Az árnyékolás alapismeretei Segítségre van szüksége berendezéseinek szakszerű árnyékolásával kapcsolatban? Szívesen támogatjuk Önt a tervezésben és a komponensek helyes kiválasztásában.

Az (U) feszültségforrás a vezetékeken keresztül látja el a (Z) fogyasztót. A pozitív és a negatív vezeték között feszültségkülönbség keletkezik, ezért a vezetők között elektromos erőtér épül fel. Az árammal átjárt vezetékek körül ezenkívül mágneses tér (H) is keletkezik. Ez a mágneses tér az áramfüggősége miatt időben ingadozik. Mivel időben állandó áramok a létező legkevesebb alkalmazásban fordulnak elő, ezért ezek a mágneses mezők rendszertelenül váltakoznak. Ezek a mezők elektromágneses jelekké, egyfajta „mini jeladókká”, egyidejűleg pedig vevőkké is válnak. Így tehát minden vezeték képes arra, hogy negatívan befolyásolja más elektromos és elektronikus készülékek működését. Azért, hogy ezek a hatások ne jelentkezzenek a készülékekben és berendezésekben, a kábelek és vezetékek szakszerű árnyékolására van szükség.

Amikor két áramkör közös vezetékszakaszt használ, galvanikus zavarás lép fel. Ez gyakran egy közös vonatkoztatási vagy visszavezető. Az első áramkör áram- vagy feszültségingadozásai (pl. kapcsolási műveletek) hatással vannak a másik áramkörre. A mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikai, valamint adatátviteli kábelek helytelen földelése is galvanikus zavarásokhoz vezethet.

Ellenintézkedések:

• A közös vezetékszakasznak lehetőleg kis ohmos ellenállásúnak és induktivitásszegénynek kell lennie (megfelelően nagy vezeték-keresztmetszetek alkalmazása)
• Az áramköröket a lehető legjobban el kell választani
• A közös hozzávezetéseket a lehető legrövidebbre kell méretezni
• Az elágazási pontok a lehető leginkább az áramforrás közelében legyenek

A kapacitív zavaró hatás zavaró mennyisége az elektromos feszültség. A kapacitív zavaró hatásokat a rendszer váltakozó elektromos mezői okozzák, amelyek zavaró forrásként hatnak. Jellemző példa a kapacitív zavarásra, amikor két, hosszabb szakaszon párhuzamosan vezetett vezeték az egymással szemben elhelyezett kondenzátorlemezekhez hasonlóan viselkedik, ez pedig a nagyfrekvenciás jelek számára zárlatot jelent.

Ellenintézkedések:

• A párhuzamos fektetést messzemenőkig el kell kerülni, illetve az ilyen szakasz a lehető legrövidebb legyen
• A lehető legnagyobb távolságot kell tartani a zavaró és a zavart vezeték között (a legkisebb távolság 60 − 100 cm)
• Árnyékolt adatátviteli, illetve mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikai vezetékek használata (árnyékolás csatlakoztatása az egyik oldalon)
• Csavart érpáras vezetékek alkalmazása

Az induktív zavarás forrása egy váltakozó mágneses tér. Az árammal átjárt vezető körül mágneses tér keletkezik, amely áthatol a szomszédos vezetékeken is. Az áram változása a mágneses mező változását is okozza, és emiatt a szomszédos vezetőkben feszültség indukálódik.

Példa: Ha két vezeték 100 m hosszan és egymástól 30 cm távolságban egymással párhuzamosan fut, és a zavaró vezeték árama 100 A (50 Hz), akkor a zavart vezetőkben kb. 0,3 mV feszültség indukálódik. Ugyanilyen elrendezésben, ha 1 kA áramváltozás történik 100 μs alatt, akkor az indukált feszültség kb. 90 mV lesz. Minl gyorsabb és nagyobb az áramváltozás, annál nagyobb az indukált feszültség.

Ellenintézkedések:

• Az erősáramú kábelek, valamint az adatátviteli, illetve a mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikai kábelek közötti távolságnak legalább 1 m-nek kell lennie
• A párhuzamos szakaszoknak a lehető legrövidebbnek kell lenniük
• A csavart vezetékek alkalmazásával az induktív zavaró hatás kb. a 20-ad részére csökkenthető
• Árnyékolt és mindkét végén csatlakoztatott árnyékolású vezetékek használata (árnyékolás)

Csavart vezetékek?
A csavart vezetékek használata csökkenti az induktív zavarok hatását, mivel az erek összecsavarása miatt az indukció iránya a zavaró mező ellen hat. A csatolások elkerülése érdekében az adatátviteli, illetve mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikai kábelek szomszédos érpárait különböző menethosszal sodorják meg. A jellemző menethossz 30 − 50 mm. Erősáramú kábelek esetén a menethossz a vezetékek keresztmetszetétől függően 200 és 900 mm között van.

