Basisprincipes van afscherming

Heeft u hulp nodig bij de vakkundige afscherming van uw installaties?
Wij ondersteunen u graag bij de planning en selectie van de juiste compnenten. Neem contact met ons op!



EMC-testlaboratorium
Weergave van elektrische en magnetische velden

Magnetische en elektrische velden

Hoe ontstaan elektromagnetische veldstoringen?

Uit een spanningsbron (U) wordt via kabels verbruiker (Z) gevoed. Tussen de plus- en min-aders ontstaan spanningsverschillen, waardoor een elektrisch veld tussen de aders wordt opgebouwd. Rondom de stroom voerende aders ontstaat een magnetisch veld (H). Dit magnetisch veld is vanwege zijn afhankelijkheid van stroom in de tijd onderworpen aan schommelingen. Aangezien er in toepassingen zelden tijdconstante stromen zijn, leidt dit tot onregelmatige, magnetische wisselvelden. De velden worden elektromagnetische signalen, een soort "minizender" en tegelijkertijd een ontvanger. Iedere ader is dus in staat om de werking van andere elektrische en elektronische apparaten negatief te beïnvloeden. Een vakkundige afscherming van kabels en aders is noodzakelijk, zodat deze invloeden geen merkbare effecten hebben voor uw apparaten en installaties.

Galvanische storingsinvloed aan de hand van een voorbeeld van een schakelschema

Galvanische storingsinvloed

Galvanische storingsbeïnvloedingen

Wanneer twee stroomcircuits een gezamenlijk kabeltraject gebruiken, treedt een galvanische storingsinvloed op. Dat is vaak een gezamenlijke aanvoer- resp. retourkabel. Door stroom- of spanningsschommelingen in het eerste stroomcircuit (bijv. . schakelingen) wordt het tweede circuit beïnvloedt. Maar ook verkeerde aardingen van afgeschermde M&R- en data-kabels kunnen leiden tot galvanische beïnvloedingen.

Tegenmaatregelen:

  • Leg de gemeenschappelijke kabel zo laagohmig en inductiearm mogelijk (toepassing moet voldoende zijn voor grote kabeldoorsneden)
  • Scheidt het stroomcircuit zover als mogelijk is
  • Houd gemeenschappelijke aanvoerleidingen zo kort mogelijk
  • Positioneer aftakkingspunten zo dicht mogelijk in de buurt van de stroombron
Capacitieve storingsinvloed aan de hand van een voorbeeld van een schakelschema

Capacitieve storingsinvloed

Capacitieve storingsinvloed

De storing van de capacitieve storingsinvloed is de elektrische spanning. Capacitieve storingsinvloeden worden door elektrische wisselvelden, die als storingsveld werken, veroorzaakt. Het typische voorbeeld vaan een capacitieve storingsbeïnvloeding zijn twee over een langer traject parallel gelegde kabels die zich gedragen als twee tegenover elkaar liggende condensatorplaten en in deze werking voor hoogfrequente signalen een kortsluiting vormen.

Tegenmaatregelen:

  • Parallelle plaatsing zo veel mogelijk vermijden resp. zo kort mogelijk houden
  • Zo groot mogelijke afstanden tussen stoorder en verstoorde kabel tot stand brengen (minimale afstand 60 - 100 cm)
  • Gebruik van afgeschermde data- en M&R-kabels (afscherming eenzijdig doorvoeren)
  • Gebruik van per paar getwiste kabels
Inductieve storingsinvloed aan de hand van een voorbeeld van een schakelschema

Inductieve storingsinvloed

Inductieve storingsinvloed

De oorzaak van een inductieve storingsinvloed is een magnetisch wisselveld. Rondom een doorstroomde ader vormt zich een magnetisch veld dat ook in nabijgelegen aders binnendringt. Een stroomverandering bewerkstelligt ook een verandering van het magneetveld, waardoor dan een spanning in de nabijgelegen ader wordt geïnduceerd.

Voorbeeld: wanneer twee kabels op 100 m op een afstand van 30 cm parallel ten opzichte van elkaar liggen en de stroom door de storende ader 100 A (50 Hz) bedraagt, wordt in de verstoorde ader een spanning van ca. 0,3 mV geïnduceerd. Bij dezelfde opstelling wordt bij een stroomverandering van 1 kA naar 100 μs een spanning van ca. 90 mV geïnduceerd. Hoe sneller en hoe groter een stroomverandering is, des te hoger is de geïnduceerde spanning.

Tegenmaatregelen:

  • Afstand tussen sterkstroomkabels en data- en M&R-kabels dient ten minste 1 m te bedragen
  • Parallelgeleidingen dienen zo kort mogelijk te zijn
  • Door het gebruik van getwiste kabels kan de inductieve beïnvloeding met ca. factor 20 worden verminderd
  • Gebruik van afgeschermde, dubbelzijdig geplaatste kabels (afscherming)

Getwiste kabels?
Het gebruik van getwiste kabels vermindert inductieve storingsinvloeden, omdat de inductierichting door het twijnen van de aders ten opzichte van het storingsveld steeds omkeert. Om koppelingen te vermijden, worden nabijgelegen paren in een data- of M&R-kabel met verschillende slaglengtes gerangschikt. Kenmerkend zijn slaglengtes van 30 tot 50 mm. Bij sterkstroomkabels bedraagt de slaglengte, afhankelijk van de aderdoorsnede, tussen 200 en 900 mm.

