Proceedings EMV Kongress 2022 : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

Proceedings der EMV 202

Messung der Feldverteilung von Windkraftanlangen anhand eines skalierten Modells

Im Rahmen der Energiewende werden in Deutschland zunehmend Windkraftanlagen (WKA) errichtet. Dabei werden weiträumig unbebaute, erhöht gelegene Flächen bevorzugt. Diese exponierte Lage wird jedoch ebenfalls für sicherheitsrelevante Funkdienste, wie Anlagen der terrestrischen Flugnavigation oder zur Schiffsnavigation, genutzt. In dem dadurch entstandenen Interessenkonflikt dürfen unter anderem die unbeabsichtigten elektromagnetischen Emissionen von Windkraftanlagen normativ vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten. Für diese Messungen sind in der CISPR 11 [1] und CISPR 16 [2] sowie in der TR9 [3] Messpositionen und Frequenzbänder definiert. Die Messungen werden in einem Abstand von 30 m an vier, um 90° versetzten, Positionen um die Anlage herum vorgenommen. Für Messungen im Frequenzbereich 150 kHz bis 30 MHz ist dabei gemäß [2] eine Messhöhe von 1 m vorgesehen, für Messungen von 30 MHz bis 1 GHz 2 m Höhe. Bei vorherigen Untersuchungen [4] wurde das elektrische Feld in dem Abstand von 29,75 m bis 30,25 m und der Höhe von 1 m bis 4 m numerisch simuliert. Dabei konnte eine nichthomogene Feldverteilung mit lokalen Minima und Maxima gezeigt werden. Es bleibt jedoch offen, welche Feldverteilung im Bereich 4 m bis 120 m zu erwarten ist. Diese ist jedoch durchaus von Interesse, wenn der Einfluss auf beispielsweise terrestrischer Flugnavigation bewertet werden soll. Da in diesen Höhen an einer WKA nur schwer bis unmöglich gemessen werden kann, wird in dieser Arbeit ein Windkraftanlagenmodell im Maßstab 1:100 vorgestellt. Bevor dieses Modell im Detail präsentiert wird, wird die numerische Überprüfung der Angaben aus [6] zur Skalierung des Messobjektes vorgestellt

Breakdown behavior of electronics at variable pulse repetition rates

The breakdown behavior of electronics exposed to single transient electromagnetic pulses is subject of investigations for several years. State-of-the-art pulse generators additionally provide the possibility to generate pulse sequences with variable pulse repetition rate. In this article the influence of this repetition rate variation on the breakdown behavior of electronic systems is described. For this purpose microcontroller systems are examined during line-led exposure to pulses with repetition rates between 1 KHz and 100 KHz. Special attention is given to breakdown thresholds and breakdown probabilities of the electronic devices

Subjects of discussion in radiated emission measurements above 1 GHz

Some emission and susceptibility EMC standards already require measurements above 1 GHz or test site validations (IEC 2006, CISPR 2006). A simple assignment of the established measurement methods below 1 GHz to the frequency range above 1 GHz bears some risks. The ratio between the physical size of the equipment under test (EUT) and the wave-length rises with frequency. This increases the electrical size of the EUT. The directivity may become larger and the radiation pattern of the EUT is getting more complex which reduces the probability to detect the maximum emission with a simple planar cut scan. To analyse these effects in more detail this paper shows radiation characteristics of an exemplary EUT. The influence of a receiving antenna height scan and the angle increment of the turntable scan on the detection of the maximum of the electrical field strength will be discussed. As a result some ideas will be given to reduce the measurement time but keeping the reliability of the measurement results constant

Screening attenuation of coaxial cables determined in GTEM-cells

This paper describes the determination of the screening attenuation with a GTEM cell. An analytical part gives the link between the voltage at the cell port and the total radiated power. The next section investigates the optimal cable setup in the cell. With a measurement of the common mode current on the cable and a simulation of the radiation resistance the loop antenna characteristic of the cable setup could be verified. It is shown that the use of ferrit cores decrease the difference between the maximum and the minimum screening attenuation. The determination of great screening attenuation could be improved with the use of N-type measurement cables. A comparison between this GTEM cell method and the standard methods shows a good agreement

Pointer Image Theory Usage for Common Mode Current Prediction at Power Lines

This paper aims to explain the pointer image theory as a solution used to predict the common mode (CM) current at power lines, which is strongly related to radiated electromagnetic emissions. Techniques to measure the CM current at power lines in huge installations such as wind turbines (WT) are needed and novel methods are emerging. The WT tower may become an unintentional antenna due to the CM current flowing at its body through stray capacitances. The easiest way to measure the total CM current flow on a three-phase system is by measuring it using a device such as a current clamp or a Rogowski coil. This clamp must cover the whole 3-phase-cable bundle, however, the problem is that such a huge clamp or coil does not exist on the market, besides customized parts. The proposed method in this paper is to implement the pointer image theory to predict the CM current from a WT power plant. Laboratory measurements and SPICE simulations are used to show that the proposed method works well for CM current prediction

