IEC 61000.

IEC 61000 ist die internationale Normenfamilie für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Sie legt fest, wie sich elektrische und elektronische Geräte in ihrer elektromagnetischen Umgebung verhalten — sowohl hinsichtlich der von ihnen erzeugten Störaussendung als auch hinsichtlich der Störfestigkeit, die sie gegenüber einwirkenden Störgrößen nachweisen müssen. Auf die Reihe wird in der europäischen EMV-Richtlinie, in Automobilkonsortien, in Normen für Industriemaschinen sowie in zahlreichen branchenspezifischen Qualifizierungsrahmen verwiesen.

IEC 61000 regelt die zivile und industrielle EMV. Für elektromagnetische Umgebungen im Verteidigungsbereich ist MIL-STD-461 die parallele Referenz. Die meisten Allzweck-, Automobil- und Industrieprodukte stützen sich auf IEC 61000 — bei Geräten im Verteidigungs- und Avionikbereich werden für domänenübergreifende Anwendungen häufig beide Normenfamilien zitiert.

Anwendungsbereich

IEC 61000 erfasst niederfrequente Störgrößen (Netzoberschwingungen, Spannungseinbrüche, Flicker) sowie hochfrequente Störgrößen (elektrostatische Entladung, gestrahlte HF-Felder, leitungsgeführte HF, schnelle transiente Störgrößen, Stoßspannung). Die Reihe gilt sowohl für die Störaussendung (das, was ein Gerät erzeugt und in seine Umgebung oder sein Versorgungsnetz abgibt) als auch für die Störfestigkeit (das, was ein Gerät ohne unzulässige Beeinträchtigung ertragen muss).

Die Norm gliedert sich in sechs Teile:

• Teil 1 — Allgemeine Betrachtungen und Begriffe
• Teil 2 — Umgebung (Beschreibung der elektromagnetischen Umgebungen, Verträglichkeitspegel)
• Teil 3 — Grenzwerte (Aussendungsgrenzwerte für Oberschwingungen, Spannungsschwankungen, Flicker)
• Teil 4 — Prüf- und Messverfahren (der am häufigsten verwendete Teil)
• Teil 5 — Installations- und Minderungsrichtlinien
• Teil 6 — Fachgrundnormen (Aussendung und Störfestigkeit für Wohn-, Geschäfts- und Industrieumgebungen)

Diese Seite konzentriert sich auf Teil 3 (Aussendungsprüfungen) und Teil 4 (Störfestigkeitsprüfungen) — die beiden in der Produktqualifizierung am häufigsten anzutreffenden Teile.

Prüfmethoden

Aussendungsprüfungen (Teil 3)

IEC 61000-3-2 — Oberschwingungsströme

• Zweck: Begrenzung der Oberschwingungsverzerrung, die angeschlossene Geräte in das öffentliche Versorgungsnetz zurückspeisen
• Anwendung: Geräte mit einem Bemessungseingangsstrom von bis zu 16 A je Phase
• Verfahren: Das Gerät wird unter definierten Lastbedingungen betrieben, während der Oberschwingungsgehalt des Eingangsstroms bis zur 40. Oberschwingung gemessen wird
• Geräteklassen: Klasse A (symmetrisch dreiphasig), Klasse B (tragbare Werkzeuge), Klasse C (Beleuchtung), Klasse D (bestimmte Stromform bis 600 W)

IEC 61000-3-3 — Spannungsschwankungen und Flicker

• Zweck: Begrenzung von Spannungsschwankungen und Flickererscheinungen, die durch das Schalten von Geräten verursacht werden
• Anwendung: Gleicher Strombereich wie 61000-3-2
• Verfahren: Flickermeter-Messung während definierter Betriebszyklen; Bewertung der Kurzzeit- ($P_{st}$) und Langzeit-Flickerwerte ($P_{lt}$) gegenüber den Grenzwerten

IEC 61000-3-11 und -3-12 — Geräte mit höherem Strom

• Zweck: Erweiterung von -3-2 und -3-3 auf Geräte mit einem Bemessungseingangsstrom über 16 A und bis zu 75 A je Phase
• Anwendung: Größere industrielle Lasten, bestimmte HLK- und motorbetriebene Geräte

Störfestigkeitsprüfungen (Teil 4)

IEC 61000-4-2 — Störfestigkeit gegen elektrostatische Entladung (ESD)