Amikor a vezetékhez kötött hullámok vagy impulzusok hatnak a szomszédos adatátviteli vagy mérés-, vezérlés- és szabályozástechnikai vezetékekre, hullám típusú zavarásról beszélünk. Hullám típusú zavarás keletkezik akkor is, ha egy kábelen belül az egyik vezetékkör hatással van egy másikra. A galvanikus, kapacitív és induktív zavarás esetén az elektromos jelek futásidejét a zavaró és zavart vezetékekben el lehet hanyagolni. Különleges esetekben előfordulhat, hogy a zavaró frekvencia hullámhossza a vezetékhossz nagyságrendjébe esik. Ilyenkor ezt a hatást is figyelembe kell venni.

Ellenintézkedések:

• Érpáranként árnyékolt és közösen is árnyékolt kábel használata (árnyékolás)
• Hibás illesztések elkerülése a vezeték teljes hosszában
• A nagyon magas és nagyon alacsony szintű jeleket ne vezessük ugyanabban a kábelben
• Nagyon visszaverés nélküli, kis csillapítású és kis kapacitású kábel használata

A zavarforrások vezeték nélküli elektromágneses hullámai is hatással lehetnek a berendezésekre és vezetékekre. A zavarforrás a H0 és E0 szabad hullám. Kis távolságban a zavarás típusától függően az elektromos vagy a mágneses mező dominálhat. A nagy áramok túlnyomórészt mágneses mezőt hoznak létre, a nagy feszültségek pedig túlnyomórészt elektromos mezőt. A nagyfrekvenciás zavaró energia a zavarforrásra csatlakozó vezetékeken keresztül terjed, amelyek pedig közvetlen lesugárzást (>30 MHz) tesznek lehetővé. Ezenkívül a szomszédos nagy teljesítményű adók nagy térerősséget okozhatnak a kábelek körül, amelyek zavaró hatással vannak a kábelekre. Ipari létesítményekben messze a legnagyobb zavarást az induktív terhelések lekapcsolása okozza. Az ennek során keletkező nagy és nagyfrekvenciás feszültségugrásokat „burst"-nek nevezzük. Ezen feszültségugrások frekvenciaspektruma 100 MHz-ig terjedhet.

Ellenintézkedések:

• Közeli és távoli mezők esetén nagy elnyelési és visszaverési képességű árnyékolás használata (réz vagy alumínium). Ehhez vezetőképes és lehetőség szerint teljesen zárt árnyékolást kell alkalmazni kis csatolási ellenállással és kedvező árnyékoló-csillapítási értékkel. (árnyékolás)
• Ha a közeli mező főként mágneses, különösen a kis frekvenciák tartományában, kiegészítésképpen mu-fém vagy amorf fém árnyékolást is kell alkalmazni.

Az árnyékoló bekötés módja elsősorban a várható zavarási típustól függ. Az elektromos mezők elnyomásához az árnyékolás egyik oldali földelésére (1) van szükség. A váltakozó mágneses terek okozta zavarásokat ezzel szemben csak az árnyékolás kétoldali bekötésével lehet elnyomni. Az árnyékolás kétoldali bekötésével (2) azonban földhurok keletkezik, az ismert hátrányokkal. A hasznos jelet különösen a viszonyítási potenciál mentén megjelenő galvanikus zavarások befolyásolják, amelyek rontják az árnyékolás hatását. Ekkor a triaxiális kábelek (4) nyújthatnak segítséget, amelyek esetében a belső árnyékolást az egyik oldalon, a külső árnyékolást pedig mindkét oldalon csatlakoztatni kell. A mindkét oldalon csatlakoztatott vezetékárnyékolás esetén fellépő galvanikus zavarást gyakran úgy csökkentik, hogy az árnyékolást az egyik oldalon egy kondenzátorral a viszonyítási potenciálra kötik (3). Ez legalább az egyenáramok és kisfrekvenciás áramok számára megszakítja a földhurkot.

A következő példa a zavaró hatások elleni védelem érdekében tett intézkedések hatékonyságát világítja meg. A bemutatott elrendezést egy 50 kHz-es váltakozó áramú mező hatásának tesszük ki, 2 m hosszan. A kimeneten mért zavarfeszültséget a nem csatlakoztatott vezetőárnyékolás (1) 0 dB esetén mért zavarfeszültséghez viszonyítva adjuk meg. Az egyik oldali árnyékolás (2) esetén nem mutatkozik javulás, mivel az a mágneses zavarásra nincs hatással. A 3. ábra szerinti kétoldalt csatlakoztatott árnyékolás esetén a zavaró mező kb. 25 dB-lel kisebb. A csavart vezeték (20 csavarás/m) a (4) elrendezésben már árnyékolás nélkül is kisebb zavarérzékenységet mutat (kb. 10 dB), amit a vezetékhurkok kompenzáló hatása okoz. Az ekkor egyik oldalon bekötött árnyékolás (5) szintén nem mutat javulást. A csillapítást csak a (6) elrendezésben mindkét oldalon bekötött árnyékolás javítja kb. 30 dB-re.