Elektromagnetische Felder und Wellen Bakkalaureatsvertiefung VU 389.143

(1)

Autor: Kurt Lamedschwandner

TU-Wien VU 389.143 Folie 1

Elektromagnetische Felder und Wellen Bakkalaureatsvertiefung VU 389.143

Elektromagnetische Felder und elektronische Geräte

Kapitel 1.4 Gehäuseschirmung

Dr. Kurt Lamedschwandner, EMV-Prüfzentrum Seibersdorf, Seibersdorf Labor GmbH

https://www.seibersdorf-laboratories.at/produkte/elektromagnetische-felder

EMV-Prüfzentrum Seibersdorf

Inhalt

1.4 Gehäuseschirmung

 Absorptions- und Reflexionsdämpfung

 Schirmwirkung

 Öffnungen im Schirm

 Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz

 Leitfähige Sichtfenster

 Stoßstellen und Spalte zwischen Gehäuseteilen

 IEMI - Schutzkonzepte

Literatur

(2)

Titelbild: Absorberhalle

18 GHz Absorberhalle für Automotive- Komponententests, MIL-STD 461, DO-160

Beispiel für Raumschirmung

Ausführung: elektrisch leitfähige Schirmwände = Faraday´scher Käfig, meist verzinktes Stahlblech; verschweißt oder verschraubt; Wabenkamine für Lüftung; Türe mit Kontaktfedersystem; Zuleitungen gefiltert  hohe Schirmdämpfungen von über 100 dB erzielbar

EMV-Prüfzentrum Seibersdorf

Schirmwände

Störfeld

stellen die Schnittstelle zur em-Umwelt dar:

Entstörfilter

Störsenke

Schirmung Schirmung

Störstrom

Entstörfilter

Störquelle

Störfeld

Störstrom

Lösung für ungeschirmte Leitungen: Einsatz von Entstörfiltern; wichtig ist

eine gut leitende, flächige Verbindung des Filtergehäuses mit der

Schirmwand

(3)

führt ohne Vorkehrungen zur Reduktion der Schirmdämpfung

Lösung für geschirmte Leitungen: Außenhülle der Leitung ist an der Durchtrittstelle rundum gut leitend mit der Schirmwand zu verbinden (z.B.

Kabelschirm-verschraubung)

Durchführung von Leitungen durch eine Schirmwand

Schirmgehäuse

PCB

falsch

Störstrom

Schirmgehäuse

PCB

richtig

Störstrom

Messung mittels Paneel

Abmessungen: 50 cm x 50 cm

Blick von Innen auf das Paneel Blick von Außen auf das Paneel

Bestimmung von Schirmdämpfungen

EMV-Prüfzentrum Seibersdorf EMV-Prüfzentrum Seibersdorf

(4)

Schirmung

Hat 2 Aufgaben:

• Abschwächung der Störstrahlung einer Störquelle

• Schutz der Störsenke vor Störstrahlung

Störquelle Störsenke

Schirmdämpfung ist bestimmt durch:

• das verwendete Material selbst

• Größe, Geometrie und Anzahl der Gehäuseöffnungen Praxis: Öffnungen im Schirm (z.B. Lüftung) bestimmen den Schirmdämpfungswert!

Schirmwirkung von Metallblechen

Luft Z

0

Luft Z

₀

Metall

Z

M

E

_Md

E

_i

E

r

E

_t

E

_M

E

_Mr

H

Md

H

i

H

_r

H

t

H

_M

H

_Mr

d

S…Schirmdämpfung als Funktion der Frequenz f E…elektr. Feldstärke, H…magnet. Feldstärke i…incident, t…transmitted

Bei den Impedanzsprüngen tritt Reflexion und Transmission auf.

Innerhalb des Metalls erfolgt Absorption wegen der ohm´schen Verluste.

