sicherer als andere TN-Netze. Die Probleme, die dort aus einem unterbrochenen PEN-Leiter resultieren können, treten hier nicht auf, die Schutzmaß‐ nahme ist immer gewährleistet. Der Einsatz ist jedoch nicht sehr häufig und erfolgt vorwiegend in größeren gewerblichen Anlagen, die üblicherweise mit Mittelspannung versorgt werden und mit eigenen Transformatoren ausgestattet sind. Auch ältere Stadt- und Vorstadthäuser in Großbritannien werden häufig per TN-S-Netz versorgt. 14.1.1.3 TN-C-S-Netz (frz. Terre Neutre Combiné Séparé) Wie in einem TN-C-Netz wird ein PEN-Leiter als gemeinsamer Neutraleiter (N) und Schutzleiter (PE) eingesetzt. An der Stelle, an der der geforderte Mindestquerschnitt des PEN-Leiters unter 10 mm² liegt, werden Neutral- und Schutzleiter in getrennte Leitungen aufgeteilt. Im weiteren Leitungsverlauf werden sie separat geführt und dürfen nicht mehr zusammengeführt werden. 14.1.1.4 Erdung in TN-Netzen Beim möglichen Erdschluss eines Außenleiters können andere Leiter wie PEN- und PE-Leiter eine Spannung gegen Erde annehmen, welche die zulässige Berührungs‐ spannung von 50 V übersteigt. Um diese Spannungsüberhöhung zu verhindern, wird durch mehrere Erder, also Betriebserder (RB) am Netztransformator und Anlagenerder (RA) in den Verbraucheranlagen, der Gesamterdungswiderstand im Niederspannungs‐ netz verkleinert. Alle Erder bilden zusammen eine Parallelschaltung. 14.1.2 TT-Netz (frz. Terre Terre) Wie in einem TN-Netz ist bei einem TT-Netz der Sternpunkt des einspeisenden Trans‐ formators direkt geerdet. Der an die elektrisch leitfähigen Gehäuse andere Betriebs‐ mittel angeschlossene Schutzleiter wird allerdings nicht bis an diesen Sternpunkt geführt, sondern separat geerdet. 14.1.2.1 Erdung in TT-Netzen Die erforderlichen Erdübergangswiderstände sind sehr niedrig und nur schwer zu errei‐ chen. Meist gibt es für diesen Aufwand keinen Grund. Bei der Bahn muss man ihn oft betreiben, um Rückwirkungen vom 16,7-Hz-Netz auf das 50-Hz-Netz zu vermeiden. Die Schutzmaßnahme Schutzerdung ist problematisch, da zum schnellen Ansprechen der Überstromschutzeinrichtung sehr hohe Ströme nötig sind, wofür wiederum nied‐ rigste Erdungswiderstände benötigt werden. Will man stärkere Stromkreise haben, so muss man auf die Fehlerstromschutzschaltung zurückgreifen. Auch bei der Fehler‐ stromschutzschaltung ist die Auslösestromstärke von den Erdungsbedingungen abhängig. Das TT-Netz wird in Deutschland nur noch selten verwendet, hauptsächlich in ländlichen Gebieten. 14 14.1.3 IT-Netz (frz. Isolé Terre) Wie in einem TT-Netz oder TN-Netz sind in einem IT-Netz die leitfähigen Gehäuse der Betriebsmittel geerdet, der Sternpunkt des einspeisenden Transformators jedoch nicht. Das IT-Netz bietet eine erhöhte Ausfallsicherheit bei Fehlern der Isolation. Ein erster Isolationsfehler zwischen einem Außenleiter und einem leitfähigen Gehäuse oder der Erde stellt eine Erdung dieses Leiters dar. Es besteht dann weiterhin weder 60 EMV-gerechter Geräteaufbau W Anschluss an verschiedene Netzformen eine gefährliche Berührungsspannung zwischen leitfähigen Gehäusen und der Erde, noch ein über die Erde geschlossener Stromkreis zum Transformator. Da der erste Fehler keine schädlichen Auswirkungen hat, muss auch noch nicht abgeschaltet werden. Die Isolation der Außenleiter und des Neutralleiters gegen Erde wird ständig durch ein Isolationsüberwachungsgerät (umgangssprachlich auch „Iso-Wächter“ genannt) gemessen, das Fehler meldet. Ein festgestellter Fehler muss umgehend behoben werden, weil ein