Heuristic Approach to Evaluate the Occurrence of IEMI Sources in Criminal Activities

This paper discusses a technique which enables the assessment of key parameter of various intentional electromagnetic environments (IEME) for electronic systems, including the likelihood of their occurrence. The technique starts with a categorization of aspects, including non-technical aspects like availability of components, required knowledge and costs. Based on this categorization the likelihood that an offender has access to such an IEMI source is determined by a heuristic approach. In a second assessment step the possibility that a considered IEMI source might occur in the ambient of a given target system is estimated

S-Parametermessung zur Lokalisation von Störungen in Schirmen

Im Bereich der Elektromagnetischen Verträglichkeit ist Schirmung ein sehr wichtiges Thema. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, dass diese vollständig abgeschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, können elektromagnetische Felder zwischen geschirmten und äußeren Bereich ein- und ausdringen. Eine Überprüfung auf Schirm-Intaktheit kann mittels verschiedener Methoden erfolgen. In einer Arbeit von Baum [1] wurde untersucht wie man mit Hilfe von Drahtwicklungen, welche sowohl außen als auch innen am zu untersuchenden Schirmungsgehäuse angebracht werden, Risse in diesem detektieren und lokalisieren kann. Genutzt wird hierbei ein kurzer, steilflankiger Puls im Zeitbereich. In einer darauf aufbauenden Arbeit von Reiser [2] wurden Messungen im Frequenzbereich durchgeführt. Dazu wird eine Koaxialleitung so modifiziert und aufgetrennt, dass deren Außenleiter mit Flächenelektroden an das zu untersuchende metallische Gehäuse angebracht wird und der Innenleiter über die zu detektierende Störstelle (Schirmungsunterbrechung). Dadurch entsteht eine Streifenleitungsstruktur welche mit einem Messempfänger verbunden wird. Wird im Inneren des Gehäuses ein Erregerfeld erzeugt, dringt dieses durch die Störstellen nach außen und kann von der Streifenleitungsstruktur detektiert werden. Die vorliegende Arbeit soll auf dem Prinzip der Erstellung einer Streifenleitungsstruktur aufbauen und eine Messmethode vorstellen, mit der sich Schirmungsunterbrechungen aber auch sich bildende kleinste Risse in Koaxialkabelschirmen und bedeckten Metallflächen, wie bspw. lackierten Gehäusen, detektieren lassen. Im Falle einer Untersuchung von Koaxialkabeln ist die Time-Domain Reflectometry (TDR) [3] bereits eine bewährte Methode, um Störungen, wie u. A. Unterbrechungen, Quetschungen oder Risse im Impedanzverlauf des Kabels zu detektieren und zusätzlich zu lokalisieren. Bei einer solchen TDR-Messung werden jedoch Messgeräte wie Speicheroszilloskope verwendet, welche eine sehr hohe Messbandbreite von DC bis in den zweistelligen GHz-Bereich aufweisen. Ziel dieser Arbeit ist es jedoch zum einen, eine Messsonde zu entwickeln, mit welcher die Oberfläche auf Störungen abgesucht werden kann und zum anderen die Vorteile einer TDR-Messung mittels Messgeräte mit geringerer Messbandbreite nachzubilden

Susceptibility of personal computer systems to electromagnetic pulses with double exponential character

In this paper the susceptibility of personal computer systems to fast transient electromagnetic pulses with double exponential pulse shapes (EMP, UWB) is determined. The influence of the computer generation, RAM-values, different program states and the pulse shape, as well as the destruction thresholds of single PC-components (CPU, RAM, BIOS, Mainboard) have been investigated. © 2004 Copernicus GmbH.Armed Forces Scientific Institute for Protection Technologies – ABC-Protection (Munster, Germany

Disturbing impact of multiple wind turbines on the indicated DVOR bearing

Radio navigation aids, like the Doppler Very High Frequency Omnidirectional Radio Range (DVOR), provide their navigation service by specific radiation of electromagnetic waves depending on the direction in space and according to their specific antenna characteristics. Therefore, these navigation aids are reliant on undisturbed wave propagation in their operation range. Certainly, a propagation disturbance can be implicated by the presence of scattering objects like large buildings or wind turbines (WT) in the surrounding area of the DVOR, which potentially leads to deviations of the transmitted navigation content. In order to comply with the specified flight safety limits, especially respecting WTs, there is a necessity to predict the prospective bearing error due to installations not only of individual WTs but also of additional ones in a present wind farm or repowering projects. Accordingly, this paper is aimed at ascertaining the bearing deviations' dependency on the quantity of WTs in a realistic wind farm close to a DVOR, calculated in space areas of practical relevance