• Zweck: Nachweis der Geräteleistung nach Einwirkung elektrostatischer Entladungsereignisse
• Entladungsarten: Kontaktentladung und Luftentladung
• Prüfschärfegrade: 2, 4, 6, 8 kV Kontaktentladung; 2, 4, 8, 15 kV Luftentladung (IEC 61000-4-2).
• Verfahren: ESD-Pistole, angewendet an direkten Entladungspunkten sowie an Koppelflächen rund um das Gerät
• Anwendung: Alle elektronischen Geräte; häufiger Eintrittspunkt für frühe Ausfälle

IEC 61000-4-3 — Störfestigkeit gegen gestrahlte hochfrequente elektromagnetische Felder

• Zweck: Nachweis des fortgesetzten Betriebs in hochfrequenten elektromagnetischen Feldern
• Frequenzbereich: Die Störfestigkeit gegen gestrahlte HF (IEC 61000-4-3) deckt typischerweise 80 MHz bis 6 GHz ab, mit erweiterten Bereichen je nach Anwendung.
• Feldstärke: Prüfschärfegrade mit anwendungsspezifisch festgelegter Modulation
• Verfahren: Das Gerät wird in einer Absorberhalle oder einer teilabsorbierenden Einrichtung einem kalibrierten Feld ausgesetzt, während die Funktionsleistung überwacht wird
• Anwendung: Geräte, die in der Nähe von Funksendern, Mobilgeräten oder Rundfunkumgebungen betrieben werden

IEC 61000-4-4 — Störfestigkeit gegen schnelle transiente elektrische Störgrößen (EFT) / Burst

• Zweck: Prüfung der Störfestigkeit gegen wiederholte schnelle transiente Bursts auf Energie- und Signalleitungen
• Verfahren: Anwendung eines Burst-Musters schneller transienter Störgrößen auf Energieeingang, Signalleitungen und Steuerleitungen
• Anwendung: Industriegeräte, die Schalttransienten von Relais, Schützen und induktiven Lasten ausgesetzt sind

IEC 61000-4-5 — Störfestigkeit gegen Stoßspannungen (Surge)

• Zweck: Prüfung der Störfestigkeit gegen energiereiche Stoßspannungen durch Blitzeinwirkungen und große Schalttransienten im Wechselstromnetz
• Verfahren: Anwendung einer Kombinationswelle (Spannung 1,2/50 μs, Strom 8/20 μs) auf Energieeingang und Signalleitungen über ein Koppel-/Entkoppelnetzwerk
• Schärfegrad: Auswahl der Pegel auf Grundlage der Installationsklasse und der Exposition

IEC 61000-4-6 — Störfestigkeit gegen leitungsgeführte HF

• Zweck: Nachweis der Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen, die durch HF-Felder auf angeschlossenen Kabeln induziert werden
• Frequenzbereich: Die Störfestigkeit gegen leitungsgeführte HF (IEC 61000-4-6) deckt 150 kHz bis 80 MHz ab.
• Verfahren: Einkopplung eines HF-Störsignals auf Kabel über eine Stromzange oder ein Koppel-Entkoppelnetzwerk

IEC 61000-4-8 — Störfestigkeit gegen Magnetfelder mit energietechnischen Frequenzen

• Zweck: Störfestigkeit gegen Magnetfelder mit Netzfrequenz (50/60 Hz) aus nahegelegenen Installationen mit hohen Strömen
• Anwendung: Geräte, die in der Nähe von Umspannwerken, Bahnstromanlagen oder großen Motoren installiert sind

IEC 61000-4-11 — Spannungseinbrüche, Kurzzeitunterbrechungen und Spannungsschwankungen

• Zweck: Störfestigkeit gegen kurzzeitige Absenkungen oder Unterbrechungen der Wechselstromversorgung
• Prüfbedingungen: Definierte Kombinationen aus Spannungsabsenkung in Prozent und Dauer
• Anwendung: Alle netzbetriebenen Geräte; besonders wichtig für Geräte, die kurzzeitige Versorgungsstörungen überbrücken sollen

IEC 61000-4-13 — Störfestigkeit gegen Oberschwingungen und Zwischenharmonische

• Zweck: Störfestigkeit gegen Oberschwingungsverzerrungen im Wechselstromnetz

Fachgrundnormen (Teil 6)

Die Reihe Teil 6 enthält übergreifende Spezifikationen für Störfestigkeit und Aussendung, wenn keine produktspezifische Norm vorliegt.