Isolationsfehler eines zweiten Leiters einen Kurzschluss darstellt, der zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung und damit zum sofortigen Abschalten führt. Man setzt diese Art der Erdverbindung zum Beispiel in Operationssälen von Kranken‐ häusern ein, wo das Abschalten eines Stromkreises unmittelbare Lebensgefahr für den Patienten bedeuten kann. Triebfahrzeuge der Deutsche Bahn AG arbeiten ebenfalls mit einem IT-Netz, damit die Zugfahrt bei einem Isolationsfehler noch beendet werden kann. Eine weitere Anwendung stellt die Energieversorgung in explosionsgefährdeten Bereichen, beispielsweise dem untertägigen Steinkohlenbergbau dar. Hier werden, „beginnende“ Erdschlüsse angezeigt, in Abhängigkeit des Widerstandswertes dann jedoch abgeschaltet, bevor ein zweiter Erdschuss zum Kurzschluss, und somit zur Bildung eines Lichtbogens führen würde 14.1.3.1 Grenzen des IT-Netzes Die Grenzen des IT-Netzes sollen an folgendem Beispiel erläutert werden. Tritt in einem System ein Fehler auf, geht man davon aus, dass die betroffene Person durch die Isolation des Sternpunktes nicht von einem Strom durchflossen wird. Ein erster Fehler wäre also absolut ungefährlich. Bei genauerer Betrachtung stellt man jedoch fest, dass ein Stromfluss zustande kommt. Berührt die Person nämlich z. B. Außenleiter L1, stellt sie einen ohmschen Widerstand von 1K Ohm zur Erde her. Gleichzeitig stellen aber die Außenleiter L2 und L3 auch kleine Kapazitäten zur Erde dar. Es entsteht also ein geschlossener Strom‐ kreis von L1, über die Person, über die Erde, zurück über die Kapazität der Erde zu L2 und L3. Je größer die Kapazität von L2 und L3 zur Erde ist, desto größer wird auch der Strom. In diesem Fall heißt dies: Je Länger die Leitung wird, desto größer auch die Kapazität und damit der Stromfluss. Genau hier liegt die Grenze des IT-Netzes: Ist die Netzgröße sehr klein, dann sind auch die Kapazitäten der Außenleiter zur Erde so klein, dass ein 1. Fehler gefahrlos ist. Würde man das Netz z. B. auf mehrere hundert Meter ausdehnen, kann die Kapa‐ zität der Außenleiter zur Erde so groß werden, dass gefährliche Ströme entstehen. 14.2 Allgemeine Hinweise für den Anschluss Beachten Sie folgende Punkte beim Anschluss der SIEB & MEYER-Geräte an das Versorgungsnetz: ▶ Die Netzform sollte ein TN- oder TT-Netz sein. ▶ Beachten Sie die maximale Phase/Phase-Anschlussspannung der SIEB & MEYER-Geräte. Berücksichtigen Sie die technische Daten des Produktes. Setzen Sie gegebenenfalls einen Spar- bzw. Trenntransformator ein. ▶ Bei IT-Netzen oder asymmetrisch geerdeten Versorgungsnetzen muss ein Trenn‐ transformator mit sekundär geerdetem Sternpunkt eingesetzt werden. EMV-gerechter Geräteaufbau 61 14 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.3 Dreiphasiger Anschluss 14.3.1 Direkter Anschluss an TN-/TT-Netze ohne Spartransformator 14.3.1.1 TN-Netz GEFAHR Gefahr durch fehlerhafte Verdrahtung der Anschlussspannung Eine fehlerhafte Verdrahtung eines Gerätes an die Anschlussspannung kann gefährliche Spannungen und Ströme verursachen und damit zu Verletzungen von Personen und Beschädigung eines Gerätes führen. Achten Sie auf die maximale Phase/Phase-Anschlussspannung des anzuschließ‐ enden Gerätes (siehe technische Daten). Abb. 26: Direkter dreiphasiger Anschluss an TN-Netz (ohne Spartransformator) 14.3.1.2 TT-Netz GEFAHR Gefahr durch fehlerhafte Verdrahtung der Anschlussspannung Eine fehlerhafte Verdrahtung eines Gerätes an die Anschlussspannung kann gefährliche Spannungen und Ströme verursachen und damit zu Verletzungen von Personen und Beschädigung eines Gerätes führen. Achten Sie auf die maximale Phase/Phase-Anschlussspannung des anzuschließ‐ enden Gerätes (siehe technische Daten). 