 

 



 

 ( )

) log ( 20 ] [ )

( E f

f dB E

f S

t i E

 

 



 

 ( )

) log ( 20 ] [ )

( H f

f dB H

f S

t i H

(5)

Berechnung Schirmdämpfung

Schirmdämpfung:

…Eindringtiefe, f…Frequenz, d…Dicke der Schirmwand

…el. Leitfähigkeit des Materials, _r

…Permeabilität des Materials

Z0…Feldwellenwiderstand Luft, ZM…Feldwellenwiderstand Material

 A steigt mit d, f, µ, σ

Für Z = Z

₀

:

 R steigt mit σ

 R sinkt mit f, µ Für Z ≠ Z

₀

(Nahfeld):

 R steigt bei Z > Z

₀

(Dipol)

 R sinkt bei Z < Z

₀

(Loop) Absorptionsdämpfung:

Mit Eindringtiefe:

   

^

        

r

 

d

f d e

dB

A 20 log 8 , 686

0





 



 



 



 

f 1 2

  dB A     dB R dB

S  











     

 f

Z

_M

2   _



 





 



Z

M

dB Z

R 20 log 4

⁰

Reflexionsdämpfung:

Mit Materialimpedanz:

Absorptionsdämpfung

Eindringtiefe (proportional: 1/f, 1/ , 1/µ )

Quelle: Reiser und

Garbe (2002)

(6)

Absorptionsdämpfung

Reflexionsdämpfung

Je stärker der Sprung im Feldwellenwiderstand, desto größer die Reflexion (im Fernfeld proportional: , 1/f, 1/µ _r ).

Quelle: Reiser und

Garbe (2002)

(7)

Messingblech

Schirmdämpfung gerechnet für d = 1 mm und d = 0,5 mm

0 50 100 150 200 250 300

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000

Frequenz [MHz]

Schirmdämpfung [dB]

A [dB] für d= 1 mm S [dB] für d = 1 mm R [dB]

A [dB] für d= 0,5 mm S [dB] für d = 0,5 mm

Gilt nur im Fernfeld (Z ₀ = 377 Ω)!

Impedanz von Materialien

Impedanz von gut leitfähigen Materialien ist bei niedrigen

Frequenzen sehr gering!

(8)

Impedanz von Feldern

Reflexionsdämpfung im Nahfeld

Fernfeld einer Strahlungsquelle: Z = 377  Material: Z < 377 

Nahfeld Dipol: Z > 377  hohe Reflexionsdämpfung!

Nahfeld Loop: Z < 377  geringe Reflexionsdämpfung!

Niederfrequente Magnetfelder sind nur mit magnetischen

Materialien abzuschirmen (Mu-Metall)!

(9)

entstehen durch:

 Lüftungsöffnungen

 Öffnungen für Bedienelemente und Displays

 Gehäuseverbindungsstellen ohne Dichtungen

 Beschädigungen bzw. Korrosionseffekte bei den Dichtungen

 Unsachgemäße Kabeleinführungen

 …

reduzieren die Schirmwirkung

 weil der durch das Wechselfeld induzierte Schirmstrom nicht mehr ungehindert fließen kann und

 dadurch „Schlitzantennen“ angeregt werden.

 Besonders ungünstig: sehr lange Schlitze

Öffnungen im Schirm

Max. erlaubte Schlitzlänge?

in Abhängigkeit von Frequenz und Schirmdämpfung:

wenn z.B. 20 dB SD gefordert

(10)

Einfluss Schlitzlänge und -anzahl

] 2 [ log

20 dB

S l

 

 

] [ log 10 log

20 n n dB

S      



Literatur: Ott (2009)

S…Schirmdämpfung, l…größte Längsausdehnung, n…Anzahl der Öffnungen, λ…Wellenlänge

Näherungsformel:

Faustformel für die Praxis: l ≤ λ/10

 Schlitzlänge λ/2 reduziert S auf 0!

