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Was Sie schon immer über Hochfrequenz wissen sollten <ul><li>Stefan Fassbinder </li></ul><ul><li>Deutsches Kupferinstitut ...
Das Deutsche Kupferinstitut, die Auskunfts- und Beratungsstelle für die Anwendung von Kupfer und seinen Legierungen, infor...
Komplementäre Elemente: Induktivitäten und Kapazitäten
<ul><li>Die Feldstärke zwischen zwei Elektroden im Abstand von  d  = 1 m, zwischen denen eine Spannung von  U  = 1 V anlie...
Was ist das eigentlich, H  = 1 A/m? <ul><li>I  = 1 A </li></ul>Eine Feldlinie von 1m Länge um einen Leiter, durch den ein ...
Was ist das eigentlich, eine magnetische Flussdichte von  B  = 1 T = 1 Vs/m² ? <ul><li>Eisenweg: Z. B. mittlere Länge 300 ...
Komplementäre Elemente: Induktivitäten und Kapazitäten
Komplementäre Elemente <ul><li>Induktivität: </li></ul><ul><li>Strom eilt der Spannung 90° nach </li></ul><ul><li>bzw. </l...
Komplementäre Elemente Fazit: 180° Phasen-Versatz zwischen Spannungen an bzw. Strömen in  L  und  C , also: Induktive und ...
Klärung einiger Begriffe 1.  Resonanz X C R X L
Wie muss man sich das vorstellen? i
Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
Reihen-Resonanzfilter (Saugkreise) <ul><li>lassen die Resonanzfrequenz  f 0  ungehindert passieren </li></ul><ul><li>   v...
Achtung:  Man sieht von außen nicht, was drinnen abgeht! <ul><li>Sprich :  L  und  C  begrenzen den Strom  nicht! </li></u...
Parallel-Resonanzfilter (Sperrkreise) sperren Ströme der Resonanz-frequenz  f 0 (vektorielle Darstellung) I ≈ 0 R ≈0 L C U
Achtung:  Man sieht von außen nicht, was drinnen abgeht! Es fließt praktisch kein Strom  durch  den Schwingkreis, aber mög...
<ul><li>Reactor reactance </li></ul><ul><li>Capacitor reactance </li></ul><ul><li>Serial impedance </li></ul><ul><li>Phase...
...doch  L  zu  C  ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich! Reactor reactance Capacitor reactance Serial imp...
...doch  L  zu  C  ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich! Reactor reactance Capacitor reactance Serial imp...
Die Gesamt-Energie im Schwingkreis bleibt erhalten
<ul><li>errechnet sich aus den Leitungsbelägen: </li></ul><ul><li>Längsinduktivität  L ‘ und Querkapazität  C ‘ je Längene...
Leitung mit großem Wellenwiderstand : Leitung mit geringem Wellenwiderstand:
Leitung mit geringem Wellenwiderstand <ul><li>Ausbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s </li></ul>
Leitung mit großem Wellenwiderstand <ul><li>Ausbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s </li></ul>
<ul><li>1 Kupferatom hat 29 Elektronen. Davon ist eines beweglich. </li></ul><ul><li>1 Mol Kupfer (63,546g entsprechend 7,...
Wichtig zur Beurteilung der Reflexion von Stoß-wellen z. B. beim Über-gang von Freileitungen auf Kabel
Wichtig zur Vermeidung von Reflexionen: Abschluss-Widerstand, z. B. in einer Antennen-Steckdose, die als Durch-gangsdose k...
Anwendbar natürlich  nur  in der Nachrichtentechnik! Denn: <ul><li>Leitungsbeläge einer 380-kV-Freileitung: </li></ul><ul>...
Das ergäbe eine »natürliche Leistung« von... <ul><li>Um Himmels Willen! </li></ul>Material Cross section over-head under-g...
3.  Grenzfrequenzen, 4.  Bandbreite  und somit 5.  die  Güte <ul><li>einer Spule, </li></ul><ul><li>eines Kondensators, </...
