Elektromagnetische Verträglichkeit
Verringerter Ableitstrom
Sind Patienten an medizinische Geräte angeschlossen, muss der Ableitstrom sehr gering sein. Andererseits sollte auch die Störaussendung dort besonders niedrig sein, was große EMV-Filter nötig macht. Das führt aber zu einem hohen Ableitstrom. Wie lassen sich diese divergierenden Anforderungen erfüllen?
Ein stetiges Mehr an elektronischen Geräten und ihre Wechselwirkung führen dazu, dass passende EMV-Filter heute wichtiger sind denn je. Dabei müssen nicht nur die EMV-Gerätegrenzwerte eingehalten werden Störaussendung), auch der zuverlässige Betrieb des Geräts muss selbst unter schwierigen Bedingungen gewährleistet sein.
So ist auch der Schutz gegen Störungen von anderen Geräten und aus dem Netz erforderlich (Beeinflussung). Ein zuverlässiger EMVSchutz trägt wesentlich zur Sicherung der Maschinenverfügbarkeit bei, was wiederum Hersteller von Systemen, Maschinen und Anlagen als Verkaufsargument für ihre Produkte nutzen können.
Epcos bietet drei neue Serien von Zwei-Leiter-Filtern an: »SIFI-F« (B84111F), »SIFI-G« (B84112G) und »SIFI-H« (B84113H).
Diese sind auch in Versionen mit einem Ableitstrom von 0,002 mA verfügbar und eignen sich damit für Anwendungen in der Medizintechnik.
Die neuen SIFI-Familien unterscheiden sich hauptsächlich in den Dämpfungseigenschaften und Abmessungen. SIFI-F deckt mit den kleinsten Abmessungen den Bereich der normalen Anforderungen an die Entstörwirkung ab.
Das Gehäuse der 10-A-Version benötigt inklusive der Anschlüsse und Befestigungslaschen eine Grundfläche von 60 mm x 60 mm.
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Bei erhöhten Anforderungen an die Dämpfungseigenschaften empfiehlt sich der Einsatz von SIFI-G.
Besonders bei Frequenzen unterhalb von 1 MHz bietet es gegenüber SIFI-F verbesserte Werte bei der asymmetrischen Einfügungsdämpfung.
In Bild 2 ist die asymmetrische Einfügungsdämpfung (Common Mode) der 3-Aversionen von SIFI-F (B84111FB30), SIFI-G (B84112GB30) und SIFI-H (B84113HB30) in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt.
Reicht die Einfügungsdämpfung von SIFI-G nicht aus, sollte SIFI-H zum Einsatz kommen, ein zweistufiges Filter mit der höchsten Einfügungsdämpfung. Bereits ab etwa 0,1 MHz und bis ungefähr 50 MHz reduziert es die leitungsgebundenen symmetrischen und asymmetrischen Störspannungen.
Damit lassen sich je nach Störquelle auch für starke Störer auch hohe Anforderungen wie zum Beispiel die Grenzwerte der Klasse C1 nach EN 61800-3 (2004) für leitungsgebundene Störspannungen einhalten.
Auswahlkriterien
Bild 1 bietet eine Auswahlhilfe und führt in wenigen Schritten zum EMVFilter mit den richtig dimensionierten Eigenschaften und damit zur kostengünstigsten Lösung.
Wenn anhand der Dämpfungsanforderungen die passende SIFI-Familie (F, G oder H) gewählt ist, gilt es den Ableitstrom zu betrachten. Alle neuen SIFI sind sowohl als Standard- als auch als Version für die Medizintechnik verfügbar.
Die Standardversion hat je nach Ausführung einen Ableitstrom im Bereich von 0,5 mA bis 3,5 mA. Bei der Filterversion für die Medizintechnik wurde der Ableitstrom auf maximal 0,002 mA begrenzt, da für diesen bei solchen Anwendungen strenge Grenzen gelten.