• IEC 61000-6-1 — Fachgrundnorm Störfestigkeit, Wohn-, Geschäfts- und Leichtindustriebereich
• IEC 61000-6-2 — Fachgrundnorm Störfestigkeit, Industrieumgebungen
• IEC 61000-6-3 — Fachgrundnorm Aussendung, Wohn-, Geschäfts- und Leichtindustriebereich
• IEC 61000-6-4 — Fachgrundnorm Aussendung, Industrieumgebungen

Anwendbarkeit

• Industriemaschinen: -3-2, -3-3, -4-2, -4-4, -4-5, -4-6, -4-8, -4-11, -6-2, -6-4
• Unterhaltungselektronik: -3-2, -3-3, -4-2, -4-3, -4-4, -4-5, -4-6, -4-11, -6-1, -6-3
• Automobil (zusätzlich zu CISPR 25 / ISO 11452): -4-2, -4-4 (einige abgeleitete Referenzen)
• Medizingeräte (zusätzlich zu IEC 60601-1-2): -4-2, -4-3, -4-4, -4-5, -4-6, -4-8, -4-11
• Beleuchtung: -3-2 (Klasse C), -4-2, -4-3, -4-5
• Industrielle Prozesssteuerung: -4-2, -4-3, -4-4, -4-5, -4-6

Für den Zugang zum europäischen Markt ist die Konformität mit der einschlägigen Fachgrundnorm aus Teil 6 (oder einer produktspezifischen harmonisierten Norm, die sie ablöst) der gängigste Weg, um die Konformität mit der EMV-Richtlinie nachzuweisen.

Verwandte Normen

• MIL-STD-461 — EMV-Anforderungen für den Verteidigungsbereich; deckt ähnliche Störgrößenkategorien mit anderen Grenzwerten, Prüfgeometrien und Frequenzbereichen ab
• CISPR 16 — Spezifikation für Geräte zur Messung von Funkstörungen und Störfestigkeit
• CISPR 22 / CISPR 32 — Aussendungsgrenzwerte für Geräte der Informationstechnik (im Lauf der Zeit abgelöst)
• CISPR 11 — Aussendungsgrenzwerte für industrielle, wissenschaftliche und medizinische (ISM) Geräte
• EN 55032 — Europäisches Äquivalent zu CISPR 32
• IEC 61000-6-x — Fachgrundnormen (häufig der einfachste Konformitätsweg für Industriegeräte ohne produktspezifische Referenz)
• ISO 7637 / CISPR 25 — EMV für Straßenfahrzeuge (eigenständiger Rahmen, konzeptionell jedoch parallel)

Konstruktionstechnische Auswirkungen

Bei der Konformität mit IEC 61000 geht es selten um ein einzelnes Prüfversagen — sie bringt Konstruktionsentscheidungen zutage, die früher im Projekt getroffen wurden. Häufige Fehlermechanismen, die sich auf Entscheidungen in der Entwurfsphase zurückführen lassen:

• ESD-Festigkeit: Steckverbindergeometrie, Masserückführwege, Auswahl der ESD-Schutzbauelemente an freiliegenden Signalleitungen
• Gestrahlte Störfestigkeit: Strategie der Kabelschirmung, Management von Gehäuseöffnungen, interne Erdungsarchitektur
• Stoßspannungsfestigkeit: Filterung der Energieleitungen, Auswahl der Suppressordioden zur Transientenunterdrückung, Isolationsstrategie
• Oberschwingungsaussendung: Auslegung der Leistungsfaktorkorrekturstufe, Wahl der Schalttopologie
• Leitungsgeführte Störfestigkeit: Auswahl der Gleichtaktdrossel, Platzierung der Filter an Energie- und Signaleingängen

Ein Pre-Compliance-Prüfplan priorisiert in der Regel ESD (4-2), gestrahlte Störfestigkeit (4-3) und Stoßspannung (4-5) früh im Entwicklungszyklus, weil Konstruktionsänderungen zur Behebung von Fehlern bei diesen Methoden häufig eine Neugestaltung der Leiterplatte statt einer Nacharbeit erfordern. Fehler bei Spannungseinbruch (4-11) und Oberschwingungsaussendung (3-2) lassen sich meist durch Firmware- oder Komponentenkorrekturen beheben und können später angegangen werden.