EMV-Experten auf Fehlersuche Green Factory: Stolpersteine in Bestandsanlagen

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Steigende Energiekosten rücken das Thema Green Factory in den Fokus. Eine Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks gelingt durch optimierten Energieverbrauch und nachhaltige Technologien. In gewachsenen Bestandsanlagen stellt dies jedoch eine Herausforderung dar.

Kaum war die neue moderne Werkzeugmaschine in der Fabrikhalle installiert, kamen aus dem benachbarten Bürogebäude Klagen über Störungen in der Beleuchtung. Die Büroangestellten berichteten über ein kontinuierliches Summen der LED-Beleuchtung, die vor geraumer Zeit als energieeffizienter Ersatz für herkömmliche Leuchtstofflampen installiert worden war. Da die akustische Störung die Arbeitsatmosphäre beeinträchtigte, verlangte der Endkunde vom Hersteller der Werkzeugmaschine, die Störungsursache zu beseitigen.

Flackern und Summen von LED-Beleuchtungen

Insbesondere dann, wenn LED-Beleuchtungen ab Installation, also von Anfang an, flackern oder störende Töne von sich geben, ist man aus Gewohnheit schnell dabei, die Ursache in der LED-Beleuchtung selbst zu suchen. Die Phänomene können jedoch auch andere technische Ursachen haben – oft im Zusammenspiel mit dem Stromnetz innerhalb der gesamten Anlage und anderen Verbrauchern. Elektromagnetische Interferenzen, die beispielsweise durch die Hochfrequenz von Frequenzumrichtern verursacht werden können, beeinflussen das Stromnetz und können sich auf die LED-Beleuchtung auswirken.  

Ebenso können Spannungsschwankungen im Stromnetz oder Oberschwingungen die Qualität der Stromversorgung beeinträchtigen. Die LED-Treiber sind empfindlich gegenüber Schwankungen in der Stromzufuhr, was zu sichtbarem Flackern oder störenden Geräuschen führen kann, wenn die Frequenzschwankungen in den hörbaren Bereich fallen.Zusammenfassend lässt sich sagen, dass normkonforme LED-Beleuchtungen durch externe Faktoren und Wechselwirkungen mit anderen elektrischen Komponenten im Stromnetz beeinträchtigt werden können. Die Lösung solcher Situationen erfordert eine umfassende Betrachtung des gesamten elektrischen Umfelds bis hin zum Trafo.

EMV-Expertise gefragt

Beim oben genannten Beispiel war die Situation eindeutig. Sobald die Werkzeugmaschine produzierte, trat bei der LED-Beleuchtung im Büro ein hochfrequentes Summen auf. Sowohl der Elektriker, der die LED-Beleuchtung installierte, als auch der Maschinenlieferant überprüften die Installation und konnten keine Fehler finden. Wie es in der Praxis gelegentlich vorkommt, wurde die Ursache für das Summen der Beleuchtung bei der jeweils anderen Seite vermutet.

In dieser verfahrenen Situation einigten sich die Beteiligten darauf, das Problem im Rahmen einer unabhängigen Diagnose zu untersuchen. Externe Spezialisten haben den nötigen Sachverstand und können die Situation unvoreingenommen analysieren und das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten objektiv untersuchen. Dabei ist die Wahl auf die Feldbus- und Netzwerkexperten von Leadec gefallen. Hans-Ludwig Göhringer und Gunther Ehlert haben beide langjährige Erfahrung und tiefes Know-how bei der Fehlersuche in der industriellen Kommunikation, was die Themen Energieversorgung, Erdung und Anlagen-EMV einschließt.

Untersuchung der Werkzeugmaschine

Die an der Werkzeugmaschine verbaute Achssteuerung wird mit einer Taktfrequenz von 5 kHz betrieben. Diese Frequenz wurde durch eine Akustikmessung an der Maschine und an einer Lampe nachgewiesen. Die Messung des Stroms auf einer Phase der Einspeiseleitung zeigt die Frequenz von 5 kHz und deren Oberwelle bei 10 kHz. Der Frequenzumrichter der Maschine sendet ein Störsignal von 5 kHz. Die THD-Messung (siehe Infokasten) ergab einen Wert von lediglich zwei Prozent und ist damit deutlich besser als die geforderten Werte von sechs Prozent im Büro und acht Prozent in der Industrie. Damit stand fest, dass die Maschine zwar stört, jedoch innerhalb der vorgegebenen Normen.

Prüfung der Elektroverteilung

Bei der Prüfung der Elektroverteilung haben die Experten festgestellt, dass diese noch in demselben Zustand war, wie sie vor Jahrzehnten gebaut wurde. „Prinzipiell gilt da der Bestandsschutz, sofern die Normen keine Anpassungen erfordern. Ein Bestandsschutz ist in der Regel dann gegeben, wenn die Anlagen den zum Zeitpunkt der Errichtung oder Erweiterung geltenden Normen entsprechen“, berichtet Hans-Ludwig Göhringer. In der Elektroverteilung gab es auch keine bauliche Trennung zwischen der Büro- und der Industriestromversorgung, wie das bei einer neuen Installation heute ab dem Trafo realisiert werden würde. „Aufgrund der vielen hochfrequenten Störer in heutigen Industrieanlagen empfehlen wir immer, die Elektroverteilung auf den neuesten Stand der Technik zu bringen – besonders, wenn die Weiterentwicklung der Anlage in Richtung Green Factory im Raum steht“, bestätigt Gunther Ehlert. Die Ausgangssituation mit den summenden LED-Leuchten wurde letztendlich durch den Einbau von passiven EMV-Filtern zur Büroseite gelöst.

CE-Konformität der Beleuchtung

Als die ursprüngliche Beleuchtung mit Starter und Leuchtstofflampen installiert wurde, war die Leuchte als komplette Einheit CE-konform. Wenn der Elektriker nun die Leuchte auf LED umbaut, geht die CE-Konformität verloren. Dabei ist es unabhängig, ob ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) erforderlich ist oder nicht. Daher darf der Elektriker streng genommen nur die komplette Leuchte ersetzen. Sobald der Installateur bestehende Lampen umbaut, muss die neue Lampe einem Konformitätsverfahren mit entsprechenden Prüfungen unterzogen werden. Da dies in der Regel nicht wirtschaftlich ist, werden in der Praxis oft die Leuchtstoffröhren einfach beibehalten.