 Halbierung der Schlitzlänge bringt 6 dB Verbesserung

 Erhöhung der Schlitzanzahl verringert S

2 Schlitze  -3 dB 5 Schlitze  -7 dB 10 Schlitze -10 dB

Messinggehäuse

für Schirmdämpfungsmessungen:

Hornantenne für f > 1 GHz

30 MHz – 3 GHz: 70 – 100 dB Messdynamik realisierbar!

Gehäuseabmessungen:

60 cm x 60 cm x 90 cm

Gehäuse ist mit Schaumstoff-

Pyramidenabsorbern ausgekleidet.

(11)

Welche Geometrie ist optimal?

Ausführungsform 1: Ausführungsform 2:

Schlitz 294 mm x 15 mm 5 parallele Schlitze je 294 mm x 3 mm

15 parallele Schlitze 2 Schlitze

je 294 mm x 1 mm je 147 mm x 15 mm

10 Schlitze 30 Schlitze

je 147 mm x 3 mm je 147 mm x 1 mm

Quadrat mit Loch mit 75 mm

66,5 mm x 66,5 mm Durchmesser

25 Löcher mit 225 Löcher mit

je 15 mm Durchmesser je 5 mm Durchmesser

343 mm x 343 mm große Messingplatten mit 4410 mm² Lüftungsquerschnitt

Empfangsantenne

IEEE - Bus Meßempfänger

Personal Computer

Signal- generator

IEEE - Bus Messinggehäuse

zu messende Gehäuseteile

34 cm

Sendeantenne 3 m

6,6 m

eingelötete N - Durchführung

R & S SMG

R & S ESVP

55 cm Leistungsverstärker

doppelt geschirmtes Kabel mit Ferriten

Kabel schirmtes doppelt ge-

Mini-Circuits ZHL 2-8

Messaufbau in der Absorberhalle

Quelle: Lamedschwandner und Garn (1998)

(12)

Parallele Schlitze

ΔS = -7dB (n=5) bzw. -12dB (n=15)

0 5 10 15 20 25 30

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Frequenz [MHz]

S chi rm dä m p fung [d B ]

1 Schlitz 294 mm x 15 mm vertikal (Ausff. 1) 5 Schlitze je 294 mm x 3 mm vertikal (Ausff. 2) 15 Schlitze je 294 mm x 1 mm vertikal (Ausff. 3)

l = λ/2

Halbierung der Schlitzlänge

-5 0 5 10 15 20 25 30

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Frequenz [MHz]

S chi rm dä m p fun g [d B]

2 Schlitze je 147 mm x 15 mm vertikal (Ausff. 4) 10 Schlitze je 147 mm x 3 mm vertikal (Ausff. 5) 30 Schlitze je 147 mm x 1 mm vertikal (Ausff. 6) 1 Schlitz 294 mm x 15 mm vertikal (Ausff. 1)

Halbierung der Schlitzlänge: ΔS = +6dB

(13)

Geometrien Loch und Quadrat

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Frequenz [MHz]

S chi rm dä m p fung [ d B]

Meßdynamik

225 Löcher mit je 5 mm Durchmesser (Ausff. 10) 25 Löcher mit je 15 mm Durchmesser (Ausff. 9) 1 Loch mit 75 mm Duchmesser (Ausff. 8) 1 Quadrat mit 66,5 mm x 66,5 mm (Ausff. 7) 2 Schlitze je 147 mm x 15 mm vertikal (Ausff. 4)

Größte Längsausdehnung l bestimmt Schirmwirkung!

Daher günstig: viele kleine Öffnungen!

