Kabel mit Abschirmung: Das müssen Sie wissen!

Wie Sie die elektromagnetische Verträglichkeit für Steuerleitungen sicherstellen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Kabel und andere Leitungen vor elektromagnetische Störungen abzuschirmen. Speziell in der automatisierten Industrie, wo empfindliche Steuerleitungen für die Koordination schwerer Maschinen verwendet werden, stellen elektromagnetische Störungen und die dadurch verursachten Ausfälle ein besonderes Risiko dar. Wir geben Ihnen einen Überblick über Massnahmen, Möglichkeiten und Lösungen zur EMV-Abschirmung.

Was sind Kabel mit elektromagnetischer Abschirmung?

Jede elektrische Leitung kann im Betriebszustand elektromagnetische Wellen erzeugen. Diese breiten sich räumlich aus und können elektrische Ladungen – wie in elektrischen Kabeln – beeinflussen. Findet eine solche Beeinflussung statt, kann dies durch unerwünschte induzierte Ströme zu Störungen oder sogar Ausfällen führen.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) beschreibt das Mass an Fehleranfälligkeit eines solchen Systems. Elektromagnetische Abschirmung bezeichnet Massnahmen, die zum Schutz von elektrischen Leitungen vor solchen Störungen getroffen werden. Dabei werden Geräte, Systeme oder Anlagen vor äusseren Einflüssen geschützt und gleichzeitig sichergestellt, dass sie ihre Umgebung nicht beeinflussen.

In der Praxis wird ein solcher Schutz hauptsächlich durch zwei Dinge erzielt: physische Abschirmung von Kabeln durch spezielle Materialien und logistische Prävention durch sorgfältiges Planen von möglichen Schwachstellen.

Kabel mit Abschirmgeflecht kaufen

Wo muss EMV berücksichtigt werden

EMV spielt besonders in solchen Bereichen eine grosse Rolle, in denen sehr feinfühlige Elektronik zum Einsatz kommt oder mit starken elektromagnetischen Störeinflüssen gerechnet werden muss. Kabel, die in grosser Anzahl nahe beieinander liegen, sind störanfällig durch elektromagnetische Einflüsse von aussen oder ihre Interaktion miteinander. Auch implementierte Messgeräte oder Steuerelektronik reagieren meist sehr empfindlich gegenüber Störungen und müssen daher besonders geschützt werden. Im Zeitalter der Digitalisierung findet man solche empfindlichen Schaltkreise zum Beispiel in folgenden Gebieten:

Telekommunikationstechnik
Medizintechnik
Bankensysteme
Bahntechniken
industrieller Elektronik

Mit der wachsenden Bedeutung von Computerchips und digitalen Lösungen nimmt auch die Zahl an elektromagnetisch empfindlichen Schaltungen stetig zu. Technische Lösungen wie Kabelabschirmungen spielen dabei eine wichtige Rolle.

Wie wird eine Anlage elektromagnetisch sicher?

Das Vermeiden von elektromagnetischen Störungen geschieht massgeblich in drei Phasen:

Prävention und Vermeidung
Verhindern der Ausbreitung der Störung auf andere Komponenten
Vermeidung von Auswirkungen

Die Phasen haben in dieser Reihenfolge Priorität. Besonders bei der Prävention lassen sich durch technische Massnahmen viele Störungen komplett verhindern. So können insbesondere lästige Kopplungen durch sorgfältige Planung mit Augenmerk auf die Auslastung gut verhindert werden. Emissionsstarke Störquellen sollte man räumlich von empfindlichen Steuerleitungen und Kabeln trennen. In Fertigungsanlagen sind damit insbesondere hochfrequente Bauteile wie Steueranlagen mit hohen Taktraten gemeint.

Ein besonders wichtiger und äusserst effektiver Schutz liegt in der Verwendung von Kabelabschirmung. Kabel mit spezieller EMV-Abschirmung sind magnetisch isoliert und dadurch erheblich weniger störanfällig. Zusätzlich verursachen Leitungen mit Abschirmung weniger Störungen an anderen Komponenten.

Kabelabschirmungen bestehen aus unterschiedlichen Materialien, die alle spezielle Eigenschaften mit sich bringen. Vorausschauendes Einplanen möglicher Störungen im System hilft dabei, die richtigen technischen Massnahmen zu implementieren.

Schirmwerkstoffe für Kabelabschirmungen

Kabel mit EMV-Abschirmung sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, um unterschiedlichen Ansprüchen zu genügen. Meistens werden als Material Polyurethan oder PVC verwendet, da diese kostengünstig und hitzebeständig bei gleichzeitig guter Isolation sind. Aber auch andere Polymerkunststoffe können zum Einsatz kommen, solange sie die Anforderungen erfüllen. Zusätzlich zum Wickelmaterial ist der Schirmwerkstoff von Bedeutung: Die meisten isolierten Verbundkabel besitzen zwischen Einzelleitungen und Aussenschicht ein Abschirmgeflecht aus Kupfer. Dieses wirkt wie ein faradayscher Käfig und blockiert elektromagnetische Einflüsse von aussen.