3.  Grenzfrequenzen  f 1  und  f 2 4.  Bandbreite  B Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle f ...
<ul><li>Reactor reactance </li></ul><ul><li>Capacitor reactance </li></ul><ul><li>Serial impedance </li></ul><ul><li>Phase...
Sperrkreise Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle
5.  Ach du meine  Güte! Beschrieben durch den Gütefaktor Q <ul><li>Wichtig ist das Verhältnis des reaktiven zum aktiven An...
Zwischen Netz- und Hoch-frequenz:  Tonfrequenz Welche Leitung gehört denn nun zum guten Ton?
6.  Interferenz <ul><li>Addition zweier </li></ul><ul><li>Spannungen von </li></ul><ul><li>50 Hz und 51 Hz </li></ul><ul><...
Elektromagnetisches Feld: Wie muss man sich das vorstellen? <ul><li>Gleichspannung; Niederfrequenz: </li></ul><ul><li>Elek...
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
Wie muss man sich das vorstellen?
So muss man sich das vorstellen! <ul><li>Diese Felder strahlen ab und können zur Über- tragung von Nachrichten </li></ul><...
...oder eben solche Übertragungen stören! <ul><li>Warum heißt es bloß Rund funk ? </li></ul><ul><li>Na, wenn man nicht ent...
Aller schlechten Dinge sind drei:  Koppelmechanismen <ul><li>Galvanisch: </li></ul><ul><li>Elektrisch leitfähige Verbindun...
<ul><li>Mehrfach-Verbindungen zwischen N und PA/PE, also zwischen Energie- und Nach-richtentechnik (Betriebserde) </li></u...
2.  Induktive Kopplung <ul><li>I </li></ul>Bei Betriebsströmen: di / dt   ≈  50 A/ms Bei Kurzschlussströmen: di / dt   ≈  ...
3.  Kapazitive Kopplung <ul><li>U </li></ul>I I
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Aller schlechten Dinge sind drei:  Koppel-mechanismen in der Praxis <ul><li>Nur hier gehört er hin </li></ul>Galvanische K...
Daher: Koppelmechanismen beachten! <ul><li>Galvanische Kopplung: Ein Mal ist kein Mal </li></ul><ul><li>Kapazitive Kopplun...
Und:  Angaben zu Kabelkanälen in den Normen beachten! <ul><li>Z. B. E DIN IEC 60364-4-444 </li></ul><ul><li>(VDE 0100 Teil...
<ul><li>Z. B. E DIN IEC 60364-4-444 </li></ul><ul><li>(VDE 0100 Teil 444):2006-12 </li></ul>Und:  Angaben zur  Anordnung  ...
Nicht verwechseln: <ul><li>Analog- und Digitalkabel </li></ul><ul><li>Analogkabel haben einen Schirm. </li></ul><ul><li>Di...
Wie man mit Koppel-mechanismen  um geht? Indem man sie um geht ! Eindraht-Übertragung: Spart  Kupfer Zweidraht-Übertragung...
Das Ganze noch mit HF würzen: Keine Kunst mittels elektronischen Transformators
Wenn der Strahler anfängt zu strahlen: Dekorative  HF-Drosseln
<ul><li>förderte im Rahmen ihres LEONARDO-Programms durch sachkundige Partner 3 Jahre lang mit insgesamt 3 Millionen Euro ...