Faustformel für die Praxis: l ≤ λ/10

Größte Längsausdehnung

f…Frequenz; l…größte Längsausdehnung einer Öffnung; λ…Wellenlänge

l dB

S 14

2 log 10 2 20

log

20   

 

 

Wenn l = λ/10:

l = 300 mm entspricht Ausführungsform 1

Messwert beträgt ca.16 dB

(14)

Näherungsformel für Lochbleche

Ausführungsform 10: d=5 mm, N=225 Löcher, h=b=D=280 mm, c=20 mm, t=0,5 mm

Bedingung f << f

_c

; f ≤ f

_c

/10

im gesamten Messbereich erfüllt!

b h

D  * Quelle: Weston (2001)

Vergleich 30 MHz – 1 GHz: Messwerte liegen zwischen 75 dB und 57 dB

d GHz c

f f^c 3,5

10

* 5

* 1 , 17

10

* 300

* 1 , 17

10 ³

6

0  



 _

  dB

d D c d

dB t

S 66 , 0

005 , 0

28 , 0

* 02 , log 0

* 20 8 , 5 3

5 ,

* 0

* 32 log

* 20 8 , 3

*

32

₃

2 3

2

  

 



 



 



 



 





ermöglichen unterhalb der Grenzfrequenz f _c eine hohe Schirmdämpfung trotz Gehäuseöffnung

Hohlleiter

S…Schirmdämpfung, c

₀

…Lichtgeschwindigkeit, f

_c

….Cut-off frequency (Grenzfrequenz),

λ

_c

…Cut-off wavelength, d….Durchmesser des Hohlleiters, t…..Rohrlänge des Hohlleiters Quelle: Gonschorek (2005)

Cut-off Frequenz für Kreishohlleiter:

d d c f c

c c

8 0

0

1 , 75 * 10

* 71 ,

1 



  Wenn t/d ≥ 3 Schirmdämpfung ca.100 dB:

d

S  32 * t

(15)

Kreishohlleiter

GHz

f

_c

2 , 5

07 , 0

10 * 75 ,

1

⁸



Geometrie: d = 7 cm, t = 21 cm  ^S ^ ³² ^* ³ ^ ⁹⁶ ^dB

Rohrlängen: 0 cm, 7 cm, 14 cm und 21 cm

0 20 40 60 80 100 120 140

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

L21 Simulation L21 Messung

0 20 40 60 80 100 120 140

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

L14 Simulation L21 Simulation L14 Messung L21 Messung

0 20 40 60 80 100 120 140

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

L7 Simulation L21 Simulation L7 Messung L21 Messung

0 20 40 60 80 100 120 140

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

L0 Simulation L7 Simulation L14 Simulation L21 Simulation L0 Messung L7 Messung L14 Messung L21 Messung

Wellenausbreitung

Geometrie Kreishohlleiter: d = 7 cm, t = 21 cm

f = 1,28 GHz

f = 2,56 GHz

(16)

Kreishohlleiter mit Leitung

Geometrie: d = 7 cm, t = 21 cm

Ein Hohlleiter funktioniert nur dann als Hochpass, wenn sich kein leitfähiges Material in seinem Inneren befindet.

Vergleich von Messergebnissen mit und ohne Kabelschirmauflegung siehe nächste Folie.

Kreishohlleiter mit Leitung

Leitung nicht aufgelegt

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

Simulation Messung

Leitung außen aufgelegt

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

Simulation Messung Leitung innen aufgelegt

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

Simulation Messung

Leitung beidseitig aufgelegt

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

f [GHz]

S [dB]

Simulation Messung

(17)

Öffnungen höchstmöglicher Schirmdämpfung realisiert man als Hohlleiter

Quelle: Ott (2009)

Praxisbeispiel: Wabenkamine als Lüftungsöffnungen

Praxisbeispiel: Durchführung durch eine Schirmwand

Montage eines Potentiometers in Gehäuse mit hoher Schirmdämpfung

Quelle: Goedbloed (1990)

(18)

Schirmfenster für Displays

Zwischen den Glas- oder Kunststoffscheiben sind gestrickte oder gewebte Drahtgitter eingearbeitet.

Die Maschenweite und der elektrische Kontakt an den Drahtverbindungsstellen

beeinflussen die Schirmdämpfung.

Eine gut leitfähige Verbindung des Drahtgitters mit dem Gehäuse ist wichtig.

