Grundlæggende om skærmning Har du brug for hjælp til en korrekt skærmning af dit anlæg? Vi hjælper dig med planlægningen og valget af rigtige komponenter.

Forbrugeren (Z) forsynes fra en spændingskilde (U) via ledninger. Der opstår herved spændingsforskelle mellem plus- og minusledningerne, som skaber et elektrisk felt mellem ledningerne. Rundt om den strømførende ledning oprettes et magnetisk felt (H). Dette magnetiske felt udsættes for tidsmæssige udsving på grund af dets afhængighed af strøm. Da konstante strømme kun findes i meget få applikationer, fører dette til uregelmæssige, vekslende magnetfelter. Disse felter bliver til elektromagnetiske signaler, en slags "minisender" og på samme tid en modtager. Hver eneste ledning er altså i stand til at påvirke andre elektriske og elektroniske apparaters funktion negativt. For at påvirkningerne ikke har synlige konsekvenser for dine enheder og anlæg, er det nødvendigt med en korrekt skærmning af kablerne og ledningerne.

Når to strømkredse bruger et fælles ledningsstykke, opstår der en galvanisk interferens. Dette er ofte en fælles reference- eller returleder. På grund af strøm- eller spændingssvingninger i første strømkreds (f. eks. koblinger) påvirkes den anden kreds. Men også forkerte jordforbindelser til skærmede MSR- og dataoverførsels-kabler kan føre til galvaniske påvirkninger.

Modforanstaltninger:

• Det fælles ledningsstykke skal lægges med så lav en modstand og induktivitet som muligt (anvend tilstrækkelig store ledertværsnit)
• Adskil strømkredsen så meget som muligt
• Hold fælles tilledninger så korte som muligt
• Læg forgreningspunkterne så tæt på strømkilden som muligt

Den kapacitive interferens støjpåvirkning er den elektriske spænding. Kapacitive interferenser forårsages af et systems vekslende elektriske felter, der virker som interferens. Det typiske eksempel på en kapacitiv interferens er to ledninger, der er lagt parallelt over en længere afstand, og som opfører sig som to modsatte kondensatorplader og i denne funktion repræsenterer en kortslutning for højfrekvente signaler.

Modforanstaltninger:

• Undgå så vidt muligt parallel trådning, eller hold den så kort som muligt
• Opret så store afstande som muligt mellem kilden til interferens og den forstyrrede ledning (mindste afstand 60 - 100 cm)
• Anvendelse af skærmet dataoverførsels- og MSR-ledninger (gennemfør skærmningen på en side)
• Anvendelse af parvist snoede ledninger

Årsagen til en induktiv inferens er et vekslende magnetfelt. Rundt om en strømførende ledning dannes et magnetfelt, som også trænger igennem ledningerne ved siden af. Når en ændring i strømmen ligeledes forårsager en ændring i magnetfeltet, som derefter inducerer en spænding i de tilstødende ledninger.

Eksempel: Hvis to ledninger på 100 m ligger parallelt med hinanden i en afstand på 30 cm, mens strømmen gennem den interfererende leder er 100 A (50 Hz), induceres der i den anden ledning en spænding på ca. 0,3 mV. Ved samme placering, men med en strømændring på 1 kA i 100 μs, induceres en spænding på ca. 90 mV. Jo hurtigere og større en strømændring er, desto højere er den inducerede spænding.

Modforanstaltninger:

• Afstanden mellem stærkstrømskabler og dataoverførsels- og MSR-kabler skal være mindst 1 m
• Parallelføringer skal være så korte som muligt
• Ved at anvende snoede ledninger kan den induktive påvirkning forringes med ca. faktor 20
• Anvendelse af ledninger, som er skærmet på begge sider (skærmning)

Snoede ledninger?
Anvendelsen af snoede ledninger forringer den induktive interferens, da induktionsretningen konstant vendes om, når årerne snoes. For at undgå koblinger placeres par ved siden af hinanden i en dataoverførsel- eller MSR-ledninger med forskellige slaglængder. Slaglængder er typisk på 30 til 50 mm. Ved stærkstrømskabler er slaglængden alt efter ledertværsnittet mellem 200 og 900 mm.

