Die korrekte Auslegung von Erdung und Abschirmung ist sowohl für die Sicherheit des Personals als auch für die Zuverlässigkeit Ihrer Anlage von entscheidender Bedeutung. In modernen Umgebungen voller Leistungselektronik und empfindlicher Steuersysteme reicht ein traditioneller "50-Hz-Blick" auf die Erdung nicht mehr aus. Fehler bei der Erdung oder falsche Abschirmung führen direkt zu EMI (elektromagnetischen Störungen), unerklärlichen Maschinenausfällen und sogar zu physischen Schäden an Lagern und Komponenten.
Auf dieser Seite erfahren Sie, wie Sie Erdung und Abschirmung richtig anwenden, wie Sie häufige Fehler wie Erdschleifen erkennen und welche Schritte Sie unternehmen müssen, um die elektromagnetische Verträglichkeit(EMV) Ihrer Anlage sicherzustellen.
Sie haben wenig Zeit? Dies sind die wichtigsten Punkte, die Sie über Erdung und Abschirmung wissen müssen:
Sicherheit und Funktionalität: Die Erdung dient zwei Zwecken: Schutz vor Stromschlägen (Sicherheitserdung) und Fehlerbeseitigung (Funktionserde).
EMV-Grundlage: Eine gute Erdung und Abschirmung bildet zusammen mit dem Potenzialausgleich die Grundlage für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Ohne diese Grundlage funktionieren Filter oder andere Lösungen nicht optimal.
Hochfrequenzverhalten: Moderne Fehler sind oft hochfrequent. Eine Erdverbindung, die mit einem Multimeter gut gemessen werden kann (niedriger Widerstand), kann bei hohen Frequenzen eine offene Verbindung sein.
Das schwächste Glied: Die meisten Probleme entstehen am Ende. Ein teures abgeschirmtes Kabel, das falsch angeschlossen ist (z. B. über einen "Pigtail"), verliert seine Leistung.
Diese Informationen wurden speziell für Fachleute erstellt, die für kritische elektrische Anlagen verantwortlich sind:
Arbeiten Sie mit drehzahlvariablen Antrieben, LED-Beleuchtung, SPS-Steuerungen oder empfindlichen Messgeräten? Dann wirkt sich die Qualität Ihrer Erdung und Abschirmung direkt auf Ihre Betriebssicherheit aus.
Um Probleme zu lösen, müssen wir die Begriffe rein halten. In der Praxis werden diese Begriffe oft synonym verwendet, obwohl sie unterschiedliche Funktionen haben.
Verbindung zur Erde.
Schutzerde (PE): Dient zur Ableitung des Stroms im Falle eines Fehlers (Kurzschlusses), so dass die Schutzeinrichtung auslöst. Sie hat eine niedrige Frequenz (50 Hz) und ist auf die Sicherheit von Menschen ausgerichtet.
Funktionserde: Sie dient dazu, den störungsfreien Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Sie dient als Bezugspunkt für Signalspannungen und leitet hochfrequente Ströme ab.
Verbinden aller leitfähigen Teile (Schränke, Leitungen, Strukturen) miteinander, um Spannungsunterschiede zu vermeiden.
Vergleich: Stellen Sie sich dies wie ein Boot vor. Wenn alle auf gleicher Höhe sind, fällt niemand um, auch wenn das Boot (das Spannungsniveau) auf den Wellen auf und ab geht.
Umhüllen von Kabeln oder Geräten mit leitfähigem Material (z. B. Kupfergeflecht oder -folie). Dies wirkt in beide Richtungen: Es verhindert, dass ein Kabel Störungen in seine Umgebung abstrahlt, und es verhindert, dass das Kabel Störungen von außen aufnimmt (Prinzip des Faradayschen Käfigs).
Nuance - Niederfrequenz vs. Hochfrequenz: Ein gelb-grüner Draht ist für die Sicherheitserdung (50 Hz) in Ordnung. Für hochfrequente Störungen (kHz/MHz-Bereich, die von Schaltelektronik herrühren) hat ein runder Draht jedoch eine zu hohe Impedanz. Hochfrequente Ströme fließen auf der Außenseite des Leiters (Skineffekt). Deshalb verwenden wir für die Funktionserde lieber Flachdrähte, die eine größere Oberfläche haben.