Source: Chomerics (2007)

Stoßstellen und Spalte

zwischen Gehäuseteilen bilden Schlitzstrahler!

Verbindung von Gehäuseteilen kann erfolgen durch:

• Federleisten

• leitfähige Dichtungen

(19)

Für die Praxis ist folgendes wichtig:

 Die Schirmdämpfung wird nicht primär durch das leitfähige Material bestimmt, sondern durch die Öffnungen im Schirm.

Wirkung von Schirmgehäusen

 Für große Öffnungen Hohlleitereffekt ausnützen und darauf achten, dass die Hochpasswirkung nicht durch einen elektrischen Leiter zerstört wird. (Abhilfe: LWL)

 Viele kleine Löcher/Quadrate sind günstigste Ausführungsform.

 Das Ausmaß der Leckstrahlung ist hauptsächlich durch die maximale Längsausdehnung einer Öffnung bestimmt.

IEMI - Schutzkonzepte

sollten folgendes berücksichtigen:

 EMV-Analyse

und daraus abgeleitet erhöhte EMV-Anforderungen und Störsicherheitsabstände für systemkritische Komponenten durchgängig auf allen Ebenen

 Systemüberlegungen unter Berücksichtigung der

o räumlichen (z.B. Zonenkonzept, geschirmte Räume, Umzäunung), o organisatorischen (z.B. Zutritt, Sicherheitsunterweisung), o HW-technischen (z.B. Härtung gegen Beeinflussung) und o SW-technischen (z.B. Defensive Programming) Gegebenheiten.

o Wenn sicherheitskritisch: verteilte redundante Systeme, Fail-Safe-Prinzip

 Betrachtung des Systems unter dem Gesichtspunkt der funktionalen Sicherheit o Systemanalyse / Risikoanalyse mit IEMI als Risikoaspekt

o Sicherstellen der funktionalen Sicherheit über die Lebenszeit des Systems

(20)

EMV elektronischer Geräte:

 EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit

 EMC: Electromagnetic Compatibility

 EMB: Elektromagnetische Beeinflussung

 EMI: Electromagnetic Interference

 IEMI: Indended Electromagnetic Interference

 ESD: Electrostatic Discharge

 EMP: Electromagnetic Pulse

 NEMP: Nuclear Electromagnetic Pulse

 LEMP: Lightning Electromagnetic Pulse

Fachbegriffe

IC

Zaun

beinhaltet Systemkomponente, die bestmöglich geschützt werden muss

zentraler Erdungspunkt Yagi-Antenne

Wege der Einkopplung

leitungsgeführte Störung Fenster

Erdkabel Telefonleitung

Gebäude

Störfeld

PCB

(21)

TU-Wien VU 389.143 Folie 41 IC

Zaun

Yagi-Antenne

Erdkabel Telefonleitung

Zone 1: Gebäude

PCB

Zone 2: Anlage

Raum- schirm Gebäude- schirm

Zone 3: System System-

rack

Zone 4: Gerät Geräte-

gehäuse

zentraler Erdungspunkt

Zone 0: Umwelt

Maßnahme Zonenkonzept

Abstand bewirkt Feldreduktion

r E  7  P

PCB IC Zone 4: Gerät

Zone 3: System

Zone 2: Anlage

Zaun

Zone 1: Gebäude Zone 0: Umwelt

Filter 1 Filter 2 Filter 3 Filter 4 Schirm 4 Schirm 3 Schirm 2 Schirm 1

Abstand r Filter 5

Störfeld

E _S ,H _S E ₀ ,H ₀ E ₁ ,H ₁

E

₂

,H

₂

E

₃

,H

₃

E

₄

,H

₄

Angriff mit Störsender

zentraler Erdungspunkt

(22)

Entkopplung der Zonen durch Schirmwände:

 Gebäude- (Stahlbeton, verschweißte Gitterpunkte) sowie Raum-, System-, Geräteschirmung (Faraday´sche Käfige)