14 62 EMV-gerechter Geräteaufbau W Anschluss an verschiedene Netzformen Abb. 27: Direkter dreiphasiger Anschluss an TT-Netz (ohne Spartransformator ) 14.3.2 Anschluss an TN-/TT-Netze mit Spartransformator Die Anschlussspannung des SIEB & MEYER-Gerätes ist geringer als die Versorgungs‐ netzspannung. GEFAHR Gefahr durch fehlerhafte Verdrahtung der Anschlussspannung Eine fehlerhafte Verdrahtung eines Gerätes an die Anschlussspannung kann gefährliche Spannungen und Ströme verursachen und damit zu Verletzungen von Personen und Beschädigung eines Gerätes führen. Achten Sie auf die maximale Phase/Phase-Anschlussspannung des anzuschließ‐ enden Gerätes (siehe technische Daten). 14.3.2.1 TT-Netz 14 Abb. 28: Dreiphasiger Anschluss an TT-Netz mit Spartransformator EMV-gerechter Geräteaufbau 63 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.3.2.2 TN-Netz Abb. 29: Dreiphasiger Anschluss an TN-Netz mit Spartransformator 14.3.3 Anschluss an ungeerdete/asymm. geerdete Netze mit Trenntransformator ACHTUNG Beschädigung von Geräten Um Schäden am Gerät zu vermeiden, dürfen SIEB & MEYER-Geräte bei bestimmten Netzformen nicht direkt an ungeerdete/asymmetrisch geerdete Netze angeschlossen werden, sondern generell über einen Trenntransformator. Bei folgenden Netzformen muss das Gerät generell über einen Trenntransformator angeschlossen werden: ▶ IT-Netze mit Sternpunkt ▶ asymmetrisch geerdete Netze mit Sternpunkt ▶ IT-Delta-Netze Berücksichtigen Sie bei der Wahl des Trenntransformators die maximalen Anschlusswerte des SIEB & MEYER-Gerätes. Für die Wicklung des Trenntransformators auf der Primärseite sollte stets die Deltaform der Sternform vorgezogen werden. 14 64 EMV-gerechter Geräteaufbau W 14.3.3.1 Anschluss an verschiedene Netzformen Asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt Abb. 30: Direkter Anschluss an asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt (mit Trenntransformator) 14.3.3.2 IT-Delta-Netz Abb. 31: Direkter Anschluss an IT-Delta-Netz (mit Trenntransformator) 14.3.3.3 Asymmetrisch geerdetes Delta-Netz Abb. 32: Direkter Anschluss an asymmetrisch geerdetes Delta-Netz (mit Trenntransformator) 14.3.3.4 IT-Netz mit Sternpunkt 14 Abb. 33: Direkter Anschluss an IT-Netz mit Sternpunkt (mit Trenntransformator) EMV-gerechter Geräteaufbau 65 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.3.4 Anschluss an ungeerdete/asymm. geerdete Netze ohne Trenntransformator Die in diesem Kapitel dargestellten Anschlussformen wurden aus Gründen der Vollständigkeit in dieses Handbuch aufgenommen. Da bei diesen Anschlussformen ein störungssicherer Betrieb des SIEB & MEYER-Gerätes nicht gewährleistet ist, empfiehlt SIEB & MEYER, andere Netzformen zu verwenden. Sollten Sie dennoch eine der unten dargestellten Anschlussformen verwenden, darf die maximale Phase/Phase-Anschlussspannung des SIEB & MEYER-Gerätes nicht überschritten werden. Beachten Sie die tech‐ nischen Daten. ACHTUNG Beschädigung von Geräten Um Schäden am Gerät zu vermeiden, dürfen SIEB & MEYER-Geräte bei bestimmten Netzformen nicht direkt an ungeerdete/asymmetrisch geerdete Netze angeschlossen werden, sondern generell über einen Trenntransformator. Bei folgenden Netzformen muss das Gerät generell über einen Trenntransformator angeschlossen werden: ▶ IT-Netze mit Sternpunkt ▶ asymmetrisch geerdete Netze mit Sternpunkt ▶ IT-Delta-Netze Berücksichtigen Sie bei der Wahl des Trenntransformators die maximalen Anschlusswerte des SIEB & MEYER-Gerätes. Für die Wicklung des Trenntransformators auf der Primärseite sollte stets die Deltaform der Sternform vorgezogen werden. 