Med bølgeinterferens menes ledningsforbundne bølger eller impulser der spildes til tilstødende dataoverførsels- og MSR-ledninger. Desuden opstår der en bølgeinterferens, når der er udslip fra et ledningskredsløb til et andet kredsløb inden for et kabel. Ved galvanisk, kapacitiv og induktiv interferens bliver de elektriske signalers runtime forsømt på den interferende og den forstyrrede ledning. I særtilfælde kan det forekomme, at interferensfrekvensens bølgelængde kommer i ledningslængdernes størrelsesorden. Hvis dette indtræder, skal der også tages hensyn til denne effekt her.

Modforanstaltninger:

• Anvend kabler med skærmede par og fællesskærm (skærmning)
• Undgå fejltilpasninger i hele kabelføringen
• Før ikke signaler med meget højt niveau i samme kabel med signaler med meget lavt niveau
• Anvend kabler med høj refleksionsfrihed, lav dæmpning og lav kapacitet

Fra en kilde til interferens kan ledningsfri elektromagnetiske bølger også påvirke systemer og ledninger. Kilden til interferens er den fri bølge H0, E0. I nærfeltet kan det elektriske eller magnetiske felt overveje alt efter interferens. Høje strømme skaber først og fremmest et magnetisk felt, høje spændinger skaber først og fremmest et elektrisk felt. Interferensenergierne med høj frekvens spreder sig via ledninger, som er tilsluttet til interferenskilden og gør en direkte stråling (>30 MHz). Desuden kan kraftige sendesteder ved siden af forårsage høje feltstyrker på kabelinstallationens sted og have en forstyrrende virkning på kabler. I industrivirksomheder opstår langt de største interferenser ved frakoblingen af induktive belastninger. De store, spændingsspring med høj frekvens, som opstår herved, kaldes for "bursts". Bursts har frekvensspektre på op til 100 MHz.

Modforanstaltninger:

• Anvend skærme med høj absorptions- og refleksionsevne (kobber eller aluminium) i fjern- og nærfeltet. Herved bør der anvendes ledende og om muligt fuldkommen lukkede skærme med lav koblingsmodstand og gode skærmdæmpningsværdier. (Skærmning)
• I et overvejende magnetisk nærfelt, især ved dybe frekvenser bør der desuden skærmes yderligere med MU-metal eller et amorft metal.

Typen af skærmtilslutning retter sig først og fremmest efter den påvirkning, der forventes. For at undertrykke elektriske felter er ensidig jordforbindelse (1) af skærmningen nødvendig. I modsætning hertil kan interferens på grund af et skiftende magnetfelt kun undertrykkes, hvis skærmningen er gennemført på begge sider. Med en skærmningsstøtte (2) på begge sider oprettes imidlertid en jordsløjfe med de ulemper, der kendes herfra. Især påvirker den galvaniske interferens langs referencepotentialet brugssignalet og mindsker skærmningens virkning. Dette kan afhjælpes ved hjælp af triaksialkabler (4), med den indre skærmning tilsluttet på den ene side og den ydre skærmning på begge sider. For at reducere galvanisk interferens, når en kabelskærm er tilsluttet på begge sider, er den ene side ofte forbundet til referencepotentialet via en kondensator (3). Dette bryder i det mindste jordsløjfen for jævn- og lavfrekvensstrømme.

Formålet med det følgende eksempel er at tydeliggøre effektiviteten af foranstaltninger til beskyttelse mod interferens. Den viste placering udsættes for et vekslende magnetfelt med 50 kHz over en længde på 2 m. Den målte støjspænding ved udgangen angives herved til 0 dB i forhold til støjspændingen uden en tilsluttet lederskærm (1). Ved en ensidet skærmning (2) er der ingen forbedring, da den ikke virker ved magnetisk interferens. En skærm, som er tilsluttet på begge sider, som på billede 3 dæmper interferensen med ca. 25 dB. Den snoede ledning (20 slag/m) viser i placeringen (4) allerede uden skærmning en lavere følsomhed over for interferens (ca. 10 dB), hvilket opnås af ledningssløjfernes kompenserende virkning. En ensidet tilsluttet skærm (5) viser så igen ingen forbedring. Først med skærme tilsluttede på begge sider i placering (6) forbedres dæmpningen til ca. 30 dB.