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Zum Verständnis elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder und der hiermit verbundenen technischen Störungen

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    1. 1. Was Sie schon immer über Hochfrequenz wissen sollten <ul><li>Stefan Fassbinder </li></ul><ul><li>Deutsches Kupferinstitut </li></ul><ul><li>Am Bonneshof 5 </li></ul><ul><li>D-40474 Düsseldorf </li></ul><ul><li>Tel.: +49 211 4796-323 </li></ul><ul><li>Fax: +49 211 4796-310 </li></ul><ul><li>[email_address] </li></ul><ul><li>www.kupferinstitut.de </li></ul>English deutsch
    2. 2. Das Deutsche Kupferinstitut, die Auskunfts- und Beratungsstelle für die Anwendung von Kupfer und seinen Legierungen, informiert und berät: <ul><li>Handel </li></ul><ul><li>Handwerk </li></ul><ul><li>Industrie </li></ul><ul><li>Forschung </li></ul><ul><li>Hochschulen </li></ul><ul><li>Künstler </li></ul><ul><li>Studenten </li></ul><ul><li>Privatpersonen </li></ul><ul><li>Mittels </li></ul><ul><li>Post </li></ul><ul><li>Telefon </li></ul><ul><li>Telefax </li></ul><ul><li>E-Mail </li></ul><ul><li>Web-Seite </li></ul><ul><li>Online-Datenbank </li></ul><ul><li>oder persönlich </li></ul>
    3. 3. Komplementäre Elemente: Induktivitäten und Kapazitäten
    4. 4. <ul><li>Die Feldstärke zwischen zwei Elektroden im Abstand von d = 1 m, zwischen denen eine Spannung von U = 1 V anliegt </li></ul>Was ist das eigentlich, E = 1 V/m?
    5. 5. Was ist das eigentlich, H = 1 A/m? <ul><li>I = 1 A </li></ul>Eine Feldlinie von 1m Länge um einen Leiter, durch den ein Strom von 1A fließt Im Abstand von herrscht eine Feldstärke von 1A/m
    6. 6. Was ist das eigentlich, eine magnetische Flussdichte von B = 1 T = 1 Vs/m² ? <ul><li>Eisenweg: Z. B. mittlere Länge 300 mm, µ R = 300 </li></ul>Luftspalt: Z. B. 1 mm, µ R = 1 Entspricht insgesamt 600 mm Eisen oder 2 mm Luft Feldstärke im Kern: im Luftspalt: im gesamten Feldverlauf, wobei:
    7. 7. Komplementäre Elemente: Induktivitäten und Kapazitäten
    8. 8. Komplementäre Elemente <ul><li>Induktivität: </li></ul><ul><li>Strom eilt der Spannung 90° nach </li></ul><ul><li>bzw. </li></ul><ul><li>Spannung eilt dem Strom 90° vor </li></ul><ul><li>Kapazität: </li></ul><ul><li>Strom eilt der Spannung 90° vor </li></ul><ul><li>bzw. </li></ul><ul><li>Spannung eilt dem Strom 90° nach </li></ul>U I C I L U U C U L I I
    9. 9. Komplementäre Elemente Fazit: 180° Phasen-Versatz zwischen Spannungen an bzw. Strömen in L und C , also: Induktive und kapazitive Reaktanzen subtrahieren sich linear! Vektoriell: Skalar: X C R X L R X C + X L Z
    10. 10. Klärung einiger Begriffe 1. Resonanz X C R X L
    11. 11. Wie muss man sich das vorstellen? i
    12. 12. Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
    13. 13. Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
    14. 14. Wie muss man sich das vorstellen? i i i i i i
    15. 15. Reihen-Resonanzfilter (Saugkreise) <ul><li>lassen die Resonanzfrequenz f 0 ungehindert passieren </li></ul><ul><li> vektorielle Darstellung </li></ul>U U C U L U R R L C
    16. 16. Achtung: Man sieht von außen nicht, was drinnen abgeht! <ul><li>Sprich : L und C begrenzen den Strom nicht! </li></ul>U U C U L U R I R L C
    17. 17. Parallel-Resonanzfilter (Sperrkreise) sperren Ströme der Resonanz-frequenz f 0 (vektorielle Darstellung) I ≈ 0 R ≈0 L C U
    18. 18. Achtung: Man sieht von außen nicht, was drinnen abgeht! Es fließt praktisch kein Strom durch den Schwingkreis, aber möglicherweise eine Menge im Schwingkreis! L C I ≈ 0 R ≈0 U
    19. 19. <ul><li>Reactor reactance </li></ul><ul><li>Capacitor reactance </li></ul><ul><li>Serial impedance </li></ul><ul><li>Phase angle </li></ul>Viele LC -Paare führen zur selben Resonanzfrequenz, ob NF, ob HF...