Solche Kupfergeflechte können auch gesondert erworben werden, um bereits bestehende Leitungen nachträglich aufzurüsten. Auch abschirmende Tapes zur simplen Handhabung haben eine schützende Wirkung.

Wichtig ist auch, wie viele Einzelleitungen ein abgeschirmtes Verbundkabel beinhaltet. Steuerleitungen besitzen oftmals viele verschiedene Leitungen, um mehrere Komponenten anzusteuern. So sind abgeschirmte Leitungen selten in Form von Einzelleitungen erhältlich, sondern meist als drei- oder vieradriges Kabel, gelegentlich aber auch mit 20 Leitungen oder mehr.

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Ist nachträgliche Abschirmung möglich?

Grundsätzlich sind Kabel mit integrierter Abschirmung die beste Wahl. In manchen Fällen ist es aber auch möglich, Verkabelungen im Nachhinein elektromagnetisch verträglicher zu machen. Dafür steht diverses Zubehör zur Auswahl.

Dazu zählen zum Beispiel Kabelschläuche, da sie Kabel nicht nur bündeln, sondern auch vor äusseren Einflüssen schützen.

Externe Schirmungen wie Abschirmstreifen und Abschirmklammern dichten Leitungen ab oder erden sie elektrisch, um Störungen durch elektromagnetische Induktion oder statische Entladung zu verhindern. Diese externen Bauteile bestehen aus verschiedenen Abschirmmaterialien, die abhängig von der Funktionsweise der Schirmungskomponenten entweder gar nicht oder besonders gut Elektrizität leiten.

So eignen sich Kupfergeflechte hervorragend, um Komponenten zu umschliessen und magnetische Einflüsse zu stoppen. Polymerkunststoffe hingegen sind als Isolatoren sehr gut, um elektrostatische Entladungen und die daraus resultierenden Schäden zu verhindern.

Die häufigsten Störquellen

Generell wird im Bereich der EMV zwischen interner und externer Beeinflussung unterschieden. Interne Beeinflussung bezeichnet die unerwünschte Kopplung von mehreren Komponenten oder Systemen. Kopplung bezeichnet dabei die (meist unerwünschte) elektromagnetische Verbindung zweier Geräte, welche auf mehrere Arten stattfinden kann:

Kapazitive Kopplung entsteht durch unerwünschte Kapazitäten zwischen Komponenten. Sie tritt meist bei eng zusammenliegenden Leitungen mit hohen Potentialunterschieden auf, z. B. wenn Energieleitungen ohne Abschirmung nah an Steuerleitungen verlaufen.
Galvanische Kopplung entsteht, wenn Ströme zweier Stromkreise über eine gemeinsame Impedanz fliessen. In der Praxis geschieht dies meist, wenn mehrere Stromkreise eine gemeinsame Spannungsquelle besitzen oder sich einen Leiter als Strompfad teilen.
Induktive Kopplung ist die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Bauteile und Kabel durch magnetische Induktion. Ähnlich wie die kapazitive Kopplung tritt sie oftmals bei eng zusammenliegenden Leitungen auf, jedoch ist sie eher bei hochfrequenten Störquellen (auch mit geringer Spannung) von Bedeutung, zum Beispiel bei Leitungen zur Datenkommunikation.

Bei der externen Beeinflussung unterscheidet man wiederum:

Leitungsgebundene Einwirkung durch Spannungspulse bei Schaltprozessen
Strahlungsgebundene Einwirkung bei hochfrequenten Störquellen (zum Beispiel bei Funkwellen)

Elektrostatische Entladung durch elektrostatische Potentialunterschiede Dabei definiert man stets den Verursacher einer Störung als Störquelle, während der Empfänger als Störsenke bezeichnet wird.

Weitere zentrale Begriffe sind:

Immunität: die Fähigkeit eines Gerätes, Störungen standzuhalten
Suszeptibilität: das Nichtvorhandensein von Immunität
Elektromagnetische Emission: das Ausmass der von einem Gerät ausgehenden Störungen

Welche Risiken birgt ein Mangel an EMV?

Es liegt im Interesse jedes Anlagenbetreibers, seine Systeme elektromagnetisch verträglich zu gestalten.

Ausfälle, die durch unerwünschte Kopplungen auftreten, können deutlich grössere Kosten verursachen als Massnahmen zur Erhöhung der EMV. Insbesondere wichtige Komponenten wie Steuerleitungen sind meist sehr störanfällig und verursachen im Schadensfall besonders gravierende Ausfälle.

Ferner nehmen elektromagnetische Emissionen nicht nur auf Elektronik Einfluss: Auch Mensch und Umwelt können durch nicht ionisierende Strahlung massgeblich beeinflusst werden. Zwar sind die Kausalitäten bis heute heftig umstritten, doch viele Experten sind sich sicher, dass elektromagnetische Strahlung langfristige Gesundheitsrisiken birgt.

Insgesamt lässt sich fast immer ein Kompromiss aus Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Schutzmassnahmen finden, der gesetzliche Standards erfüllt und zeitgleich ausreichenden Schutz vor Störungen bietet.