Eine schlechte Erdung oder Abschirmung ist selten sofort sichtbar, aber die Folgen sind es. Oft wird zu Unrecht auf die Software oder die Komponenten verwiesen, während die Ursache in der Verkabelung liegt.
Typische Symptome in der Praxis:
Auswirkungen auf die Organisation: Die Auswirkungen gehen über einen technischen Ausfall hinaus. Sie führen zu unerwarteten Produktionsausfällen, Datenverlusten und unsicheren Situationen für Techniker. Darüber hinaus können Hersteller die Garantie ablehnen, wenn festgestellt wird, dass die EMV-Installationsvorschriften nicht eingehalten wurden.
Ein Lebensmittelhersteller litt unter zufälligen Stillständen einer Verpackungslinie. Die SPS gab verschiedene Fehlermeldungen aus, aber nach einem Reset lief alles wieder stundenlang problemlos. Der Austausch der Sensoren und der SPS-Platine brachte keine Lösung.
Die Analyse: Ingenieure von HyTEPS führten Messungen des Potenzialausgleichs und der Ströme durch die Abschirmung durch. Das Ergebnis: Der Frequenzumrichter (VFD) des Hauptmotors war mit einem abgeschirmten Kabel angeschlossen, aber die Abschirmung war auf der Motorseite nicht korrekt umlaufend (360 Grad) angeschlossen, sondern zu einem langen "Kabelschwanz" zusammengedreht.
Die Schlussfolgerung: Das "Pig-Tail" bildete eine hohe Impedanz für die vom Wechselrichter erzeugten Hochfrequenzstörungen. Die Störungen konnten nicht über die Abschirmung abgeleitet werden und suchten sich einen anderen Weg: über die Sensorkabel, die sich im selben Kanal befanden. Dadurch wurde das 0-10-V-Signal an die SPS gestört.
Die Lösung: Die Stopfbuchsen wurden durch EMV-Stopfbuchsen ersetzt, bei denen die Abschirmung rundum Kontakt mit dem Gehäuse hat. Die Störungen verschwanden sofort und traten nicht mehr auf.
Die Verbesserung von Erdung und Abschirmung erfordert eine Kombination aus korrektem Design, richtiger Verwendung von Materialien und handwerklichem Geschick bei der Installation.
Verwenden Sie das richtige System (TN-S)
In modernen Anlagen ist ein TN-S-System (bei dem Nullpunkt und Erde streng vom Transformator getrennt sind) die Norm. In alten TN-C-Systemen sind Nullpunkt und Erde kombiniert (PEN-Leiter). Dies führt dazu, dass Rückströme auch über Gerätegehäuse fließen können, was für die EMV katastrophal ist.
Erstellen Sie ein vermaschtes Erdungsnetzwerk (MESH)
Früher haben wir mit einer Baumstruktur (Stern) gearbeitet. Bei hochfrequenten Strömen funktioniert eine Maschenstruktur (MESH) viel besser. Dabei werden so viele Metallteile wie möglich miteinander verbunden, um die Impedanz zu senken.
Korrekter Anschluss der Abschirmung
Trennung von Kabeln
Halten Sie Stromkabel (die Störungen verursachen) räumlich getrennt von Signalkabeln (die empfindlich sind). Verwenden Sie vorzugsweise Kabeltrassen aus Metall mit einer Trennwand.
Selbst erfahrene Installateure machen in diesem Bereich ungewollt Fehler, oft weil sich die Ausbildung auf die 50Hz-Sicherheit und nicht auf die Hochfrequenz-EMV konzentriert.
Vermuten Sie ein Problem mit der Erdung oder Abschirmung? Befolgen Sie diese Schritte:
Grundlegende Prüfungen können Sie oft selbst durchführen. EMV-Probleme sind jedoch komplex und ohne ausgefeilte Geräte oft unsichtbar. Ziehen Sie einen Spezialisten hinzu, wenn:
Unsere Ingenieure analysieren Ihre Anlage nicht nur nach Normen, sondern untersuchen auch die tatsächlichen physikalischen Ursachen von Ausfällen.
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Zögern Sie nicht, wenn Sie unerklärliche Ausfälle feststellen. Sprechen Sie mit einem HyTEPS-Ingenieur über Ihre Situation oder fordern Sie eine Untersuchung der Netzqualität an. Wir werden Ihnen helfen, die Ursache zu finden und die Betriebssicherheit wiederherzustellen.
HyTEPS
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