    20. 20. ...doch L zu C ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich! Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle
    21. 21. ...doch L zu C ist bedeutend für das Verhalten im restlichen Bereich! Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle
    22. 22. Die Gesamt-Energie im Schwingkreis bleibt erhalten
    23. 23. <ul><li>errechnet sich aus den Leitungsbelägen: </li></ul><ul><li>Längsinduktivität L ‘ und Querkapazität C ‘ je Längeneinheit Modell eines Kabels oder einer Leitung: </li></ul>2. Wellenwiderstand
    24. 24. Leitung mit großem Wellenwiderstand : Leitung mit geringem Wellenwiderstand:
    25. 25. Leitung mit geringem Wellenwiderstand <ul><li>Ausbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s </li></ul>
    26. 26. Leitung mit großem Wellenwiderstand <ul><li>Ausbreitungs-Geschwindigkeit: 299.792,5 km/s </li></ul>
    27. 27. <ul><li>1 Kupferatom hat 29 Elektronen. Davon ist eines beweglich. </li></ul><ul><li>1 Mol Kupfer (63,546g entsprechend 7,108cm³) enthält </li></ul><ul><li>N A = 6,022141*10 23 Atome (Avogadro-Konstante). </li></ul><ul><li>1 g Kupfer enthält somit 2,748*10 23 Elektronen. </li></ul><ul><li>Je Gramm sind also 9,5*10 21 beweglich, das macht 8,45*10 22 je Kubikzentimeter. </li></ul><ul><li>Eine Stromstärke von 1 A bedeutet, dass an jeder Stelle des Leiters pro Sekunde 6,25*10 18 Elektronen vorbei fließen (denn jedes Elektron führt eine Ladung von e = 1,6*10 -19 As mit sich). </li></ul><ul><li>Das ergibt bei 16 A in einer Installationsleitung mit 1,5 mm² ≈ 0,8 mm/s. </li></ul><ul><li>Im Kurzschlussfall können es auch 50 mm/s werden! </li></ul>Ach übrigens, wie schnell fließt der Strom eigentlich wirklich?
    28. 28. Wichtig zur Beurteilung der Reflexion von Stoß-wellen z. B. beim Über-gang von Freileitungen auf Kabel
    29. 29. Wichtig zur Vermeidung von Reflexionen: Abschluss-Widerstand, z. B. in einer Antennen-Steckdose, die als Durch-gangsdose konzipiert ist, dann aber als Enddose eingesetzt wird. Der Widerstandswert muss gleich dem Wellen-Widerstand sein, hier z. B. 75 Ω :
    30. 30. Anwendbar natürlich nur in der Nachrichtentechnik! Denn: <ul><li>Leitungsbeläge einer 380-kV-Freileitung: </li></ul><ul><li>Leitungsbeläge eines 380-kV-Kabels: </li></ul><ul><li>VPE </li></ul><ul><li>Öl </li></ul>
    31. 31. Das ergäbe eine »natürliche Leistung« von... <ul><li>Um Himmels Willen! </li></ul>Material Cross section over-head under-ground over-head under-ground over-head VPE cable Oil cable
    32. 32. 3. Grenzfrequenzen, 4. Bandbreite und somit 5. die Güte <ul><li>einer Spule, </li></ul><ul><li>eines Kondensators, </li></ul><ul><li>eines Schwingkreises </li></ul>
    33. 33. 3. Grenzfrequenzen f 1 und f 2 4. Bandbreite B Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle f 1 f 0 f 2 B
    34. 34. <ul><li>Reactor reactance </li></ul><ul><li>Capacitor reactance </li></ul><ul><li>Serial impedance </li></ul><ul><li>Phase angle </li></ul>3. Grenzfrequenzen f 1 und f 2 4. Bandbreite B f 1  f 0  f 2 B
    35. 35. Sperrkreise Reactor reactance Capacitor reactance Serial impedance Phase angle
    36. 36. 5. Ach du meine Güte! Beschrieben durch den Gütefaktor Q <ul><li>Wichtig ist das Verhältnis des reaktiven zum aktiven Anteil der Impedanz, denn Wirklast bedeutet Wirkleistung, und Wirkleistung bedeutet </li></ul><ul><li>Verlustleistung </li></ul><ul><li>Dämpfung </li></ul>
    37. 37. Zwischen Netz- und Hoch-frequenz: Tonfrequenz Welche Leitung gehört denn nun zum guten Ton?
