Schirmanbindung im Schaltschrank Sie möchten mehr über die Schirmanbindung im Schaltschrank erfahren? Dann kontaktieren Sie uns einfach!

Die Schirme von DÜ- bzw. MSR-Leitungen müssen direkt nach dem Schaltschrankeintritt mit der Gehäuseerde verbunden werden. An diesem Punkt des Schaltschranks ist der Platz durch die Vielzahl der ankommenden Kabel und Leitungen knapp bemessen. Nur ein Schirmklemmensystem, das eine Verdrahtung vor der Schirmanbindung erlaubt, bietet deutliche Vorteile. Die nachträgliche Montage der Schirmklemmen erleichtert bei Platzmangel die Arbeit und verkürzt somit den Schaltschrankaufbau.

Ein Schirmklemmensystem besteht aus:

• Schirmklemme
• Sammelschiene und
• Sammelschienenhalter

Die Schirmklemme übernimmt die Aufgabe, den Kabelschirm mechanisch und elektrisch mit der Sammelschiene zu verbinden. Die Größe der verwendeten Schirmklemmen ist dabei vom Durchmesser des eingesetzten Kabels abhängig. Die Art der Schirmauflage bestimmt die Wahl des Sammelschienenhalters, der entweder einen direkten Kontakt zur Gehäuseerde hergestellt oder das Schirmklemmensystem zum Gehäuse hin isoliert.

Die Art der Schirmauflage entscheidet, ob ein direkt zum PE-Potenzial kontaktierender oder ein isolierter Aufbau gewählt wird. Ein isolierter Aufbau ist z. B. dann notwendig, wenn aufgrund der zu erwartenden Störbeeinflussung, die PE-Anbindung sternförmig auf einen Bezugspunkt im Schaltschrank geführt werden muss. In diesem Fall ist der eigentliche Auflagepunkt (Sternpunkt) weiter vom Punkt der Schirmauflage entfernt als bei einem Direktanschluss. Der Kabelschirm wird nicht mehr über den Sammelschienenhalter oder die Tragschiene verbunden. Sondern die Verbindung wird mittels einer Abgriffklemme und einer Leitung mit dem Schaltschrank-PE verbunden. Der für diese Verbindung verwendete Leiterquerschnitt sollte dabei nicht zu knapp bemessen sein. Dadurch wird der später noch beschriebene Kopplungswiderstand so gering wie möglich gehalten.

Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Anschluss von Kabel- und Leitungsschirmen sind Fließeffekte von Kabeln und Leitungen. Unter dem Druck der Schirmanschlussklemme fließt vor allem der Kunststoff der Isolierung in die seitlich verbleibenden, bis dahin noch nicht ausgefüllten Räume. Dem wirkt ein federndes Druckstück entgegen, das diesen Effekt wieder ausgleicht. Damit der Kabelschirm jederzeit ausreichend fest an die Sammelschiene gedrückt wird und somit einen dauerhaft guten Kontakt gewährleistet, darf die Federwirkung nicht zu weich sein.

Die Qualität einer Schirmanbindung spiegelt sich in der Höhe des Übergangswiderstands zwischen Kabelschirm und Systemerde wider. Mit Ausnahme der galvanischen Störbeeinflussung sind alle anderen Arten von Störungen in irgendeiner Weise frequenzbehaftet. Daher reicht die Betrachtung des rein ohmschen Übergangswiderstands nicht aus. Eine große Rolle spielt auch der induktive Blindwiderstand einer Schirmanbindung, der maßgeblich von der Länge der Strecke zwischen Kabelschirm und Bezugserde abhängt. Man spricht hier von der Kopplungsimpedanz der Schirmanbindung, die als frequenzabhängige Kurve dargestellt wird. Eine besonders kurze Anbindung wird durch den Einsatz von direkt kontaktierenden Sammelschienenhaltern erreicht. Bei längeren Sammelschienen wird die Strecke zur Gehäuseerde verkürzt, indem man nicht nur an den Enden der Sammelschiene, sondern auch auf der ganzen Länge verteilt direkt kontaktierende Sammelschienenhalter einsetzt. Wird aufgrund der zu erwartenden Störbeeinflussung ein isolierter Aufbau gewählt, kann die in dem Fall längere Verbindung zwischen Kabelschirm und Erde teilweise durch einen entsprechend größeren Leitungsquerschnitt ausgeglichen werden. Eine niederimpedante Anbindung ist aber immer auch eine niederohmige Verbindung. Aus diesem Grund muss eine ausreichend große Kraft auf die mechanischen Kontaktstellen ausgeübt werden. Auch die Verwendung von oberflächenveredelten Metallteilen trägt maßgeblich zu einer niederimpedanten Verbindung bei. Dies liegt daran, dass die Metalle das Anlaufen und die Korrosion auch in aggressiven Atmosphären verhindern.

