Leitungen verdrillen oder abschirmen – was ist besser?
Ein Regenschirm oder Gummistiefel – was ist besser?
Sowohl die Stiefel, wie auch der Regenschirm haben etwas mit Nässe zu tun und liegen irgendwie nahe beieinander. Trotzdem schützen sie auf ganz unterschiedliche Art und Weise vor dem Einfluss des Wassers.
Mit dem Schutz vor elektromagnetischer Einkopplung in Leitungen ist es dasselbe. Es gibt verschiedene Koppelmechanismen und vor denen muss man sich unterschiedlich schützen.
Die Verdrillung hilft vorwiegend gegen magnetische Felder und damit vor induzierten Spannungen.
Gummistiefel gegen induktive Kopplung
Das folgende Video zeigt, wie effektiv ein Verdrillen der Leitungen dagegen schützen kann:
Der Grund für diese gute Wirksamkeit liegt darin, dass sich die induzierten Spannungen von Windung zu Windung aufheben, wie die nachfolgende Illustration zeigt:
Wie eng muss man verdrillen?
Im Video sieht man, dass die Störungen bei leichter Verdrillung noch schwanken. Damit sich die Felder von zwei Windungen aufheben, müssen diese natürlich etwa gleich stark sein. Es hängt also von der Homogenität des Magnetfeldes ab, ob eine enge Verdrillung nötig ist. Liegt eine Leitung in relativ gleichmässigem Abstand zu anderen, dann hilft schon eine leichte Verdrillung. Führt sie hingegen im Zickzack kreuz und quer durch die Gegend, dann ist eine enge Verdrillung nötig. Liegen zwei Leitungen so nebeneinander, dass die Verdrillung bei beiden synchron verläuft, dann ist es theoretisch möglich, dass sie unwirksam wird.
Regenschirm gegen kapazitive Kopplung
Hat man es nicht nur mit Stromänderungen, sondern auch mit schnellen Spannungsänderungen zu tun, dann werden Störströme kapazitiv eingekoppelt. Dagegen nützt ein Verdrillen nur im tieferen Frequenzbereich, wie beispielsweise in der Hausinstallation.
Will man sich vor hochfrequenten kapazitiv eingekoppelten Störungen schützen, dann muss eine Abschirmung her, die korrekt angeschlossen ist, wie das nachfolgende Video zeigt.
Ein käufliches Signalkabel oder ein Motorenkabel ist sowohl verdrillt, wie auch abgeschirmt. Zudem wird beim Aufbau speziell auf eine symmetrische Konstruktion geachtet. Dadurch erreicht man bei richtiger Kabelkonfektionierung eine optimale Immunität gegen die Einkopplung von magnetischen und elektrischen Feldern.
Insbesondere im Schaltschrank ist es natürlich oft viel praktischer, einzelne Litzen zu ziehen. Das ist nicht verkehrt, nur ist dann ein EMV-gerechtes Zonenkonzept innerhalb des Schrankes umso wichtiger, damit die Störungen nicht kreuz und quer verteilt werden. Denn wenn die Störungen mal überall sind, dann wird man sie nur schwer wieder los.
Stolperfallen
Bei der Verdrillung von Leitungen kann man nicht viel falsch machen. Die induzierten Spannungen löschen sich auf jedem Stück der Leitung gegenseitig aus.
Bei der Abschirmung sieht es anders aus. Weshalb?
Die Abschirmung bildet nur einen Teil des gewünschten Rückwegs für Störströme. Damit sie effektiv funktionieren kann, muss aber der ganze Strompfad für die hochfrequenten Ströme attraktiv sein.
Dazu sind folgende drei Regeln wichtig:
- Der Rückweg muss nahe am Hinweg sein: Zwischen dem Hinstrom und dem Rückstrom wird eine Fläche aufgespannt. Das Magnetfeld in dieser Fläche muss immer wieder umgepolt werden. Das will der Rückstrom aber nicht und sucht sich interessantere Wege.
- Der Rückweg muss eine kleine Impedanz aufweisen: Hohe Frequenzen fliessen an der Oberfläche. Die Erdverbindungen müssen deshalb möglichst grossflächig sein. Chassisbestandteile und Kabelkanäle sind perfekt geeignet, wenn sie denn auch beidseitig gut verbunden werden.
- No Pigtails: Ein Kabelschirm weist eine grosse Fläche auf und erhöht dadurch die Koppelkapazität gegenüber Störungen. Es ist daher wichtig, dass er diese «aufgesogenen» Störungen auch wieder abführen kann. Dazu braucht es grundsätzlich eine Rundumverbindung des Schirms an beiden Seiten.
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