    38. 38. 6. Interferenz <ul><li>Addition zweier </li></ul><ul><li>Spannungen von </li></ul><ul><li>50 Hz und 51 Hz </li></ul><ul><li>und gleicher Amplitude </li></ul>
    39. 39. Elektromagnetisches Feld: Wie muss man sich das vorstellen? <ul><li>Gleichspannung; Niederfrequenz: </li></ul><ul><li>Elektrische Felder </li></ul><ul><li>Gleichstrom; Niederfrequenz: </li></ul><ul><li>Magnetische Felder </li></ul>Hochfrequenz (ab ≈ 30 kHz): Elektromagnetische Felder
    40. 40. Wie muss man sich das vorstellen?
    41. 41. Wie muss man sich das vorstellen?
    42. 42. Wie muss man sich das vorstellen?
    43. 43. Wie muss man sich das vorstellen?
    44. 44. Wie muss man sich das vorstellen?
    45. 45. Wie muss man sich das vorstellen?
    46. 46. Wie muss man sich das vorstellen?
    47. 47. Wie muss man sich das vorstellen?
    48. 48. Wie muss man sich das vorstellen?
    49. 49. Wie muss man sich das vorstellen?
    50. 50. Wie muss man sich das vorstellen?
    51. 51. So muss man sich das vorstellen! <ul><li>Diese Felder strahlen ab und können zur Über- tragung von Nachrichten </li></ul><ul><li>über kleine und große Entfer-nungen genutzt werden... </li></ul>
    52. 52. ...oder eben solche Übertragungen stören! <ul><li>Warum heißt es bloß Rund funk ? </li></ul><ul><li>Na, wenn man nicht entstört, dann... </li></ul>
    53. 53. Aller schlechten Dinge sind drei: Koppelmechanismen <ul><li>Galvanisch: </li></ul><ul><li>Elektrisch leitfähige Verbindung </li></ul><ul><li> </li></ul><ul><li>Elektronen fließen »persönlich« von der Störquelle zur Störsenke. </li></ul><ul><li>Störungsart: Die »verPENnte« Installation </li></ul><ul><li>Induktiv: </li></ul><ul><li>Strom </li></ul><ul><li> </li></ul><ul><li>Magnetfeld </li></ul><ul><li> </li></ul><ul><li>Induktion </li></ul>NF NF HF Kapazitiv:  Spannung elektrisches Feld  Influenz Elektromagnetische Felder, Abstrahlung / Einstrahlung (HF)
    54. 54. <ul><li>Mehrfach-Verbindungen zwischen N und PA/PE, also zwischen Energie- und Nach-richtentechnik (Betriebserde) </li></ul>1. Galvanische Kopplung Was möchte dieser Herr Ihnen hier zeigen? Das Parade-Beispiel für galvanische Kopplung:
    55. 55. 2. Induktive Kopplung <ul><li>I </li></ul>Bei Betriebsströmen: di / dt ≈ 50 A/ms Bei Kurzschlussströmen: di / dt ≈ 1 k A/ms Bei Schaltspitzen: di / dt ≈ 10 k A/ms In Umrichtern: di / dt ≈ 50 k A/ms Bei Blitzströmen: di / dt ≈ 50 k A/ µ s! Signalpegel Datenkabel Kat. 3: 1 V Signalpegel Datenkabel Kat. 5: 500 mV Datenkabel 10Gbit/s am Anfang: 130 mV Datenkabel 10Gbit/s am Ende: 600 µ V! ~ d l U
    56. 56. 3. Kapazitive Kopplung <ul><li>U </li></ul>I I
    57. 57. 3. Kapazitive Kopplung <ul><li>U </li></ul>I
    58. 58. 3. Kapazitive Kopplung <ul><li>U </li></ul>I I
    59. 59. Aller schlechten Dinge sind drei: Koppel-mechanismen in der Praxis <ul><li>Nur hier gehört er hin </li></ul>Galvanische Kopplung: »Zweiter ZEP« Induktive Kopplung: N gegen PE Kapazitive Kopplung: MS gegen PE?    
