Dehn: Überspannungsschutz für Kommunikationsnetze durch abgestimmtes EMV-Konzept

Dehn: Überspannungsschutz für Kommunikationsnetze durch abgestimmtes EMV-Konzept. Die derzeit am weitesten verbreitete Technik für lokale Netze ist Ethernet. Angefangen hat es in den 1980er Jahren mit dem 10-MBit-Ethernet über Koaxialkabel, dann Fast Ethernet mit 100 MBit/s und Gigabit Ethernet mit 1.000 MBit/s und 10 GBit/s. Alle Ethernet-Varianten basieren auf denselben Prinzipien. Ab den 90er Jahren wurde es zur meistverwendeten LAN (Lokal Area Network)-Technologie und hat andere LAN-Standards wie z. B. Token Ring und Arcnet verdrängt. Das Ethernet besteht physikalisch aus verschiedenen Typen von 50-Ohm-Koaxkabeln oder paarweise verdrillten Leitungen (Twisted-Pair), Glasfasern, oder anderen Medien. Die Datenrate beträgt momentan typisch 100 MBit/s (1.000 MBit/s ist immer mehr im Kommen).

Stellen schon momentane Netzwerke große Anforderungen an das Handwerk, so werden die zukünftigen Netzwerkgenerationen noch wesentlich anspruchsvoller sein und das nicht zuletzt hinsichtlich ihrer Sicherheit. Überspannungen verursachen Störungen, aber auch Zerstörungen, und damit Ausfälle von EDV-Anlagen. Dadurch kann der Betriebsablauf nachhaltig beeinträchtigt werden. Eine Folge davon können längere Stillstandszeiten der Anlagen und Systeme sein. Eine konsequente EMV-Planung und damit verbunden ein konsequent ausgeführter Blitz- und Überspannungsschutz (Abb. 1) sind daher ein Muss.

Überspannungen

Fast zwei Millionen Blitzeinschläge pro Jahr allein in Deutschland. Das bedeutet eine Gefahr durch Blitz- und Überspannungen für elektronische Systeme und Geräte selbst noch in einiger Entfernung vom Einschlagsort. So können Anlagen in sekundenschnelle teilweise oder ganz unbrauchbar werden. Es muss aber nicht immer die Naturgewalt Blitz Ursache für Zerstörungen oder Störungen von empfindlichen elektronischen Geräten sein. Oftmals genügt schon eine kleine Spannungsspitze auf der Versorgungsleitung. So entstehen Überspannungen auch beim betriebsmäßigen Schalten großer Lasten oder durch nicht kompensierte Induktivitäten. Sie können auch noch in einiger Entfernung vom Ursprungsort Schäden anrichten. Bruchteile einer Sekunde reichen aus, um ein totales Chaos im Unternehmen zu verursachen, nämlich dann, wenn Überspannungen unterschätzt werden.

Überspannungen sind kurzzeitige Spannungsimpulse - sog. Transienten - die nur für Sekundenbruchteile auftreten und Spannungsspitzenvon mehreren 10 kV aufweisen können. Ausfälle von EDV-Anlagen werden typischerweise verursacht durch:

• Ferne Blitzeinschläge, die leitungsgebundene transiente Überspannungen in Energieversorgungs-, Daten- oder Fernmeldeleitungen erzeugen
• Nahe Blitzeinschläge, die elektromagnetische Felder erzeugen, durch die transiente Überspannungen in Energieversorgungs-, Datenoder Fernmeldeleitungen eingekoppelt werden
• Direkte Blitzeinschläge, diese rufen in den Gebäudeinstallationen unzulässige Potentialunterschiede und Blitzteilströme hervor.
• Schalthandlungen (z. B. Schalten großer Lasten)

Maßnahmen zur Herstellung der EMV

Einige der wichtigsten Maßnahmen zur Herstellung der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und damit einer störungsfreien Datenübertragung sind:

• Starkstromleitungen für die Geräte sowie die entsprechenden Datenleitungen müssen grundsätzlich über die gleiche Trasse geführt werden. Trennstege sollten vorgesehen werden. Im Tertiärbereich ist ein Abstand von max. 10 cm wünschenswert.
• Beim Vorhandensein einer Gebäudeblitzschutzanlage ist die Einhaltung von Sicherheitsabständen zwischen Starkstrom-/Datenleitungen und Einrichtungen des Äußeren Blitzschutzes (Fangeinrichtungen, Ableitungen) sowie die Vermeidung der Parallelverlegung von Starkstrom-/Datenleitungen mit Ableitungen des Äußeren Blitzschutzes zu beachten.
• Verwendung von Lichtwellenleitern bei der informationstechnischen Verkabelung unterschiedlicher Gebäude (Primärverkabelung),
• Einsatz von Überspannungsschutzgeräten in Starkstromkreisen und im Bereich der Tertiärverkabelung zum Schutz vor transienten Überspannungen aus Schalthandlungen und Blitzentladungen (Abb. 2),
• Starkstromanlage als TN-S-System zur Vermeidung von Störströmen auf den Schirmungen der Datenleitungen ausführen,
• Ausführung des Hauptpotentialausgleiches mit der Starkstromanlage (PEN) an einer Stelle im Gebäude (z. B. Hausanschlussraum)

Wichtig für einen funktionstüchtigen EMV-Schutz ist auch die richtige Auswahl von Blitzstrom - und Überspannungsableitern für informationstechnische Systeme.

Ableiter für informationstechnische Systeme

Ableiter der Informationstechnik müssen leitungsgebundene Störungen auf ungefährliche Werte begrenzen, so dass die Störfestigkeit des Endgeräts nicht überschritten wird. Bspw. gilt es für ein mit Prüfschärfegrad 2 getestetes Endgerät einen Ableiter zu wählen, dessen Durchlasswert unterhalb der EMV-Prüfwerte des Endgeräts liegt: Impulsspannung < 1 kV in Kombination mit einem Impulsstrom von wenigen Ampere (in Abhängigkeit vom Einkoppelnetzwerk).

Je nach Anwendung und Aufbau weisen Endgeräte unterschiedliche Zerstörfestigkeiten für ihre informationstechnischen Schnittstellen auf. Bei der Auswahl des passenden Überspannungs-Ableiters kommt es nicht nur auf die Systemparameter an, sondern auch darauf, ob der Ableiter in der Lage ist, das Endgerät zu schützen.

Zur vereinfachten Zuordnung wurde für die Produktlinie Yellow/Line eine Ableiterklassen-Kennzeichnung entwickelt. Sie erlaubt in Verbindung mit der Endgerätedokumentation eine genaue Aussage, ob Ableiter und Endgerät zueinander passen also zueinander energetisch koordiniert sind. Richtig dimensionierte Überspannungs-Ableiter schützen Endgeräte sicher vor Spannungs- und Energiespitzen und erhöhen somit die Verfügbarkeit der Anlage.

Fazit

Moderne Kommunikationsnetze werden immer mehr zu hochfrequenten Gebilden - und damit immer empfindlicher gegen Störbeeinflussungen. Aktuelle Gutachten zeigen jedoch, dass gerade hier, beim Zusammenspiel zwischen Elektrotechnik und klassischer Netzwerkinfrastruktur, sehr oft mit einem nicht ungefährlichen Halbwissen gearbeitet wird. Gefährlich kann dies sein, weil es ohne vernünftige Schutzmaßnahmen schnell zu Netzwerkausfällen kommt, die in großen Anlagen oder Rechenzentren Schäden in Millionenhöhe auslösen können. Ein reibungsloser Netzwerkbetrieb beginnt deshalb mit einem schlüssigen EMV-Konzept, dass auch den Blitz- und Überspannungsschutz der Gebäude und Systeme mit einbezieht.

KONTAKT

Petra Raab
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