 Fenster, Leckstellen bei Dichtungen, Gehäuseöffnungen,… reduzieren die Schirmdämpfung S

 Gesamtschirmdämpfung ergibt sich durch Addition:

Schirmung

S(f)..Schirmdämpfung als Funktion der Frequenz f

E

₀

….Amplitude der elektrischen Feldstärke vor der Schirmwand bei der Frequenz f E

₁

….Amplitude der elektrischen Feldstärke hinter der Schirmwand bei der Frequenz f H

₀

….Amplitude der magnetischen Feldstärke vor der Schirmwand bei der Frequenz f H

_1.

…Amplitude der magnetischen Feldstärke hinter der Schirmwand bei der Frequenz f

 

 



 

 ( )

) log ( 20 ] [ ) (

1 0

f E

f dB E

f

S

_E

 

 



 

 ( )

) log ( 20 ] [ ) (

1 0

f H

f dB H

f S

_H

] [ ]

[ ]

[ ] [ ]

[

₍₀_,₁₎ ₍₁_,₂₎ ₍₂_,₃₎ ₍₃_,₄₎

) 4 , 0

(

dB S dB S dB S dB S dB

S

_E



_E



_E



_E



_E

] [ ]

[ ]

[

₍₀_,₁₎ ₍₁_,₂₎ ₍₂_,₃₎ ₍₃_,₄₎

) 4 , 0

(

dB S dB S dB S dB S dB

S

_H



_H



_H



_H



_H

Zone 3: System

Zone 2: Anlage

Zaun

Zone 1: Gebäude Zone 0: Umwelt

Filter 1 Filter 2 Filter 3 Schirm 4 Schirm 3 Schirm 2 Schirm 1

Abstand r Filter 5

Erdkabel U ,I

U ₁ ,I ₁ ^U

²

^,I

²

^U

³

^,I

³

^U

⁴

^,I

⁴ ^U⁵^,I⁵

leitungsgeführte Störung

U ,I

Filter 4

Angriff über Erdkabel

zentraler Erdungspunkt

(23)

TU-Wien VU 389.143 Folie 45 PCB

IC Zone 4: Gerät

Zone 3: System

Zone 2: Anlage

Zaun

Zone 1: Gebäude

Zone 0:

Umwelt

Filter 1 Filter 2

Filter 3 Filter 4 Schirm 4 Schirm 3

Schirm 2 Schirm 1

Abstand r

Filter 5 Telefonleitung

zentraler Erdungspunkt

Angriff über Telefonleitung

Störfeld

E _S ,H _S

E ₀ ,H ₀

U ₀ ,I ₀

leitungsgeführte Störgröße

U

₂

,I

₂

U

₃

,I

₃

U

₄

,I

₄ U₅,I₅

U ₁ ,I ₁

Zone 3: System

Zone 2: Anlage

Zaun

Zone 0:

Umwelt

Filter 1

Filter 2

Filter 3

Filter 4

Schirm 4 Schirm 3

Schirm 2 Filter 5

Schirm 1

Yagi-Antenne

Zone 1: Gebäude

U₅,I₅

U

₃

,I

₃

leitungsgeführte Störgröße

Störfeld

E ₀ ,H ₀

E _S ,H _S

U ₀ ,I ₀ U ₁ ,I ₁

U

₂

,I

₂

U

₄

,I

₄

zentraler Erdungspunkt

Angriff über Antenne

(24)

TU-Wien VU 389.143 Folie 47 PCB

IC Gerät ohne Schirmung

Filter Filter Filter Schirm Schirm

leitungsgeführte Störgröße

Zone 0: Gebäude

Zone 1: Anlage

Zone 2: System

Erdkabel Störfeld

zentraler Erdungspunkt

Angriff im Gebäude

= reduzierte Zonenanzahl

 Präventive Maßnahmen:

Möglichst früh im Projektablauf beginnen: EMV-Systemanalyse => techn.

