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EMV-Richtwerte
für Industrie und Automation

EMV / Potentialausgleich: Grenz- und Richtwerte für Industrienetzwerke

Um eine Funktionssicherheit des Automatisierungsnetzwerkes gewährleisten zu können, ist der EMV-Abnahmecheck bei Anlagen ein essentieller messtechnischer Qualitätsnachweis. Ziel ist es dabei, einen langfristig störungsfreien Betrieb aller elektronischen Geräte innerhalb des Netzwerkes durch den gezielten Ausschluss von Störfaktoren aus dem PE-/ PASystem sicherzustellen. Zu diesem Zweck ist der „Ist-Zustand“ der EMV-Belastung messtechnisch zu erfassen, zu bewerten und zu dokumentieren. Bei diesen Messungen (EMV-Abnahmecheck) ist anzustreben, dass sie unter produktionsnahen Bedingungen und in Vollausbau der Automatisierungstechnik gemäß Planungsvorgabe geschehen.

Die Messungen müssen zur Ermittlung folgender Qualitätsparameter führen:

EMV-Belastungen über die 24 V DC-Versorgung
EMV-Belastungen entlang der industriellen Datenkabel (Schirme)
EMV-Belastungen im Potentialausgleichssystem
EMV-Belastungen der Busmodule über die Schirme der analogen Geberleitungen
EMV-Belastungen über die 230/400 V AC-Niederspannungsverteilungsanlage

Zur Durchführung der oben beschriebenen Messungen ist ein Messgerät erforderlich, welches einen zeitlichen Verlauf, besser noch einen Vergleich paralleler Messpunkte, darstellen kann.

EMV-Güte /-Festigkeit

Struktur / Güte der vorhandenen Potentialausgleichsanlage
Erdschleifenwiderstände / -impedanzen der Leiter der Schutzpotentialausgleichsanlage
Erdschleifenwiderstände / -impedanzen der Leiter der Funktionspotentialausgleichsanlage
Widerstands- / Impedanzverhältnisse der vorhandenen Potentialausgleichsanlage

Zur Durchführung der oben beschriebenen Messungen ist ein Messgerät erforderlich, welches die Güte der vorhandenen Potentialausgleichsanlage mindestens im Kilohertzbereich erfassen kann. Zudem sollte aus betriebswirtschaftlicher Sicht die Messung während des Betriebes der Anlage durchführbar sein.

Die Notwendigkeit der durchzuführenden Messungen bezieht sich auf die häufig auftretenden Anlagenstillstände, deren Ursache nicht bei Kommunikationsfehlern in der industriellen Datenkommunikation liegt, sondern auf Störungen durch EMV-Wechselwirkungen zurückzuführen ist.

Um neben den beschriebenen Messaufgaben der Ist-Aufnahme auch sporadische Ereignisse erfassen zu können, ist ein Messgerät zur temporären, aber auch zur permanenten Messung im Sinne eines Condition Monitorings einzusetzen.

Unstrittig ist, dass sich im Zuge der Weiterentwicklung von leistungselektronischen Bauelementen auch die feldbusnahe Umgebung mit zunehmenden Wechselwirkungen konfrontiert sieht. Die weithin propagierte Verwachsung der industriellen Büro- und Produktionswelt sowie die revolutionäre Vernetzung aller Datenstränge miteinander, lassen die potentielle Angriffsfläche für ungewollte EMV-Wechselwirkungen um ein Vielfaches anwachsen.

Daher sind mindestens nachfolgende Richt- bzw. Grenzwerte für die notwendigen Messungen einzuhalten:

RATGEBER: Die wichtigsten EMV-Richtwerte

Strombelastungen

Schutzleiter (PE)	max. 5 % des Phasenstroms
Schutzpotentialausgleich	max. 300 mA (lt. DGUV V3)
Funktionspotentialausgleich	max. 300 mA
Schirme von Motorkabeln	max. 300 mA
Schirme von Signalkabeln	max. 40 mA

Widerstands- / Impedanzwerte

Schutzpotentialausgleich	max. 0,3 Ohm bei 2,0 kHz
Funktionpotentialausgleich	max. 0,3 Ohm bei 2,0 kHz
Schirme von Motorkabeln	max. 0,3 Ohm bei 2,0 kHz
Schirme von Signalkabeln	max. 0,6 Ohm bei 2,0 kHz

Wichtige Normen:

Ableitströme VDE 0100-540 / DIN EN 61140 (Ströme in Schutzleitern)

Der Schutzleiter sollte im fehlerfreien Betrieb nicht als leitfähiger Pfad für Betriebsströme verwendet werden. Wenn beim Anschluss eines Gerätes der PE-Strom unter normalen Betriebsbedingungen größer/gleich 10 mA ist, muss eine der nachfolgenden Maßnahmen konstruktiv vorgesehen werden:

der Schutzleiter muss im gesamten Verlauf einen Mindestquerschnitt von 10 mm² Kupfer aufweisen,
es ist ein zweiter Schutzleiter mit gleichem Querschnitt auf einer separaten Klemme am Gerät vorzusehen.

Der maximale Schutzleiterstrom darf trotzdem nicht mehr als 5 % des Außenleiterstromes betragen.

Auszug aus der DIN EN 60204-1 Maschinenrichtlinie

„Normalerweise wird der Funktions-Potentialausgleich durch eine Verbindung zum Schutzleitersystem erreicht (CBN). Wo jedoch der Pegel der elektrischen Störungen auf dem Schutzleitersystem nicht ausreichend niedrig für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der elektrischen Ausrüstung ist, kann es notwendig sein, das Funktionspotentialausgleichssystem an einen separaten Leiter für funktionale Erdung anzuschließen …“

Damit steht die Frage im Raum, welcher konkrete Pegel an elektrischen Störungen zulässig bzw. ausreichend niedrig ist, um ein Common Bonding Network (kurz: CBN) zu realisieren. Eine klare Antwort auf diese Frage ist der Maschinenrichtlinie nicht zu entnehmen.

Auszug aus der DIN VDE 0100-444

„Ein derartiges sternförmiges Netz ist bei kleinen Anlagen wie Wohnungen, kleinen Gewerbegebäuden usw. und aus allgemeiner Sicht für Betriebsmittel anwendbar, die nicht durch Signalkabel und -leitungen miteinander verbunden sind.“

Hier ist zu entnehmen, dass ein Potentialausgleich nach Typ A (EN 50310) in Sternstruktur für eine elektrische Anlage nicht zulässig ist. Betriebsmittel sind üblicherweise durch Signalkabel wie PROFIBUS oder PROFINET miteinander verbunden. In diesem Fall ist der verbesserte Typ A (EN 50310) als „vermaschte“ Sternstruktur notwendig.