Um die Qualität von Schirmanbindungen zu beurteilen, werden für Schirmauflagesysteme die Kopplungsimpedanzen als Funktion der Frequenz in Kurvenform dargestellt. Anhand solcher Kurven wird die starke Frequenzabhängigkeit der Kopplungsimpedanz deutlich. Je nach Höhe des induktiven Anteils der Kopplungsimpedanz ist die Kurve zu hohen Frequenzen hin, mehr oder weniger steil. Das bedeutet, die Länge der Schirmanbindung geht direkt in die Kurve ein, da sie maßgeblich von dem induktiven Widerstandsanteil bestimmt wird. Der ohmsche Anteil der Impedanz findet sich in der Höhe der Kurve wieder. Da erst bei sehr hohen Frequenzen erkennbare Unterschiede zwischen Kupfer-, Stahl- und Aluminiumtragschienen auftreten, ist das Material der Tragschiene nicht ausschlaggebend für die Qualität der Schirmanbindung. Allerdings ist beim Einsatz von Kupfertragschienen zu beachten, dass die Oberfläche schnell anläuft. Bei Aluminium bildet sich sehr schnell eine Oxidschicht. Beides kann die Qualität der Schirmanbindung beeinträchtigen.

Die Messmethode der Kopplungsimpedanz
Um das Ergebnis nicht zu verfälschen, ist bei der Messung der Kopplungsimpedanz eines Schirmanschlusssystems zu beachten, dass äußere Einflüsse ausgeschaltet sind. Deshalb muss für die Messung ein in sich geschlossenes, nach außen hin geschirmtem koaxialem System verwendet werden. Als Messgerät dient ein Network-Analyzer, der die Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz aufzeichnet. Durch eine einfache Umrechnung lässt sich die Dämpfungskurve in eine Impedanzkurve umwandeln. Zunächst wird das Messsystem aber ohne eingesetzte Schirmklemme zu Null kalibriert. Hierdurch werden auch durch das Messsystem selbst verursachte Fehler ausgeglichen. Erst danach wird die Kopplungsimpedanz mit eingesetzter Schirmklemme aufgenommen. Der Innenwiderstand des Messempfängers beträgt dabei R_i = 50 Ω und ist somit wesentlich größer als die zu messende Kopplungsimpedanz (Z_k << 1 Ω ). Dadurch wird der Strom I_k mit sehr großer Annäherung nur durch die Generatorspannung U_g und R_i bestimmt. Beide sind konstant, somit auch I_k. Der über Z_k sozusagen verlustfrei gemessene Spannungsfall U_k ist proportional zu Z_k.

Der Pigtail unterstützt nicht die EMV-gerechte Verkabelung. Der Kabelschirm wird bei diesem Schirmungsaufbau zu einem zusätzlichen Draht verdrillt und an der Erde bzw. der Geräteabschirmung angeschlossen. Die Problematik dieser Methode ist, dass durch das verdrillte Schirmgeflecht eine zusätzliche Antenne entsteht, was der eigentlichen Schirmungsabsicht entgegenwirkt.