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Elektromagnetische Verträglichkeit

Diese Megatrends treiben den EMV-Markt

3. September 2023, 11:00 Uhr | Nicole Wörner

Drei Haupttrends werden die technologischen Innovationen in den kommenden Jahren massiv vorantreiben, wie die EMV-Experten von Schaffner berichten. Der Erfolg dieser Trends hängt entscheidend von der Notwendigkeit ab, elektromagnetische Störungen zu reduzieren und Rauschen herauszufiltern.

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Von Dr. Guido Schlegelmilch, Schaffner

Politische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren beschleunigen den Einsatz erneuerbarer Energieträger. Außerdem setzt die Welt auf Elektromobilität: 20 Millionen Elektrofahrzeuge sind bereits auf den Straßen unterwegs, und das Netz der Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EVCS, Electric Vehicle Charging Station) zur Versorgung dieser Fahrzeuge wächst ebenfalls rasant. Die Industrie setzt zunehmend auf Automatisierung, um die Verbraucherwünsche nach höherer Kosten- und Energieeffizienz zu erfüllen. Daraus ergeben sich drei wichtige Trends.

Trend 1 – Energie-Management und der Wechsel zu erneuerbaren Energien

Der Klimawandel und der Zugang zu zuverlässigen, erschwinglichen und nachhaltigen Energiequellen zählen zu den größten Herausforderungen, vor denen die Welt heute steht. Wachsendes Bewusstsein für die Notwendigkeit der Energiesicherheit und der Abbau der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen haben viele Länder dazu veranlasst, ihre Energiebasis zu diversifizieren und neue Formen der Energieerzeugung zu erkunden. Mit Nachdruck verfolgt man erneuerbare Energiequellen, weil sie dazu beitragen, viele ökologische, wirtschaftliche und geopolitische Herausforderungen zu bewältigen, und zugleich die Erwartungen von immer mehr umweltbewussten Verbrauchern zu erfüllen.

Der Wechsel zu erneuerbaren Energien wird sich in den nächsten Jahren beschleunigen, da sich die Länder verstärkt für den Schutz unseres Planeten einsetzen, Kosten senken und ihre Energiesicherheit erhöhen wollen. Dieser Ausbau der erneuerbaren Energien stellt auch Entwickler vor Herausforderungen: Sie müssen dafür sorgen, dass sich die Energie von morgen effizient, effektiv, wirtschaftlich und auch sicher nutzen lässt.

Bekanntlich sind die wichtigsten erneuerbaren Energiequellen – Wind und Sonne – nicht nur in der Nutzung, sondern auch in der Handhabung schwierig. Vor allem kann dies in Ländern mit begrenzten erneuerbaren Ressourcen wie Wind oder Sonnenlicht problematisch sein. Die Frage lautet daher: Wie können wir diese erneuerbaren Ressourcen optimal nutzen, um Energie zu erzeugen, die sowohl zuverlässig als auch erschwinglich ist?

Eine der größten Herausforderungen im Bereich der erneuerbaren Energien ist der Umgang mit elektromagnetischen Interferenzen (EMI, Electromagnetic Interference). Für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb elektronischer Systeme muss man EMI reduzieren und elektrisches Rauschen herausfiltern können, was eine Reihe von elektromagnetischen Lösungen erfordert. Hierzu gehören Pre-Compliance-Tests, mit denen Ingenieure die Anforderungen internationaler Normen erfüllen können. Dies umfasst eine Reihe von Tests, mit deren Hilfe man EMI-Probleme des Systems ermitteln und ein geeignetes EMV-Produkt zur Beseitigung von EMI spezifizieren kann. Diese Produkte schützen die Systeme vor netzbedingten Verzerrungen, verhindern Störungen und gewährleisten eine zuverlässige Stromversorgung.

Solarmodule bergen ihre eigenen Probleme, vor allem die Notwendigkeit, hohe Gleichstromwerte zu bewältigen, und die örtlichen Gegebenheiten, die die Größe der EMI-Entstörgeräte einschränken.
Ein kompakter Gleichstromfilter kann das Potenzial für hochfrequente Störstrahlung im Schaltschrank erheblich reduzieren. Er kann auch helfen, eine vorzeitige Alterung der Module aufgrund hochfrequenter Streu- und Leckströme zu verhindern.