    60. 60. Daher: Koppelmechanismen beachten! <ul><li>Galvanische Kopplung: Ein Mal ist kein Mal </li></ul><ul><li>Kapazitive Kopplung: Eine hauchdünne elektrisch leitfähige Schicht genügt – falls geerdet! </li></ul><ul><li>Induktive Kopplung: Dicke magnetisch leitfähige Schichten erforderlich! </li></ul>
    61. 61. Und: Angaben zu Kabelkanälen in den Normen beachten! <ul><li>Z. B. E DIN IEC 60364-4-444 </li></ul><ul><li>(VDE 0100 Teil 444):2006-12 </li></ul>
    62. 62. <ul><li>Z. B. E DIN IEC 60364-4-444 </li></ul><ul><li>(VDE 0100 Teil 444):2006-12 </li></ul>Und: Angaben zur Anordnung der Kabel beachten!
    63. 63. Nicht verwechseln: <ul><li>Analog- und Digitalkabel </li></ul><ul><li>Analogkabel haben einen Schirm. </li></ul><ul><li>Digitalkabel haben etwas, was aussieht wie ein Schirm. </li></ul>
    64. 64. Wie man mit Koppel-mechanismen um geht? Indem man sie um geht ! Eindraht-Übertragung: Spart Kupfer Zweidraht-Übertragung: Spart Ärger
    65. 65. Das Ganze noch mit HF würzen: Keine Kunst mittels elektronischen Transformators
    66. 66. Wenn der Strahler anfängt zu strahlen: Dekorative HF-Drosseln
    67. 67. <ul><li>förderte im Rahmen ihres LEONARDO-Programms durch sachkundige Partner 3 Jahre lang mit insgesamt 3 Millionen Euro die Erstellung der Internet-Seite zu allen Fragen der Netzqualität! Gehen Sie von Zeit zu Zeit auf www.lpqi.org und sehen Sie die Leonardo Power Quality Initiative wachsen! </li></ul><ul><li>Wir wollen in 13 Sprachen Lehrmittel zur Minderung von EMV-Problemen entwickeln und verfügbar machen! </li></ul><ul><li>Wir wenden uns an alle Elektro-Praktiker: Ingenieure, Handwerker, Gebäudetechniker, Architektur- und Planungsbüros sowie Auszubildende und Ausbilder. </li></ul><ul><li>Wir sind bisher 98 Partner aus Europa, Nord- und Südamerika, darunter Unternehmen, Institute, Hochschulen und 5 nationale Kupfer-Institute. Teilnahme und Beiträge weiterer Partner aus Industrie und Hochschulen sind jederzeit möglich und von den bisherigen Projektpartnern erwünscht. </li></ul><ul><li>Klicken Sie rein! </li></ul>Die Europäische Union 3 Projekte von etwa 4000 ausgezeichnet – eines davon war: www.lpqi.org
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