Leitungsgebundene Störung
Englisch: conducted interference
Interferenz, die durch Rauschen oder unerwünschte Signale entsteht, die über leitfähige Kopplung, das heißt direkte Kopplung, in ein Gerät gelangen.
Leitungsgebundene Störungen: Rauschen auf den Stromversorgungsleitungen in Ihrer Ausrüstung
Leitungsgebundene Störungen sind unerwünschtes elektrisches Rauschen, das ein Gerät erreicht, indem es direkt über Leitungspfade wandert, typischerweise Stromversorgungsleitungen, Signalkabel oder Masseverbindungen. Im Gegensatz zu abgestrahlten Störungen, die sich über das elektromagnetische Feld im Raum koppeln, wandert leitungsgebundenes Rauschen direkt auf den Leitungen, die Baugruppen verbinden. Es gelangt über dieselben Leiter ein, die das nützliche Signal oder die Stromversorgung tragen sollen. Das macht es tückisch, denn das Rauschen und das beabsichtigte Signal teilen sich denselben physikalischen Weg.
Die Quellen sind konkret und in Industrieanlagen weit verbreitet. Schaltnetzteile erzeugen hochfrequentes Schaltgeräusch im Bereich von Zehner-Kilohertz bis Megahertz. Frequenzumrichter erzeugen Harmonische und Transienten bei der Motorsteuerung. Schaltrelais-Kontakte erzeugen scharfe Spannungsspitzen beim Schalten induktiver Lasten. Jede Schalthandlung in einem großen Stromkreis mit Induktivität, von Spulenkernwicklungen bis zu Transformatorsekunden, erzeugt di/dt (Stromänderungsrate), die sich in benachbarte Leiter koppelt. Diese Rauschquellen speisen sich direkt in das gemeinsame Stromnetz ein und verunreinigen damit jedes daran angeschlossene Gerät.
Leitungsgebundene Störungen äußern sich unterschiedlich je nach Frequenz und Schaltungsempfindlichkeit. Niederfrequente Komponenten (50 Hz bis einige Kilohertz) können digitale Logikfehler, Flimmern auf analogen Anzeigen oder Phasenrauschen in Präzisions-Oszillatoren verursachen. Höherfrequente Komponenten können sich auf Audio- oder Messsignale demodulieren und erzeugen hörbares Brummen, Messfehler oder Falschauslösungen in Steuerschaltungen. Empfindliche Messinstrumente, Audiogeräte und Präzisions-Analogschaltungen sind am anfälligsten. Ein 12-Bit-Analog-Digital-Wandler kann seine niederwertigsten Bits durch leitungsgebundenes Rauschen verfälscht haben, lange bevor die Störung als Brummen hörbar wird.
Trennung und Filterung
Die praktische Abhilfe beginnt mit der Quelltrennung: Stromversorgungsleitungen und Signalkabel wenn möglich in separate Kanäle verlegen und Leiter nach Funktion gruppieren, anstatt alles in einem Bündel zu verlegen. Ferritkerne auf Kabeln, Drossel in Stromversorgungsleitungen und mehrstufige LC-Filter auf Versorgungsschienen dämpfen leitungsgebundene Störungen an der Quelle und an den Eintrittspunkten. Sternpunkterdung, bei der alle Signalmassen auf einen einzelnen Punkt bezogen werden, anstatt sich über ein Netz auszubreiten, verhindert Umlaufströme in der Erdung, die Rauschen durch das System tragen. Eingangsfilter auf Geräteversorgungsstiften, häufig ein 100-nF-Keramikkondensator plus ein 10-Mikrofarad-Elektrolytkondensator oder größer, fangen hochfrequentes Rauschen ab, bevor es innere Schaltungen erreicht.
Industriestandards wie EN 61000-4-4 legen Testpegel für Leitungsgebundene Störfestigkeit fest, indem sie kalibrierte Störungen direkt auf Stromversorgungs- und Signalleitungen eingespeist werden, um die Robustheit von Geräten zu überprüfen. Ausrüstung mit Bewertung für Industrieumgebungen muss Schnelltransienten von 4 kV auf Stromversorgungen und mehrere hundert Volt HF-Einspeisung auf Niederspannungs-Signalleitungen tolerieren. Für Büroumgebungen ausgelegte Geräte sind typischerweise nur bis 2 kV oder weniger bewertet. Deshalb kosten Industriegeräte mehr, bleiben aber zuverlässig in der Nähe von Motorstarter und Frequenzumrichtern, wo Bürogeräte ausfallen.