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Trend 2 – Zunehmende E-Mobilität

Die zunehmende Elektrifizierung der Wirtschaft und die Reduktion der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen führen zu einer starken Zunahme an Elektrofahrzeugen. Da die Zahl der Elektrofahrzeuge in Märkten wie Großbritannien, Frankreich und Deutschland in den nächsten Jahren wachsen wird, steigt auch die Nachfrage nach einem ausgedehnten Netz an Ladestationen zur Unterstützung dieser Fahrzeuge rapide an. Nur mit einer leicht zugänglichen und flächendeckenden Ladeinfrastruktur wird der Markt für E-Fahrzeuge richtig Fahrt aufnehmen.

Fahrer wollen, dass diese Ladestationen ihre Fahrzeuge schnell aufladen und zugleich genug Strom für eine maximale Reichweite zwischen den Ladevorgängen liefern. Heutige EVCS bieten eine einphasige oder dreiphasige Stromversorgung mit einer Netzspannung von 230 V bis 480 V. Die extrem hohen Energiewerte in schnell ladenden EV-Systemen benötigen EMV-Produkte und -Lösungen zum Schutz der Leistungselektronik, der Onboard-Ladegeräte, der Batterien sowie des Stromnetzes. Normen wie die IEC/EN 61851-23 für kabelgebundene EV-Ladesysteme und die UL 2202-Norm für EV-Ladesystemgeräte wurden eingeführt, um Benutzer, EVs und das Stromnetz zu schützen.

Die Verfügbarkeit eines Filters, der auch die Sicherheitsstandards für EMV-konforme Ströme erfüllt, kann die Entwicklungszeit für Unternehmen, die EVCS entwickeln, erheblich verkürzen. Dieser Filter, der den in das Fahrzeug eingespeisten Strom wirksam »säubern« kann, gewährleistet einen sicheren Ladevorgang mit branchenspezifischen Ladespannungen bis zu 1000 V (DC).

Trend 3 – Immer mehr Automation

Die Industrie setzt zunehmend auf Automatisierung, um eine Reihe von Geschäftszielen zu erreichen. Dazu zählen die Fähigkeit, den Bedarf an kundenspezifischen Produkten zu decken, eine wesentlich höhere Energie- und Kosteneffizienz, eine flexiblere Produktion, eine höhere Qualität und die Entschärfung des Fachkräftemangels in vielen Branchen.

Automatisierung wiederum erfordert eine zuverlässige Energiequelle, um Unterbrechungen der Produktionsprozesse zu minimieren. Dies ist besonders wichtig in modernen Industriesystemen, in denen computergestützte und digitale Steuerungs- und Überwachungssysteme anfälliger für EMI sind als Steuergeräte früherer Generationen. So sind drahtlose Systeme oder RFID-Etiketten (Radio-Frequency Identification) davon ebenso betroffen wie Sensorsysteme.

Obwohl die EMV-Normen für die In- dustrie nicht so streng sind wie die für die Unterhaltungselektronik, hat der zunehmende Einsatz digitaler Kommunikation in Industrieanlagen gezeigt, dass die in der Industrie verwendeten Filter die Anforderungen der IEC-Norm für Audio-/Video-, Informations- und Kommunikationstechnikgeräte erfüllen müssen. Filter für die Industrieautomation müssen robust und leistungsfähig sein, bei hohen Spannungen funktionieren und auch bei hohen Temperaturen einsatzfähig bleiben.

Der Einsatz von Netzeingangsfiltern für alle drei Phasen und den Nullleiter kann die Störfestigkeit einer gesamten Anlage erhöhen. Obwohl die Platzverhältnisse für Filter in industriellen Umgebungen herausfordernd bleiben, gibt es kompakte Lösungen, die eine hervorragende Dämpfungsleistung zwischen 150 kHz und 30 MHz bieten.
Elektromagnetische Störungen werden immer vorhanden sein, auch wenn Trends wie der verstärkte Einsatz automatisierter Systeme, die zunehmende Verbreitung von E-Mobilität durch Elektrofahrzeuge oder das Bestreben der Gesellschaft, mehr erneuerbare Energien zu nutzen, begrüßenswerte Entwicklungen sind. Sollen diese Technologien ihr Versprechen einlösen und gleichzeitig ein Höchstmaß an Effizienz und Sicherheit bieten, muss man sich mit ihnen auseinandersetzen. Hier können EMV-Spezialisten wie Schaffner eine gewichtige Rolle spielen.

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