Golfstoringsbeïnvloeding illustratief weegegeven

Golfstoringsbeïnvloeding

Golfstoringsinvloeden

Met golfstoringsbeïnvloeding worden kabelgebonden golven of impulsen bedoeld die naar nabijgelegen data- en M&R-kabels overslaan. Bovendien ontstaat een golfstoringsbeïnvloeding doordat één kabelcircuit naar een ander circuit binnen een kabel overslaat. Bij de galvanische, capacitieve en inductieve storingsbeïnvloeding wordt de looptijd van de elektrische signalen naar de storende en de gestoorde kabel verwaarloosd. In afzonderlijke gevallen kan het gebeuren dat de golflengte van de stoorfrequentie in de orde van grootte van de kabellengtes terecht komt. Als dit gebeurt, moet ook hier het effect in acht worden genomen.

Tegenmaatregelen:

  • Kabel met afgeschermde paren en totale afscherming gebruiken (afscherming)
  • In het totale kabeltraject verkeerde aanpassingen vermijden
  • Signalen met een zeer hoog niveau niet in dezelfde kabel als signalen met een zeer laag niveau leiden
  • Kabels met meer reflectievrijheid, minder demping en minder capaciteit gebruiken
Invloed van stralingsstoringen op basis van een voorbeeld van een schakelschema

Invloed van stralingsstoringen

Invloed van stralingsstoringen

Een storingsbron kan ook kabelvrije elektromagnetische golven op installaties en kabels veroorzaken. De stoorder is de vrije golf H0, E0. In de omgeving kan, afhankelijk van het storingstype, het elektrische of magnetische veld de boventoon voeren. Doorgaans genereren hoge stromen een magnetisch veld en bij hoge spanningen is dat meestal een elektrisch veld. De hoogfrequente storingsenergie breidt zich uit door de kabels, waarop de storingsbronnen zijn aangesloten en een directe straling (>30 MHz) mogelijk maken. Bovendien kunnen nabijgelegen, krachtige zenders hoge veldsterktes op de locatie van de kabelinstallatie veroorzaken en een storende invloed op de kabels hebben. In industriële bedrijven ontstaan veruit de grootste storingen bij het afschakelen van inductieve belastingen. Bij dit proces ontstaan grote, hoogfrequente spanningspieken, die "Bursts" worden genoemd. Bursts hebben frequentiespectrums tot 100 MHz.

Tegenmaatregelen:

  • Gebruik op afstand of dichtbij afschermingen met een hoog absorptie- en reflectievermogen (koper of aluminium). Hierbij dienen geleidende en, indien mogelijk, volledig gesloten afschermingen met een lage koppelingsweerstand en positieve schermdempingswaarden te worden toegepast. (Afscherming)
  • Wanneer het magnetische veld in grote mate dichtbij is, met name bij lage frequenties, moet bovendien met MU-metaal of amorf metaal worden afgeschermd.
Schermaansluiting aan een gemarkeerde ader

Schermaansluitingen als beschermingsmaatregel

Afscherming als geschikte beveiligingsmaatregel

Het type schermaansluiting is in eerste instantie gebaseerd op de te verwachten storingsbeïnvloeding. Voor het onderdrukken van elektrische velden is een eenzijdige aarding (1) van de afscherming noodzakelijk. Storingen vanwege een magnetisch wisselveld worden daarentegen alleen onderdrukt, wanneer de afscherming aan beide zijden wordt aangebracht. Wanneer de afscherming aan beide zijden (2) wordt aangebracht, ontstaat echter een aardlus met zijn bekende nadelen. Het bruikbare signaal wordt met name beïnvloed door galvanische storingen langs het referentiepotentiaal en de verslechterde werking van afscherming. Een oplossing kan hier de toepassing van triaxiaalkabels (4) zijn, waarbij de binnenste afscherming eenzijdig en de buitenste afscherming tweezijdig wordt aangesloten. Om galvanische stoorinvloeden bij een aan beide zijden aangesloten kabelafscherming te reduceren, wordt vaak één zijde via een condensator met het referentiepotentiaal verbonden (3). Dat onderbreekt de aardlus ten minste voor gelijk- en laagfrequente stromen.

Weergave van verschillende afschermingsmethoden en hun effect

Doeltreffendheid van afschermingsmaatregelen

Doeltreffendheid van de afscherming

Zie het volgende voorbeeld ter verduidelijking van de doeltreffendheid van maatregelen als bescherming tegen storingsinvloeden. De getoonde opstelling wordt blootgesteld aan een magnetisch wisselveld met 50 kHz over een lengte van 2 m. De stoorspanning die aan de uitgang wordt gemeten, wordt daarbij aangegeven in relatie tot de stoorspanning bij een niet aangesloten aderscherm (1) 0 dB. Bij eenzijdige afscherming (2) resulteert daaruit geen verbetering, omdat deze niet functioneert bij magnetische storingen. Een dubbelzijdig aangesloten afscherming, zoals op afbeelding 3, dempt het storingsveld met ca. 25 dB. De getwiste kabel (20 wikkelingen/m) toont in opstelling (4) reeds zonder afscherming een geringe gevoeligheid voor storingen (ca. 10 dB), wat door de compenserende werking van de aderlussen wordt bereikt. Afscherming (5) die dan eenzijdig is aangesloten, toont op zijn beurt geen verbetering. Pas de dubbelzijdig aangesloten afscherming in opstelling (6) verbetert de demping tot ca. 30 dB.