Maschenförmige Potentialausgleichs-Strukturen

Die Fehlerschutzmaßnahmen mit Anforderungen an Erdung und Potentialausgleich sind in den je nach Anwendung zutreffenden Produktnormen beschrieben: E DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen oder E DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1) Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen.

Generell werden aus EMV-Gründen heute maschenförmige Potentialausgleichs-Strukturen empfohlen, zum Beispiel nach DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444), die auf den Schaltschrank übertragen und einfach umgesetzt werden können. Mit dem Gehäusekörper oder Rahmengerüst aus Metall sowie der Montageplatte bestehen ideale Voraussetzungen für eine enge Vermaschung; alle Baugruppen können mit den jeweiligen Gehäuseteilen leitend verbunden werden. Die Schutzleiter-Verbindungen zu diesen berührbaren Gehäuseflächen sind auch für den EMV gerechten Potentialausgleich ausreichend, wenn kurze Längen, große Querschnitte und möglichst großflächige Verbindungspunkte verwendet werden. Die leitenden Verbindungen aller mechanischen Ausbauteile sowie aller abnehmbarer oder zu öffnender Teile des Schranks und des Schrankkörpers untereinander und mit der Montageplatte sorgen für den optimalen maschenförmigen Potentialausgleich.

Die Frage nach der Anzahl und Position der Potentialausgleichsverbindungen und damit nach der Maschengröße, ist von der Funktion der Baugruppen im System, der Größe der Teile und den Kosten – insbesondere für die Montage – abhängig und für den Einzelfall zu prüfen. Wenn Hochfrequenzenergie im System verarbeitet wird und dadurch Ausgleichströme mit Wellenlängen im Bereich der Systemabmessungen hervorgerufen werden, die damit von leitenden mechanischen Strukturen abgestrahlt werden können, ist die Vermaschung in Abständen <λ/10 die beste Empfehlung. Wenn alle Baugruppen auf der Montageplatte befestigt und zum Potentialausgleich gebracht werden, ist diese Empfehlung optimal umgesetzt: λ /m = 300/(f / MHz). Die immer noch anzutreffenden sternförmigen Schutzleitersysteme, bei denen Gehäuse- und Schaltungsbaugruppen mit der Schutzleiter- bzw. der Erdungsschiene über teilweise bis zu 2 m lange grün/gelbe Erdungsbänder (Rundleiter von 6 mm² bis 16 mm²) verbunden sind, stellen sowohl sende- wie auch empfangsseitig für Frequenzen ab circa 50 MHz gute Antennen im Schrank dar ( λ /2, λ /4).

Eine großflächige Kontaktierung wird für die Ausführung der Kontaktstellen der Erdungs-/Potentialausgleichsbänder als Lehrmeinung immer wieder gefordert, stellt aber in lackierten oder beschichteten Schränken und Gehäusen durch das Blankschleifen und nach der Verbindungsherstellung wieder Versiegeln einen erheblichen Kostenfaktor dar. Dieser theoretisch begründbare Aufwand ist verglichen mit der erzielbaren Verbesserung gegenüber Verbindungen über Kontakt- oder Zahnscheiben in den meisten Anwendungsfällen nicht zu vertreten.

Auch die Erdungsbänder selbst, die als flache Geflechtbänder mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis L/B < 3 optimal ausgeführt werden sollten, müssen so unter Kostengesichtspunkten betrachtet werden. Die Induktivität und damit der Wechselstromwiderstand von Rechteckleitern ist theoretisch circa 20 % geringer als bei Rundleitern gleichen Querschnitts, was für Ausgleichsströme mit Frequenzen oberhalb circa 10 MHz über diese Erdungsbänder von Bedeutung ist. Aber nur in wenigen Anwendungen werden derartige Ströme in einer Größe erzeugt werden, die benachbarte Baugruppen beeinflussen könnten, weshalb auch Rundleiter durchaus ausreichend sein können.
Wie bereits erwähnt, sollte die Länge der Erdungsbänder einige cm bis wenige 10 cm nicht überschreiten. Die Empfehlung für den Querschnitt ist für reinen EMV-Potentialausgleich mit einer möglichst großen Oberfläche zu kombinieren. Im Schaltschrank werden in der Praxis oft Geflechterdungsbänder zwischen 10 mm² und 25 mm² eingesetzt.