14 66 EMV-gerechter Geräteaufbau W 14.3.4.1 Anschluss an verschiedene Netzformen Asymmetrisch geerdetes Delta-Netz (ohne Trenntransformator) 14 Abb. 34: Direkter dreiphasiger Anschluss an asymmetrisch geerdetes Delta-Netz (ohne Trenntransformator) EMV-gerechter Geräteaufbau 67 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.4 Einphasiger Anschluss 14.4.1 Direkter Anschluss an TN-S/TN-C-/TN-/TT-Netze GEFAHR Hohe Spannungen und Ströme Bei fehlerhafter Verdrahtung der in diesem Kapitel dargestellten Anschlussbei‐ spiele können gefährliche Spannungen und Ströme auftreten, die Verletzungen von Personen und Schäden am Gerät verursachen können. Die Anschlussspannung des SIEB & MEYER-Gerätes ist gleich der Versorgungs‐ netzspannung. Beachten Sie bei den in diesem Kapitel beschriebenen Anschlussformen unbe‐ dingt die maximale Phase-/Neutraleiter-Anschlusspannung des SIEB & MEYERGerätes. Berücksichtigen Sie die technischen Daten des anzuschließenden SIEB & MEYER-Gerätes. 14.4.1.1 TN-C-Netz Abb. 35: Direkter einphasiger Anschluss an TN-C-Netz (ohne Trenntransformator) 14 68 EMV-gerechter Geräteaufbau W 14.4.1.2 Anschluss an verschiedene Netzformen TN-S-Netz Abb. 36: Direkter einphasiger Anschluss an TN-S-Netz (ohne Trenntransformator) 14.4.1.3 TN-Netz 14 Abb. 37: Direkter einphasiger Anschluss an TN-Netz (ohne Trenntransformator) EMV-gerechter Geräteaufbau 69 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.4.1.4 TT-Netz Abb. 38: Direkter einphasiger Anschluss an TT-Netz (ohne Trenntransformator) 14.4.2 Anschluss an geerdete/ungeerdete/asymmetrisch geerdete Netze mit Trenntransformator GEFAHR Hohe Spannungen und Ströme Bei fehlerhafter Verdrahtung der in diesem Kapitel dargestellten Anschlussbei‐ spiele können gefährliche Spannungen und Ströme auftreten, die Verletzungen von Personen und Schäden am Gerät verursachen können. Die Anschlussspannung des SIEB & MEYER-Geräte ist gleich der Versorgungs‐ netzspannung. 14 Beachten Sie bei den in diesem Kapitel beschriebenen Anschlussformen unbe‐ dingt die maximale Phase-/Neutraleiter-Anschlusspannung des SIEB & MEYERGerätes. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des Trenntransformators die maximalen Anschlusswerte des SIEB & MEYER-Gerätes. Berücksichtigen Sie die technischen Daten des anzuschließenden SIEB & MEYER-Gerätes. 70 EMV-gerechter Geräteaufbau W 14.4.2.1 Anschluss an verschiedene Netzformen TN-Netz Abb. 39: Einphasiger Anschluss an TN-Netz (mit Trenntransformator) 14 EMV-gerechter Geräteaufbau 71 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.4.2.2 TT-Netz Abb. 40: Einphasiger Anschluss an TT-Netz (mit Trenntransformator) 14 72 EMV-gerechter Geräteaufbau W 14.4.2.3 Anschluss an verschiedene Netzformen IT-Netz mit Sternpunkt/asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt Abb. 41: Einphasiger Anschluss an IT-Netz mit Sternpunkt/asymmetrisch geerdetes Netz mit Sternpunkt (mit Trenntransformator) 14 EMV-gerechter Geräteaufbau 73 W Anschluss an verschiedene Netzformen 14.4.2.4 IT-Delta-Netz/asymmetrisch geerdetes Delta-Netz Abb. 42: Einphasiger Anschluss an IT-Delta-Netz/asymmetrisch geerdetes Netz (mit Trenntransformator) 14.5 14 Überspannungsschutz FLASHTRAB compact Abb. 43: Überspannungsschutz FLASHTRAB compact von Phoenix contact Die FLASHTRAB-Module von Phoenix contact (www.phoenixcontact.de werden zum Überspannungsschutz kompletter Maschinen und Anlagen eingesetzt. Kurze Stoß‐ spannungen (Surge) werden durch eine Kombination von Blitzstrom- und Überspan‐ nungsableiter nach einem AEC-Prinzip abgeleitet. Treten längere Überspannungen auf, so wird durch den anhaltenden Ableitstrom die Vorsicherung durchbrennen und somit die Maschine vor Zerstörung geschützt. 