Bei der Auswahl des Bemessungsstroms stehen Filter von 3 A bis 36 A zur Verfügung. Die Bemessungsspannung beträgt für alle Typen 250 V. Da der Hersteller die eingesetzten Komponenten gegenüber der Vorgängergeneration weiter optimiert hat, ist die maximale Umgebungstemperatur nun mit +100 °C spezifiziert, entsprechend Klimakategorie 25/100/21 nach IEC 60068-1.
Dies führt bei höheren Temperaturen zu einem geringeren und damit verbesserten Strom-Derating. Zudem wurde das komplette SIFI-Spektrum UL-, cUL- und ENEC-approbiert.
Damit vereinfacht sich die Zulassung der Endprodukte für den amerikanischen, kanadischen und europäischen Markt. Als Anschlüsse dienen bei SIFI-G und -H Flachstecker bis 16 A und Gewindebolzen ab 20 A. SIFI-F hat Flachstecker bis 20 A und Gewindebolzen ab 25 A.
Breites Anwendungsspektrum
Die Version für die Medizintechnik wird dort eingesetzt, wo es auf einen geringen Ableitstrom ankommt. Dies kann der Fall sein bei Röntgengeräten, Computertomographen, Ultraschallgeräten und anderen Diagnosegeräten.
Gerade in der Medizintechnik ist eine leistungsstarke und zuverlässige EMV wichtig, da Patienten in engsten Kontakt mit den medizinischen Diagnosegeräten kommen. Entsprechend gering müssen die Ableitströme sein, zumal Gerätefehlfunktionen beispielsweise bei lebenserhaltenden Systemen ausgeschlossen werden müssen.
Aber auch bei anderen Anwendungen, bei denen der Ableitstrom begrenzt werden muss, kann die SIFI-Version für die Medizintechnik eingesetzt werden – etwa in einer FI-Schutzschalter-Umgebung.
Verringerter Ableitstrom
In Bild 3 sind beispielhaft die Störspannungsmessungen an einem Solarwechselrichter zu sehen. Im ersten Fall – ohne EMV- Filter – liegen die Werte teilweise deutlich über den Grenzwerten der Klasse A (industrielle Umgebung).
Im zweiten Fall wurde ein »SIFI-G B84112GG125« (25 A) mit erhöhter Dämpfung eingesetzt.
Damit konnten die Störspannungen auf Werte unterhalb der Grenzen für Klasse A nach DIN EN 55011 (2007) reduziert werden.
Einbauhinweise für EMV-Filter
Beim Einbau des Filters sollte das Gehäuse möglichst großflächig mit der Masse (Oberfläche ohne Lackschicht) der anderen Baugruppen verbunden werden. Dies ist besonders bei Störfrequenzen von über 1 MHz zu beachten. Bei solch hohen Frequenzen ist der Masse-Anschluss per Kabellitze unbedingt zu vermeiden (siehe Abbildung).
Eine Kabellitze von 10 cm Länge hat eine Impedanz von zirka 140 nH. Damit ergibt sich zum Beispiel bei einer Störfrequenz von 20 MHz bereits eine Impedanz von 17 Ω. Dies ist als Masseverbindung zu hochohmig, sodass aufgrund dieser Litzenanbindung im höherfrequenten Bereich praktisch keine Filterwirkung unabhängig von dem eingesetzten Filter mehr erzielt wird.
Ob einoder zweistufig, in diesem Beispiel würden alle Filterkonzepte versagen. Einzig die niederohmige, breitflächige Massung schafft Abhilfe.
Eine in der Praxis häufig auftauchende Fehlerquelle ist die fehlende Trennung von störbehafteten Leitungen und gefilterten Leitungen. Dadurch können Störungen überkoppeln und somit die Filterwirkung stark reduzieren. Daher ist in jedem Fall auf eine räumliche Trennung von ungefilterten und gefilterten Leitungen zu achten. Wo dies nicht möglich ist, müssen Trennbleche oder Kabelkanäle die Leitungen voneinander entkoppeln.
Auch die Leitungen rechtwinklig zu kreuzen oder zu verdrillen, kann Abhilfe schaffen. Dadurch lässt sich die magnetische Streufeldkopplung verringern. Beim Einsatz von geschirmten Leitungen ist der Schirm beidseitig großflächig mit dem Bezugspotential zu verbinden.
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