Injektoren und Patchpanels auf PoE-Basis Keine Chance für Schirmströme

In der Industrie müssen die Kommunikationsnetze die Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen unterstützen. Um den Gefahren aus Überspannungen, unterschiedlichen Potenzialen und EMV-Einflüssen zu trotzen, sind ausfallsichere Schutzmechanismen gerade in Ethernets unentbehrlich.

Unerwünschte Kabelschirmströme verursachen viele Störungen in Netzwerken. Doch woher kommen sie? Und ist ihr Vorhandensein nicht normal, denn schließlich dient der Schirm der Ableitung von Strömen? Die zweite Frage ist mit einem klaren Nein zu beantworten. Der Schirm eines Datenkabels hat in erster Linie die Aufgabe, induktiv gekoppelte Störungen von außen abzufangen, die Kommunikationsleitungen davor zu schützen und die EMV-Einflüsse gegen Erde abzuleiten. Die Schirmströme, die sich teilweise im Ampere-Bereich bilden, haben eine andere Quelle. Häufig entstehen sie durch Potenzialunterschiede in den verschiedenen Anlagenteilen.

Ungünstige Energieverteilung bei Ausführung als Vierleitersystem

Die Nachteile eines Netzwerkaufbaus beginnen bereits bei der Elektroinstallation. Die unterschiedlichen Verfahren zur Energieverteilung in industriellen Anlagen bergen ein hohes Risikopotenzial für Störungen in den hochempfindlichen Netzwerken – und das gerade bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten und Bandbreiten. Ist die Elektroinstallation beispielsweise als Vierleitersystem (drei Phasen und PEN) ausgeführt, übernimmt der vierte Leiter die Doppelfunktion als Schutzleiter (PE) und Neutralleiter (N). Dieses sogenannte TN-C-System bietet aus EMV-Sicht eine ungünstige Energieverteilung, denn betriebsbedingte Neutralleiterströme bewirken gefährlich hohe Schirmströme.

In der Anlagenverteilung eines Kommunikationsnetzwerks entstehen verschiedene Potenzialgrößen. Diese sind bestrebt, sich untereinander auszugleichen. Der Kabelschirm der Übertragungsleitungen stellt damit eine ideale niederohmige Verbindung dar. Zur Vermeidung eines solchen Szenarios beschreibt die Profibus-Nutzerorganisation (PNO) in ihren Installationsrichtlinien die Anforderungen an den Erdungs- und Potenzialausgleich für Profibus- und Profinet-Netzwerke. Dort wird mittlerweile der Wechsel von der Sternpunkterdung zu einem vermaschten Erdungssystem empfohlen.

Eindeutige Visualisierung genereller Erdungsprobleme

Schirmströme werden nicht nur durch fehlende Potenzialausgleichsysteme ausgelöst. Ein Versehen bei der Installation – wie die nicht vorhandene Trennung zwischen Energie- und Buskabeln, gekreuzte Leitungen oder das nicht fachgerechte Auflegen des Kabelschirms – führen ebenfalls zu Störungen und Ausfällen. So ergeben sich viele Möglichkeiten zur Einkopplung elektromagnetischer Einflüsse.

Um die in verteilten Anlagen bestehenden Kabelschirmströme aufzuzeigen, ermöglichen die neuen Ethernet-Injektoren und -Patch-Panels auf Basis der PoE-Technik (Power over Ethernet) eine einfache Diagnose. Existierende Ausgleichsströme oder eingekoppelte Ströme werden messtechnisch ermittelt und über eine LED visualisiert, ohne dass für die Messung eine Unterbrechung des laufenden Betriebs nötig ist. Ab einem Kabelschirmstrom von ±30mA leuchtet die entsprechende LED. Je nach Art und Form der vorhandenen Schirmströme kann die LED dauerhaft leuchten, pulsieren oder flackern.

In jedem Fall wird dem Anwender veranschaulicht, dass in seiner Installation ein generelles Erdungsproblem vorliegt. Einzelne Schaltschränke oder Gebäudeteile sind somit unter Umständen nicht sachgemäß untereinander potenzialverbunden. Ab 30 mA Kabelschirmstrom kann die Ethernet-Kommunikation gestört sein und die teuren Netzwerkgeräte könnten beschädigt werden. Die Diagnose sollte den Anlass zur Optimierung des Erdungskonzepts bilden und so zur Vermeidung kostspieliger Ausfälle der Anlage beitragen (Bild 1).