74 EMV-gerechter Geräteaufbau W Anschluss an verschiedene Netzformen FLASHTRAB compact setzt sich aus steckbaren Ableitern zusammen, die für Isolati‐ onsprüfungen oder nach extremer Überbeanspruchung bei Defektmeldungen (rotes Anzeigefeld) einfach ausgetauscht werden können. Für einen sicheren Schutz der Elektronik ist eine möglichst kleine Vorsicherung und der richtige Querschnitt der Zuleiter S2 und SPE gemäß Tabelle 1 zu wählen. Die Leitungslänge zwischen Überspannungsschutz und Potentialausgleichsschiene darf 0,5 m nicht überschreiten. Der beste Überspannungsschutz wird mit der V-Durch‐ gangsverdrahtung durch die geringe Impedanz zwischen Vorsicherung - Überspan‐ nungsschutz - Potentialausgleichsschiene erreicht. Sollte aus technischen Gründen der Anschluss im Stich verwendet werden, ist auch hier darauf zu achten, dass die Leitungen nicht länger als 0,5 m sind. Die FLASHTRAB-Module verfügen über eine integrierte Fernüberwachung FM mit einem potenzialfreien Wechslerkontakt. Mit dieser Fernüberwachung kann ein aufge‐ tretener Fehler signalisiert oder ein zu schützendes Gerät abgeschaltet werden. Abb. 44: Links: V-Durchgangsverdrahtung, rechts: Anschluss im Stich [A] 14.5.1 maximale Leitungslänge = 500 mm Technische Daten Alle nachfolgenden Angaben beziehen sich auf Informationen des Herstellers Phoenix contact. Technische Änderungen vorbehalten! Beachten Sie auch die Informationen auf der Website des Herstellers (www.phoenixcontact.de). System TN-C L1, L2, L3, PEN Geräteart Überspannungsschutz-Gerät Typ FLP-CP-3C-350 Artikelnummer des Herstellers (Phoenix contact) 2859725 EMV-gerechter Geräteaufbau 75 14 W Anschluss an verschiedene Netzformen System TN-C L1, L2, L3, PEN Betriebsspannung UN 230/400 AC...240/415 AC 50/60 Hz Ableiter-Bemessungsspannung UC (L-PE) 350 VAC Nennableitstoßspannung In (8/20) µs, sym. 75 kA (L1 + L2 + L3 - PE) Schutzpegel UP (L-N) <= 1,5 kV Blitzprüfstrom (10/350) µs, 75 kA (L1 + L2 + L3 - PEN) Stromscheitelwert Iimp Folgestrom-Löschfähigkeit 3 kA Ansprechzeit tA, sym. <= 25 ns (L - PEN) Umgebungstemperatur im Betrieb T°C -40...+80 C Fernmeldekontakt FLASHTRAB compact / 1C / 1S (Defekt-Fernmeldekontakt) Betriebsspannung maximal UmaxAC 250 V Betriebsspannung maximal UmaxDC 125 V Betriebsstrom ImaxAC 1A Betriebsstrom ImaxDC (ohmisch) 0,2 A Betriebsstrom ImaxDC (induktiv) 0,03 A Vorsicherung (backup fuse): Die kleinste Sicherung ist auszuwählen! F S2 mm² SPE mm² 25 10 16 35 10 16 40 10 16 50 10 16 63 10 16 80 16 16 100 25 16 A gl/gG 125 35 16 160 35 25 14 76 EMV-gerechter Geräteaufbau W Anhang 15 Anhang 15.A Literaturhinweise Dieser Anhang enthält Angaben zu weiterführender Literatur und Recherchemöglich‐ keiten zum Thema Elektromagnetische Verträglichkeit. Karl-Heinz Gonscharek: EMV für Geräteentwickler und Systemintegration. Berlin (Springer) 2005 Karl-Heinz Gonscharek Ralf Vick: Electromagnetic Compatibility for Device and System Integration. Berlin (Springer) 2009 Alfred Weber: EMV in der Praxis. Heidelberg (Hüthig) 2004 Adolf Schwab Wolfgang Kürner: Elektromagnetische Verträglichkeit (VDI). Berlin (Springer) 