Maßnahmen => Überprüfung durch Vor-Ort-Tests z.B. nach Abschluss der Bauarbeiten, Überprüfung der geforderten Störsicherheitsabstände, mögliche Angriffspunkte getarnt ausführen (z.B. Camouflage-Abdeckungen für Antennen), evt.

Redundanzen im System vorsehen

 Maßnahmen während einer Beeinflussung:

System nimmt sicheren d.h. Fail-Safe-Betriebszustand ein z.B. Systemabschaltung;

weiterarbeiten im Hand-Betriebsmodus ggf. möglich, oder redundantes System übernimmt.

 Maßnahmen zur Konsolidierung:

Systembeeinflussungen durch Vor-Ort-Test nachzustellen versuchen, daraus entsprechende Abhilfemaßnahmen ableiten und implementieren.

BITTE NICHT: Abschaltung der Sicherheitsfunktionen!

Technische Schutzmaßnahmen

zu verschiedenen Zeitpunkten:

(25)

Feldstärkepegel [dBµV/m]

Frequenz [Hz]

Störfeldstärkepegel

Störfestigkeitspegel einer Komponente

Störbeeinflussung wahrscheinlich

Störsicherheitsabstand (Immunity Margin)

Störsicherheitsabstand

Störbeeinflussung dann möglich, wenn Störsicherheitsabstand nicht eingehalten wird.

Ziel: EM-Verträglichkeit sicherzustellen und Störbeeinflussungen zu vermeiden.

 Präventive Maßnahmen:

Berücksichtigung der EMV-Anforderungen bereits in der frühen

Planungsphase => Festlegung der EMV-Zonen inkl. Umzäunung, Festlegung Platzierung EMV-kritischer Systeme (großer Abstand zum Zaun, ggf. unter der Erde), Besucheranmeldung, Zutrittskontrolle, Videoüberwachung,

Fotografierverbot, Sicherheitsbeauftragte mit EMV-Kenntnissen

 Maßnahmen während einer Beeinflussung:

Identifizieren wo und wie die Störung ins System kommt (falls möglich); bei wiederkehrenden Beeinflussungen: Doku (wann?, Art der Störung?, ….)

 Maßnahmen zur Konsolidierung:

Organisatorische Betriebsabläufe hinsichtlich Sicherheit verbessern z.B.

verstärkte Zutrittskontrolle (ggf. Zutrittssysteme mit Aufzeichnung bei allen kritischen Gebäuden anbringen)

Org. Schutzmaßnahmen

zu verschiedenen Zeitpunkten:

(26)

EMV-Umwelt

PCB/IC-Ebene

System/Geräte-Ebene

Gebäude/Anlagen-Ebene

Schnittstellen

Wirkungsbereichsebenen von Schutzmaßnahmen

Schutzmaßnahmen gegen em-Bedrohungen sind umso wirkungsvoller:

 Wenn alle Ebenen einbezogen werden:

o Gebäude, Anlage, System, Gerät, Embedded System (PCB, IC)

 Wenn alle Einkopplungswege betrachtet werden:

o Feldgebunden (durch Schirmwände, über Antennen)

o Leitungsgebunden (über Energieversorgungsleitungen, über Telefonleitungen)

 Wenn alle Arten vom Schutzmaßnahmen gesetzt werden:

o Organisatorische Maßnahmen (bei Planung, bei Errichtung, im Betrieb) o Technische Maßnahmen (HW-technisch, SW-technisch, Redundanzen)

 Wenn zu jedem Zeitpunkt Schutzmaßnahmen getroffen werden:

o Präventive Maßnahmen

o Maßnahmen während einer Bedrohung o Konsolidierende Maßnahmen

Zusammenfassung IEMI ⁽¹⁾

(27)

Dabei lassen sich hohe Störgrößen nur durch eine Kaskadierung von Schutzmaßnahmen wirkungsvoll abbauen:

 = gestaffelter Schutz = ZONENKONZEPT

o Aufeinanderfolgende Schirme

o Filter- und Überspannungsschutzkaskade

 Tritt trotz aller Maßnahmen eine Systemstörung auf, muss sichergestellt sein, dass

o das System keinen unsicheren Betriebszustand einnimmt.

o FAIL SAFE PRINZIP: „If the system fails it has to fail safe.“

 Stufenweise Überspannungsbegrenzung:

o Grobschutz: z.B. Funkenstrecke / Hauptverteiler

o Mittelschutz: z.B. Hochleistungsvaristoren, Gasableiter / Unterverteilern o Feinschutz: z.B. Suppressordioden / Endgeräte

Zusammenfassung IEMI ⁽²⁾

Literatur

 Goedbloed, J. J. (1990): “Elektromagnetische Verträglichkeit - Analyse und Behebung von Störproblemen”, Pflaum Verlag, München, ISBN 3-7905-0672-9

 Gonschorek, K. H. (2005): „EMV für Geräteentwickler und Systemintegratoren“, 2005, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-23436-3

 Gruber T, Neubauer G, Weinfurter A, Böhm P, Lamedschwandner K (2013):

"Derived Hazard Analysis Method for Critical Infrastructure", Vortrag: SAFECOMP 2013, Toulouse; 24.09.2013; in: "Safecomp 2013 Workshops", LAAS-CNRS, Toulouse, S. 253 – 264, ISBN: 2-907801-09-0

 Kohling, A. (2012): „EMV – Umsetzung der technischen und gesetzlichen Anforderungen an Anlagen und Gebäude sowie CE-Kennzeichnung von Geräten“, 2. Auflage, VDE-Verlag, Berlin und Offenbach, ISBN 978-3-8007-3094-0

 Lamedschwandner K, Garn H (1998): “Der Einfluß von Gehäuseöffnungen auf die Schirmdämpfung von Geräten“, EMV ´98, 6. Int. Fachmesse und Kongress, Düsseldorf, Proceedings S. 447 – 456, VDE-Verlag, ISBN 3-8007-2324-7

 Lamedschwandner, K: ”Schutzmaßnahmen gegen elektromagnetische

Bedrohungen“, Vortrag beim Abschlussworkshop zu Projekt SEMB – Sicherheit

gegen elektromagnetische Bedrohungen kritischer Infrastrukturen, KIRAS

Sicherheitsforschung, Wien, Tech Gate, 23. Jänner 2013

(28)

Literatur

 Neubauer G, Teichmann F, Türk C, Gruber T, Lamedschwandner K, Weinfurter A, Böhm P, Cecil S, Preinerstorfer A (2013): „Schutz gegen elektromagnetische Bedrohungen“, Truppendienst Bundesheer, Zeitschrift für Ausbildung, Führung und Einsatz, BMLVS, 1090 Wien, Heft 5/2013, Nr. 335, S. 479 – 482

 Neubauer G, Weinfurter A, Lamedschwandner K, Gruber T, Preinerstorfer A, Cecil S (2013): “Intended electromagnetic threats and possible risks for humans”, BioEM 2013, Thessaloniki; 10.06.2013 - 14.06.2013; in: "BioEM 2013", Bioelectromagnetics Society, S. 3 - 5

 Ott, H. W. (2009): “Electromagnetic Compatibility Engineering”, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN: 978-0-470-18930-6; (earlier ed. published under title: „Noise Reduction Techniques in Electronic Systems“, 2nd ed., Wiley, 1988)

 Paul, C. R. (2006): „Introduction to Electromagnetic Compatibility“, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN-13: 978-0-471-75500-5

 Reiser, P. und Garbe, H. (2002): „Messverfahren zur Wartung von geschirmten Gehäusen“, In: Schwab, A. (Hrsg.), EMV 2002, 10. Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit, 9. – 11. April 2002, Düsseldorf, Proceedings S. 83 – 92, VDE-Verlag, ISBN 3-8007-2684-X