Bei Schaltschränken ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ein entscheidender Aspekt. Als Lieferant von Schaltschränken ist das Verständnis und die Einhaltung der Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit nicht nur für die ordnungsgemäße Funktion der Schaltschränke selbst, sondern auch für die Gewährleistung der Gesamtzuverlässigkeit der elektrischen Systeme, in denen sie installiert sind, von entscheidender Bedeutung.
Was ist elektromagnetische Verträglichkeit?
Elektromagnetische Verträglichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines elektrischen oder elektronischen Geräts oder Systems, in seiner elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne unzulässige elektromagnetische Störungen bei anderen Geräten oder Systemen in derselben Umgebung hervorzurufen. Im Zusammenhang mit Schaltschränken bedeutet dies, dass der Schrank und die darin enthaltenen Komponenten so konstruiert und installiert werden sollten, dass sie weder übermäßige elektromagnetische Störungen (EMI) erzeugen noch empfindlich auf die in der Umgebung vorhandenen elektromagnetischen Störungen reagieren.
Quellen elektromagnetischer Störungen in Schaltschränken
Innerhalb eines Schaltschranks gibt es mehrere elektromagnetische Störquellen. Eine der Hauptquellen sind leistungselektronische Geräte wie Frequenzumrichter (VFDs), unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) und Schaltnetzteile. Diese Geräte verwenden Hochfrequenz-Schalttechniken zur Umwandlung elektrischer Energie, die erhebliche Mengen an elektromagnetischem Rauschen erzeugen können.
Eine weitere wichtige Quelle sind die an den Schaltschrank angeschlossenen Motoren. Wenn ein Motor startet, stoppt oder seine Drehzahl ändert, kommt es zu plötzlichen Änderungen im Strom, der durch seine Wicklungen fließt. Diese Stromänderungen können elektromagnetische Felder induzieren, die Störungen in nahegelegenen Stromkreisen verursachen können. Darüber hinaus können im Schrank verwendete Relais und Schütze beim Öffnen oder Schließen Lichtbögen erzeugen, die ebenfalls elektromagnetische Störungen verursachen.
EMV-Anforderungen an Schaltschränke
Leitungsgebundene Emission
Unter leitungsgebundener Emission versteht man die Störungen, die über Stromleitungen und Signalkabel übertragen werden. Schaltschränke müssen den einschlägigen Normen entsprechen, um die Menge der leitungsgebundenen Emissionen zu begrenzen. Beispielsweise legt die Norm EN 55011 in Europa Grenzwerte für die leitungsgebundenen Emissionen von industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Geräten (ISM) fest. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden in Schaltschränken häufig Filter an den Strom- und Signalein- und -ausgängen eingesetzt. Diese Filter können hochfrequentes Rauschen unterdrücken und verhindern, dass es sich im Stromnetz ausbreitet.
Strahlungsemission
Strahlungsemission ist die elektromagnetische Störung, die in den umgebenden Raum abgestrahlt wird. Schaltschränke sollten so konstruiert sein, dass die Strahlungsemissionen minimiert werden. Dies kann durch die richtige Gehäusekonstruktion erreicht werden. Der Schrank sollte über gute Abschirmeigenschaften verfügen, um das Austreten elektromagnetischer Felder zu verhindern. Ein gut gestaltetes Gehäuse kann aus leitfähigen Materialien wie Stahl oder Aluminium bestehen, die als Faradayscher Käfig fungieren und die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen blockieren können. Darüber hinaus sollte der Schrank ordnungsgemäß geerdet sein, um einen Pfad mit niedriger Impedanz für die elektromagnetischen Ströme bereitzustellen.
Immunität gegen elektromagnetische Störungen
Auch Schaltschränke müssen den in ihrer Betriebsumgebung vorhandenen elektromagnetischen Störungen standhalten. Dazu gehört die Immunität gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD), hochfrequenten elektromagnetischen Feldern (RF), elektrischen schnellen Transienten/Bursts (EFT/B) und Überspannungen. Normen wie die Reihe IEC 61000 – 4 legen die Prüfmethoden und Anforderungen zur Bewertung der Störfestigkeit elektrischer und elektronischer Geräte gegenüber dieser Art von Störungen fest.
Beispielsweise wird bei einem ESD-Test eine elektrostatische Hochspannungsentladung an den Schaltschrank angelegt, um die Auswirkungen einer statischen Entladung eines menschlichen Körpers zu simulieren. Der Schrank sollte seinen normalen Betrieb ohne Störungen fortsetzen können. Um die Immunität gegenüber ESD zu verbessern, können Schränke an den entsprechenden Stellen mit ESD-Schutzgeräten wie Varistoren oder Zener-Störern ausgestattet werden.
