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Kabelträgermaterial mit erhöhter magnetischer Schirmwirkung

Auf Grund der zunehmenden EMV-Problematik bei der Kabelführung innerhalb von Gebäuden und nicht zuletzt wegen der verschärften Gesetzesbestimmungen liefert LANZ Kabelträgermaterial mit erhöhter magnetischer Schirmwirkung. Durch die Verwendung dieser Abschirmwannen mit Deckel und von Kabelbahnen aus hochwertigem magnetischem Stahl, lassen sich fast überall wirtschaftliche Lösungen finden.

  1. Wesentlich ist allerdings, dass man sich vor Augen hält, um was es geht und welche Schutzmassnahmen insgesamt möglich sind. Auch darf man nicht vergessen, dass Kabel nicht nur magnetische Felder herrufen, also Störquellen sind, sondern dass sie auch durch andere magnetische Felder beeinflusst werden, also Störsenken sind. Wenn von Massnahmen zur Reduktion der magnetischen Felder gesprochen wird, subsummiert man gleichzeitig Kabel als Störquellen und Kabel als Störsenken.

Magnetische Feld-Wirkung auf technische Systeme und Geräte

Die Anzahl der Störfälle, insbesondere verursacht durch Energieversorgungseinrichtungen, nimmt drastisch zu. Die häufigsten Störquellen sind niederfrequente magnetische Felder im Bereich von 16,7 Hz bis eine 100 Hz (Energieübertragungs- und Verteileranlagen aller Art.)
Hochfrequente magnetische Felder im Bereich von über 1 kHz führen oft zu Dauerstörungen durch getaktete Strom- und Frequenzumrichter, schnelle Schaltgeräte, Schaltnetzteil im Frequenzbereich bis einige MHz, impulsförmige Störungen durch das Schalten von Induktivitäten wie Trafos oder Drosseln, oder das Ein- und Ausschalten von Leuchtstofflampen. Durch äussere Einwirkungen von elektromagnetischen Feldern können technische Systeme und Geräte ausser Kontrolle geraten, Informationen und Daten verfälscht werden, oder empfindliche Maschinen und Anlagen ausfallen. Dadurch können Menschen in Bedrängnis oder Gefahr und grosse wirtschaftliche Verluste verursacht werden. Je nach Intensität der Felder kann man folgende Funktionsstörungen unterscheiden.

  • Funktionsminderung durch Überlagerungen, Verfälschungen von Nutz- und Messsignalen.
  • Fehlfunktionen oder Funktionsausfall durch Fehlinterpretationen von Signalen in der medizinischen Technik, bei Transportsystemen und Industriesteuerungen usw.

Es gibt aber noch eine ganz andere Betrachtungsweise, welche berücksichtigt werden muss, nämlich die Frage der Auswirkung magnetischer Felder auf die Menschen. Hier bewegt man sich dann nicht mehr so ganz auf sicherem Grund, sondern ganz offensichtlich im Bereich der Vorsorge vor Schäden.

Personenschutz

Die seit dem 1. Februar 2000 in Kraft stehende NISV (Verordnung über nicht ionisierende Strahlung, SR 814.710) bestimmt Grenzwerte für Emission und Immission elektromagnetischer Felder. Zudem werden auch verschiedene Geltungsbereiche und Massnahmen für Neu- und Altanlagen sowie Sanierungsfristen festgelegt. Die NISV ist Bestandteil des Schweizerischen Umweltschutzgesetzes (USG; SR814.01) und verlangt im Sinne der Vorsorge, dass:

  • Menschen vor allenfalls schädlicher nicht ionisierender Strahlung zu schützen sind und
  • die Strahlung so weit begrenzt wird,  als dies technisch und wirtschaftlich tragbar ist.

In der Schweiz wird unterschieden zwischen den sog. Immissionsgrenzwerten, basierend auf den ICNIRP-Werten (International Commission an Non-Ionized Radiation Protection, www.icnrp.de und den sogeannten Anlagegrenzwerten. Diese Werte legen die zulässige Emission fest und dürfen an "Orten mit empfindlicher Nutzung" nicht überschritten werden.

Ein Anlagegrenzwert von 1µT für den Effektivwert der magnetischen Flussdichte gilt gemäss der NIS-Verordnung für folgende Betriebsmittel:

  • Transformatorenstationen und Schaltanlagen, inkl. der Niederspannungsverteilung; Eisenbahnen und Strassenbahnen
  • Frei - und Kabelleitungen zur Übertragung elektrischer Energie

Bei Frequenzen grösser als 50 Hz gelten entsprechend andere Grenzwerte. Trotzdem muss man sich vor Übertreibungen hüten. Ein allfälliger Bedarf an Kabelträgermaterial mit erhöhter Schirmwirkung besteht äusserst selten im ganzen Bereich der Trassenführung, sondern ist vielmehr in der Regel nur auf einzelne bestimmte Strecken und Stellen beschränkt. Dies trifft auch auf die Bauten zu: Rechenzentren in Banken, Versicherungen, Behörden und im militärischen Bereich gehören dazu. Ferner sind die Sicherheitsbereiche von Krankenhäusern, Kraftwerken, Forschungslabor usw. genauer zu analysieren und allenfalls auszustatten. Auch einzelne Bereich in Fabriken, Verwaltungsgebäuden usw. können in Frage kommen.

Bedarf an Kabelträgermaterial mit erhöhter Schirmwirkung besteht deshalb:

  • In Rechenzentren in Banken, Versicherungen, Behörden, Militär usw.
  • Im Sicherheitsbereich in Krankenhäuser, Kernkraftwerken, Forschungslabors usw.
  • In Fabriken, Studios, Sendeanlagen usw.

Kabel als Störquellen von magnetischen Feldern

Kabel auf einem Kabelträger können in ihrer Umgebung störende magnetische Felder hervorrufen. In der Praxis lassen sich diese Störquellen wie folgt unterteilen (Bild1):

  • Energieübertragsungskabel mit hohen Strömen: Je höher die zu übertragende Stromstärke, desto höher ist auch das magnetische Streufeld (magnetische Flussdichte).
  • Nichtideale Anordnung von Energiekabeln im Kabelkanal: Einzelleiterkabel, nicht gleichbleibend nahe zusammen verlegt, oder keine punkt- oder spiegelsymmetrische Anordnung der Aussenleiter bei Dreiphasensystemen.
  • Nicht optimierte oder fehlerhafte Verkabelung: Hin- und Rückleiter nicht zusammen verlegt, oder Rückleitung erfolgt aufgrund von Mehrfacherdungen in TN-C und TN-C-S-Sxystemen teilweise über den Potenzialausgleich, Armierungen, Heizungs- Gas- und Wasserleitungen usw.

Kabelleitungen als Störsenken von magnetischen Feldern

Liegen analoge Daten- und Signalkabel, geschirmte oder ungeschirmt Einzelkabel oder Kabelbündel auf einem Kabelträger, können durch störende nieder- oder hochfrequente Magnetfelder aus der Umgebung unzulässige Störspannungen eingekoppelt (induziert) werden (Bild2).

Ausgleichsströme fliessen über Schutzleiter und Kabelschirme mit dem Resultat von sporadischen Störungen oder Abstützen innerhalb der Datentechnik, unerklärlichen Fehlmeldungen von Überwachungssystemen usw. Zur Reduktion von magnetischen Feldern stehen planerische Massnahmen zur Verfügung und es kann Abschirmmaterial eingebaut werden.

Planerische Massnahmen zur Reduktion von magnetischen Feldern

Bei Neuanlagen lassen sich folgende Vorkehrungen zur Reduktion der magnetischen Abstrahlung treffen:

  • Konsequenter Einsatz von TN-S-Systemen
  • Verwendung von geeigneten Schienenverteilern für Ströme. Kompakte NS Schienenverteiler für den Transport von grossen Energien reduzieren die magnetische Abstrahlung auf ein Minimum.
  • Leiterabstände von Hin- und Rückleitern auf ganzer Länge so klein als möglich halten (optimierte Anordnung für 3-phasige Systeme)
  • Mehrleiterkabel und geschirmte Kabel direkt auf der metallischen Kabelbahn führen (Minimierung der induzierten Ströme).

Nicht ideal ist die Anordnung gemäss Bild 3, wo sich die Felder nicht stark kompensieren. Bild 4 zeigt eine bessere Anordnung. Wird damit gerechnet, dass all diese Massnahmen nicht zum gewünschten Ziel führen, sind gezielte Massnahmen zur Abschirmung der Kabelbahnen vorzusehen.

Abschirmmaterial zur Reduktion von magnetischen Feldern

Wo Kabel- bzw. Kabeltrassen in der Nähe von technischen Systemen und Geräten als Störquellen oder Störsenken wirken können, und ebenfalls an "Orten mit empfindlicher Nutzung", d.h. mit dem Ziel des präventiven Personenschutzes und der Vorsorge, empfiehlt es sich, zuerst durch planerische Massnahmen eine Reduktion der magnetischen Abstrahlung zu erreichen. Je nach den technischen Anforderungen kann es notwendig sein, auf  kürzeren oder längeren Trassenabschnitten, hochwirksames Abschirmmaterial zu verwenden. Mit speziellen Abschirmwannen können niederfrequente magnetische Felder, im Frequenzbereich von DC bis einige kHz, um das 10- bis 25-fache des Normalwertes reduziert werden. Bild 5 zeige eine Abschirmwanne aus Stahl mit Deckel. Diese werden in Standardlängen von 3 m und in Breiten von 50 mm bis 300 mm geliefert. Es stehen 3 verschiedene (ferromagnetische) Qualitäten mit mittlerer, hoher und sehr hoher magnetischer Abschirmwirkung zur Auswahl. Sie passen zu allen Bahnen und Kabeltrassen von LANZ und werden vor der Kabelmontage in die bereits montierten Trassen gelegt.

LANZ fertigt aber auch Kabelbahnen und Deckel aus hochwertigem magnetischen Stahl (Bild). Abschirmwannen mit Deckel und Kabelbahnen mit Deckel aus hochwertigem magnetischen Stahl können nur dann eine gute Wirkung zeigen, wenn bei den darin verlegten Energiekabeln keine Fehlströme (Summenströme) vorhanden sind.

Abschirmen von Kabelbahnen

Es gibt in der Abschirmpraxis immer Situationen - häufig auch nachträglich - wo planerische Optimierungen nicht oder nicht mehr möglich sind, oder einen zu geringen Erfolg versprechen. In diesen Fällen bietet sich eine wirtschaftliche und wirksame Lösung mit Kabelträgermaterial mit erhöhter magnetischer Schirmwirkung an. Abschirmwannen mit Deckel einerseits oder Kabelbahnen mit Deckel aus hochwertigem magnetischen Stahl werden lokal bei Immissions- und Emissionsproblemen eingesetzt. Mit einer Wandstärke von maximal 2 mm kann die magnetische Flussdichte, je nach Wahl des magnetischen Schirmmaterials, bei technischen Frequenzen im Bereich von DC bis einige kHz (Gleichstromnetze, Bahnnetze und Energieverteilungsnetze inkl. Oberwellen) um das 10- bis 25-fache reduziert werden.

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