Schirmstromüberwachung in Ethernet-Netzwerken

Viele Störungen in Netzwerken werden durch auftretende Kabelschirmströme verursacht. Doch woher kommen diese? Und ist ihr Vorhandensein nicht normal, denn schließlich dient der Schirm der Ableitung von Strömen? Die zweite Frage ist mit einem klaren Nein zu beantworten.

Der Schirm eines Datenkabels hat in erster Linie die Aufgabe, induktiv gekoppelte Störungen von außen abzufangen, die Kommunikationsleitungen davor zu schützen und die EMV-Einflüsse gegen Erde abzuleiten. Die sich teilweise im Ampere-Bereich bildenden Schirmströme haben eine andere Quelle. Häufig werden sie durch Potentialunterschiede in den verschiedenen Anlagenteilen hervorgerufen. 

In der Anlagenverteilung eines Kommunikationsnetzwerks entstehen verschiedene Potentialgrößen. Diese sind bestrebt, sich untereinander auszugleichen. Der Kabelschirm der Übertragungsleitungen stellt damit eine ideale niederohmige Verbindung dar. Zur Vermeidung eines solchen Szenarios beschreibt die Profibus Nutzerorganisation (PNO) in ihren Installationsrichtlinien die Anforderungen an den Erdungs- und Potentialausgleich für Profibus- und Profinet-Netzwerke. Dort wird mittlerweile der Wechsel von der Sternpunkterdung zu einem vermaschten Erdungssystem empfohlen. 

Schirmströme über eine LED anzeigen 

Schirmströme werden nicht nur durch fehlende Potentialausgleichssysteme ausgelöst. Ein Versehen bei der Installation – wie die nicht vorhandene Trennung zwischen Energie- und Buskabeln, gekreuzte Leitungen oder das nicht fachgerechte Auflegen des Kabelschirms – führen ebenfalls zu Störungen und Ausfällen. 

Um die in verteilten Anlagen bestehenden Kabelschirmströme aufzuzeigen, stellen die von Phoenix Contact, auf der PoE-Technologie (Power over Ethernet) basierenden Ethernet-Injektoren und -Patchpanel eine einfache Diagnose zur Verfügung. Existierende Ausgleichsströme oder eingekoppelte Ströme werden messtechnisch ermittelt und über eine LED visualisiert, ohne dass für die Messung eine Unterbrechung des laufenden Betriebs notwendig ist. Bei einem Kabelschirmstrom von +/- 30 mA leuchtet die entsprechende LED. Je nach Art und Form der vorhandenen Schirmströme kann die LED dauerhaft leuchten, pulsieren oder flackern. In jedem Fall wird dem Anwender veranschaulicht, dass in seiner Installation ein generelles Erdungsproblem vorliegt. Ab 30 mA Kabelschirmstrom kann die Ethernet-Kommunikation gestört sein und die teuren Netzwerkgeräte können beschädigt werden. Die Diagnose sollte den Anlass zur Optimierung des Erdungskonzepts bilden und so zur Vermeidung kostspieliger Anlagenausfälle beitragen

Werkzeuglose Kontaktierung mit Zugentlastung

Oft wird ein Kabelschirm lediglich einseitig gegen Erde aufgelegt. Dies soll einen Potentialausgleich über das Buskabel verhindern, behebt allerdings nicht die Ursache. Ganz im Gegenteil: Der eigentliche Sinn eines Kabelschirms ist nicht mehr gegeben. Als wirksamen Schutz gegen EMV-Einflüsse von außen sollte der Anwender beidseitig auflegen. Beim Aufbau von störarmen Systemen kommt zudem der richtigen Kontaktierung eine große Bedeutung zu. Die Verbindung sollte niederohmig und möglichst großflächig sein.  Die PoE-Injektoren und -Patchpanel verfügen über eine neue Art der Schirmkontaktierung. Sie stellt die Verbindung praxisgerecht und werkzeuglos her. Eine Kontaktierungsfeder drückt das Kabel mit dem nach hinten über den Kabelmantel geführten Schirmgeflecht an eine Kontaktierungsfläche, die sich direkt auf der Leiterbahn befindet. Dazu wird das Kabel einfach in den Schacht gelegt und das Federblech mit dem Finger zugedrückt, bis es am Gehäuse verrastet. 

Acht Signalwege vor Überspannungen geschützt 

Die PoE-Injektoren der Produktfamilie INJ 2000 sind mit einem intelligenten Überspannungsschutz ausgestattet, was für derartige Geräte einmalig ist. Ethernet-Schnittstellen arbeiten mit niedrigen Signalpegeln bei hohen Frequenzen. Das macht sie besonders empfindlich in Bezug auf Überspannungen, welche die teuren Netzwerkkomponenten zerstören können. Gerade bei einer gebäude- und schaltschrankübergreifenden Verkabelung sind die Geräte bei einkoppelnden Spannungen gefährdet. Deshalb erfüllen die Injektoren den Überspannungsschutz-Standard DIN EN 61643-21 mit der IEC-Prüfklasse C2. Dabei ist der „feldseitige Port“ als Überspannungsschutz-Schnittstelle gedacht. Je nach Variante ist er entweder als RJ45-Interface oder als Anschlussklemme unter dem Deckel ausgeführt, sodass die acht Signalwege geschützt sind.

Hohe Reparatur- und Stillstandkosten vermeiden

Rund die Hälfte aller Netzausfälle ist auf störende EMV-Einflüsse zurückzuführen, die häufig aus einer fehlerhaften Installation in der Energieverteilung resultieren. Ein nicht vorhandener Potentialausgleich und Installationsfehler begünstigen das Auftreten hoher Kabelschirmströme. Die neuen PoE-Injektoren und -Ethernet-Patchpanel von Phoenix Contact umfassen daher eine Schirmstromüberwachung, die mit einer vorteilhaften Diagnose einhergehen: Eine LED zeigt die durch unterschiedliche Potentiale oder EMV-Einflüsse verursachten Schirmströme ab +/- 30 mA an. Der Anwender erhält also ohne aufwändige Messungen die Information, dass es Probleme in der Installation gibt. Der ebenfalls integrierte Überspannungsschutz sichert die vorgeschalteten Geräte ab und trägt damit zu einer hohen Anlagenverfügbarkeit bei. Außerdem werden Reparatur- und Stillstandkosten sowie der Verlust wichtiger Daten vermieden.