2010 Normenrecherche/-erwerb: www.beuth.de Leitfäden zu EMV und CE-Kennzeichnung (als Download): www.ce-richtlinien.eu 15.A EMV-gerechter Geräteaufbau 77 Anhang W 15.A 78 EMV-gerechter Geräteaufbau W 16 Glossar Glossar Ableitstrom Strom, der aus einem fehlerfreien Stromkreis entweder ▶ direkt über dessen Schutzerdung zur Erde fließt (Erdableitstrom) oder ▶ indirekt über leitfähige Teile (Maschinenkörper, Gehäuse, Person, die ein leitfä‐ higes Gehäuse berührt) zur Erde fließt (Gehäuseableitstrom) oder ▶ vom Metallgehäuse eines schutzisolierten elektrischen Geräts oder bei fehler‐ haftem Schutzleiteranschluss über den Körper einer Person fließt, die das Gehäuse berührt (Körperstrom). Datenleitung Als Datenleitung wird in der Informations- und Kommunikationstechnik ein physikali‐ sches Übertragungsmedium (Kabel, Draht oder Lichtwellenleiter) und die Verbindung zwischen einem Sender und Empfänger bezeichnet. Über diese Verbindung werden ausschließlich Informationen (Daten) übertragen, die weiterverarbeitet werden. Elektromagnetische Störaussendung (elektromagnetische Störausstrahlung) Als „elektromagnetische Störaussendung“ bezeichnet man die unerwünschte Eigen‐ schaft von elektrischen und elektronischen Geräten, gegenüber anderen Geräten als Störquelle zu arbeiten. Man unterscheidet folgende Arten elektromagnetischer Störaussendung: ▶ leitungsgebundene Störaussendung ▶ feldgebundene Störaussendung Elektromagnetische Störfestigkeit Als „elektromagnetische Störfestigkeit“ bezeichnet man die Fähigkeit eines Gerätes in seiner vorgesehenen Umgebung unter Einfluss verschiedener Störquellen ohne Fehl‐ funktion oder Funktionsausfall störungsfrei arbeiten zu können. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet man die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung (Anlage, Gerät, Baugruppe), in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren (Immunität), ohne diese Umgebung unzulässig zu beeinflussen (Emission). Erdschleife (Masseschleife) Eine Erdschleife (Masseschleife) ist eine zu einer Schleife geschlossene Masseverbin‐ dung einer elektrischen Verkabelung oder Verdrahtung, die bei niederfrequenten Stör‐ strömen aufgrund der Impedanz (Widerstand > Null) der Schleife einen ungewollten Spannungsabfall im Signalpfad erzeugt. Dadurch addiert sich ein Störsignal zum Nutz‐ signal, dass sich als Brummton äußert. Daher wird die Erdschleife auch als „Brumm‐ schleife“ bezeichnet. EMV-gerechter Geräteaufbau 79 16 W Glossar Funktionserdung Die Funktionserdung ist für den EMV-gerechten Geräteaufbau einer Anlage erforder‐ lich. und gewährleistet, dass hochfrequente Ströme nach Masse abfließen können. Die vorhandene Schutzerdung sollte nicht als Funktionserdung verwendet werden. HE und TE HE und TE sind technische Einheiten für Höhe und Breite: ▶ HE = technische Einheit für Höhe (1 HE = 4,4 cm) ▶ TE = technische Einheit für Breite (1 HE = 5,08 mm) Kopplung Folgende Arten von Kopplungen werden unterschieden: ▶ induktive Kopplung: Induktive Kopplung entsteht zwischen niederfrequent strom‐ durchflossenen Leitungen (Brummspannungen). ▶ Strahlungskopplung: Strahlungskopplung liegt dann vor, wenn sich die Störsenke im Fernfeld des von einer Störquelle erzeugten Strahlungsfeldes befindet. Ein Fernfeld liegt vor, wenn die Abmessung L der Störsenke größer als ein Zehntel der Wellenlänge λ ist (L > λ/10). Ein Nahfeld liegt vor, wenn die Abmessung L der Störsenke kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge λ ist (L < λ/10). l ist proportional 1/f. Solange die Wellenlänge des Störsignals gegenüber den Geräte- bzw. Kabel- und Leitungsabmessungen groß ist, breiten sich elektromagnetische Störungen vorwie‐ gend leitungsgebunden oder gekoppelt an das elektrische bzw. magnetische Feld aus. Masseband Ein Masseband ist ein flexibler elektrischer Leiter. Oft handelt es sich dabei um einem Rechteckleiter. Der Leiter besteht in der Regel aus einem Geflecht dünner Kupfer‐ drähte. Ein Masseband wird dazu verwendet, die elektrische Verbindung zwischen einem Gerät oder einer Anlage und einem Bezugspotential herzustellen (z. B. zum Personenschutz, zur Ableitung elektrischer Ladungen oder zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit). Schutzerdung Erdung einer Anlage zum Schutz gegen gefährliche Berührungsspannungen (elektri‐ schen Schlag) gemäß DIN VDE 0100. Die vorhandene Schutzerdung sollte nicht als Funktionserdung verwendet werden. Schutzleiter (PE) Nach DIN EN 50178 ein „Leiter, der zum Schutz gegen gefährliche Körperströme erfor‐ derlich ist, um die Verbindung zu einem der folgenden Teile herzustellen: ▶ Körper, ▶ fremde leitfähige Teile, ▶ Haupterdungsklemme, ▶ Erder, ▶ geerdeter Punkt der Stromquelle oder künstlicher Sternpunkt.“ 16 80 EMV-gerechter Geräteaufbau W Glossar Signalleitung Folgende Arten von Signalleitungen werden unterschieden: ▶ digitale Signalleitungen, z. B. Leitungen von Pulsgebern oder Informations-Über‐ tragungsleitungen ▶ analoge Signalleitungen, z. B. ±10 V Sollwertleitungen Skin-Effekt (Stromverdrängung) Zunahme der Stromdichte nahe der Oberfläche eines elektrischen Leiters (Einzelleiter) gegenüber der Stromdichte im Inneren eines Leiters. Der Grund für den Skin-Effekt ist eine durch ein Wechselfeld erzeugte Gegenspannung, die in der Mitte des Leiters am größten ist und zur Verdrängung des Stroms an den äußeren Rand des Leiters führt. Mit steigender Frequenz nimmt der Skin-Effekt zu. Störgröße (EMV) Als Störgröße bezeichnet man elektrische und magnetische Größen (Spannung, Strom, magnetische Felder), die unerwünschte Störungen in einem elektrischen Gerät hervorrufen und dadurch dessen Funktion beeinträchtigen oder zum Ausfall des Geräts führen. Der Einfluss von Störgrößen auf ein elektrisches Gerät äußert sich z. .B. als elektrostatische Entladung, schnelle Spannungsänderungen (Burst und Surge) sowie hochfrequente Störspannungen und -strahlungen. Störquelle Eine Störquelle (Aussendung) ist eine elektrische Einrichtung, die elektromagnetische Störungen aussendet oder abstrahlt. Störquellen geben die Störenergie konzentriert mit niedrigem Pegel auf schmalen Frequenzbändern ab (z. B. digitale Steuerungen, Mikroprozessorsysteme, Hochfrequenzgeneratoren). Schaltgeräte und getaktete Antriebe verteilen ihre Störenergie energiereich auf breiten Frequenzspektren. Störsenke Störsenken (Einstrahlungen) sind elektrisches Betriebsmittel oder Anlagen, die Störungen ausgesetzt sind oder von diesen beeinflussbar sind. Störsenken werden zwischen möglicher schmalbandiger und breitbandiger Beeinflus‐ sung unterschieden: ▶ Schmalbandige Störsenken sind meistens analoge Geräte (z. B. Audio- und Vide‐ ogeräte). ▶ Breitbandige Störsenken sind meistens digitale Geräte (z. B. Datenverarbeitungs‐ anlagen). Stoßspannung (Surge) Spannungswelle gleichbleibender Polarität mit schnellem Anstieg auf den Scheitelwert und anschließendem langsamen Abklingen auf die Hälfte der Scheitelspannung. 16 EMV-gerechter Geräteaufbau 81 Glossar W 16 82 EMV-gerechter Geräteaufbau
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