Erfüllung der EMV-Anforderungen in verschiedenen Schaltschranktypen
SPS-Schaltschrank
SPS-Schaltschrankwird häufig in industriellen Automatisierungssystemen eingesetzt. SPS sind empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und der Schaltschrank, in dem sie untergebracht sind, muss eine geeignete elektromagnetische Umgebung bieten. Der Schrank sollte über eine ordnungsgemäße Erdung und Abschirmung verfügen, um die SPS vor externen elektromagnetischen Störungen zu schützen. Darüber hinaus sollte die Stromversorgung der SPS gefiltert werden, um jegliches leitungsgebundene Rauschen zu entfernen. Besonderes Augenmerk sollte auch auf die Verkabelung im Schrank gelegt werden, um Kabel-zu-Kabel-Kopplungen zu minimieren.
Industrieller Schaltschrank
Industrieller Schaltschrankwird in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt, von Produktionsanlagen bis hin zu Energieerzeugungsanlagen. In einer industriellen Umgebung gibt es viele Quellen elektromagnetischer Störungen, beispielsweise große Motoren, Leistungstransformatoren und Schweißgeräte. Industrielle Schaltschränke müssen gegenüber diesen Störeinflüssen äußerst resistent sein. Im Vergleich zu anderen Schranktypen verfügen sie häufig über robustere Abschirmungs- und Erdungssysteme. Das Gehäuse sollte sorgfältig abgedichtet sein, um das Eindringen elektromagnetischer Felder zu verhindern, und die Komponenten im Inneren sollten so angeordnet sein, dass gegenseitige Störungen minimiert werden.
Außenschaltschrank
Außenschaltschranksteht vor zusätzlichen Herausforderungen hinsichtlich der EMV. Zusätzlich zu den normalen Störquellen sind Außenschränke atmosphärischen elektromagnetischen Phänomenen wie Blitzen ausgesetzt. Blitze können sehr hohe Spannungsstöße in den mit dem Schrank verbundenen Strom- und Kommunikationsleitungen hervorrufen. Schaltschränke im Freien müssen mit Überspannungsschutzgeräten ausgestattet sein, um die durch Blitzschlag verursachten Überspannungen in den Boden abzuleiten. Der Schrank sollte außerdem gut geerdet sein, um die Sicherheit der darin befindlichen Geräte zu gewährleisten und die Ausbreitung elektromagnetischer Störungen zu verhindern.
Bedeutung der Erfüllung der EMV-Anforderungen
Die Einhaltung der EMV-Anforderungen an Schaltschränke ist von größter Bedeutung. Erstens stellt es die ordnungsgemäße Funktion der Geräte im Schrank sicher. Elektromagnetische Störungen können zu Fehlfunktionen empfindlicher elektronischer Komponenten führen und zu falschen Steuersignalen, Datenfehlern und sogar Systemausfällen führen.
Zweitens hilft es dabei, die relevanten nationalen und internationalen Standards und Vorschriften einzuhalten. In vielen Ländern gelten strenge Vorschriften hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit elektrischer und elektronischer Geräte. Die Nichteinhaltung kann zu rechtlichen Problemen, Produktrückrufen und Reputationsverlusten führen.
Schließlich kann die Erfüllung der EMV-Anforderungen die Gesamtzuverlässigkeit und Langlebigkeit der elektrischen Systeme verbessern. Durch die Minimierung der Auswirkungen elektromagnetischer Störungen ist die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Komponenten im Schaltschrank geringer, was die Wartungskosten und Ausfallzeiten des Systems reduziert.
Abschluss
Als Schaltschranklieferant liegt es in unserer Verantwortung sicherzustellen, dass unsere Schaltschränke die strengen Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit erfüllen. Durch das Verständnis der Quellen elektromagnetischer Störungen, der relevanten Normen und der Entwurfstechniken zur Verbesserung der EMV können wir hochwertige Schaltschränke liefern, die zuverlässig und konform sind.
Wenn Sie Schaltschränke benötigen, die höchste EMV-Standards erfüllen, laden wir Sie ein, für Beschaffungsgespräche mit uns Kontakt aufzunehmen. Unser Expertenteam ist bereit, Ihnen maßgeschneiderte Lösungen basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen anzubieten.
Referenzen
- Handbuch zur elektromagnetischen Verträglichkeit. Herausgegeben von Chris Paul. McGraw – Hill-Profi.
- Normenreihe IEC 61000 zur elektromagnetischen Verträglichkeit. Internationale Elektrotechnische Kommission.
- Norm EN 55011 über abgestrahlte und leitungsgebundene Emissionen von industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Geräten. Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung.