Połączenie ekranu w szafie sterowniczej Chcesz dowiedzieć się więcej na temat połączenia ekranu w szafie sterowniczej? Skontaktuj się z nami!

Ekrany przewodów AKPiA i transmisji danych muszą zostać połączone z uziemieniem obudowy bezpośrednio po wejściu do szafy. W tym punkcie szafy sterowniczej nie ma wiele miejsca na liczne kable i przewody wchodzące do szafy. Wyraźne korzyści przynosi jedynie system łączenia ekranu, który umożliwia oprzewodowanie przed podłączeniem ekranu. Późniejszy montaż zacisków ekranu ułatwia pracę w warunkach ograniczonej przestrzeni, skracając w ten sposób czas wykonania szafy sterowniczej.

System łączenia ekranu składa się z następujących elementów:

• Zacisk ekranu
• Szyna zbiorcza
• Uchwyt szyny zbiorczej

Zadaniem zacisku ekranu jest mechaniczne i elektryczne połączenie ekranu kabla z szyną zbiorczą. Wielkość zacisków ekranu zależy od średnicy kabla. Rodzaj uchwytu szyny zbiorczej zależy od sposobu podłączenia ekranu. Może to być uchwyt tworzący bezpośrednie połączenie z uziemieniem obudowy lub uchwyt izolujący system łączenia ekranu od obudowy.

Sposób podłączenia ekranu ma wpływ na wybór konstrukcji. Może to być konstrukcja z bezpośrednim połączeniem z potencjałem PE lub konstrukcja izolowana. Konstrukcja izolowana jest konieczna na przykład wtedy, gdy ze względu na spodziewane zakłócenia połączenie PE musi być ułożone w układzie gwiazdy do punktu odniesienia w szafie sterowniczej. W takim przypadku właściwy punkt podłączenia (punkt gwiazdowy) jest oddalony bardziej od punktu podłączenia ekranu, niż przy podłączeniu bezpośrednim. Ekranu kabla nie łączy się już przez uchwyt szyny zbiorczej czy szynę DIN. Połączenie łączy się z PE szafy sterowniczej za pomocą złączki odczepowej i przewodu. Przewód użyty do tego połączenia powinien mieć wystarczający przekrój. Dzięki temu minimalizuje się rezystancję połączenia, którą zajmiemy się jeszcze w dalszej części broszury.

Kolejnym ważnym aspektem przy podłączaniu ekranów jest efekt płynięcia materiałów kabli i przewodów. Pod wpływem nacisku zacisku przyłączeniowego ekranu tworzywo sztuczne izolacji wypełnia puste jeszcze przestrzenie boczne. Efektowi temu przeciwdziała sprężynujący element dociskowy. Aby zapewnić odpowiednio mocne dociśnięcie ekranu kabla do szyny zbiorczej, czyli dobre połączenie, oddziaływanie sprężynujące nie może być zbyt słabe.

Jakość połączenia ekranu znajduje odzwierciedlenie w poziomie rezystancji przejścia między ekranem kabla a uziemieniem systemu. Z wyjątkiem zakłóceń galwanicznych wszystkie inne rodzaje zakłóceń są w pewnym stopniu uzależnione od częstotliwości. Dlatego nie wystarczy uwzględnić jedynie omowej rezystancji przejścia. Istotną rolę odgrywa również reaktancja indukcyjna połączenia ekranu, zależąca w dużej mierze od długości odcinka między ekranem kabla a ziemią odniesienia. Nazywamy to impedancją sprzężeniową połączenia ekranu, przedstawianą w postaci krzywej zależnej od częstotliwości. Do bardzo krótkich połączeń stosuje się uchwyty szyny zbiorczej o połączeniu bezpośrednim. W przypadku dłuższych szyn zbiorczych skraca się odcinek do uziemienia obudowy, umieszczając uchwyty szyny o połączeniu bezpośrednim nie tylko na końcach szyny, lecz również na jej całej długości. Jeśli ze względu na spodziewane zakłócenia wybrana zostanie konstrukcja izolowana, dłuższe w tym przypadku połączenie między ekranem kabla a ziemią można skompensować częściowo przez odpowiednio większy przekrój kabla. Jednak połączenie o niskiej impedancji jest zawsze również połączeniem o niskiej rezystancji. Z tego powodu na mechaniczne punkty połączenia musi być wywierana odpowiednio duża siła. Również użycie elementów metalowych z odpowiednią powłoką przyczynia się znacząco do uzyskania połączenia o niskiej impedancji. Elementy metalowe zapobiegają bowiem przebarwieniom i korozji nawet w agresywnej atmosferze.

Jakość połączeń ekranu ocenia się na podstawie impedancji sprzężeniowej jako funkcji częstotliwości w postaci krzywych. Na podstawie tych krzywych widać dużą zależność częstotliwości od impedancji sprzężeniowej. W zależności od wielkości składowej indukcyjnej impedancji sprzężeniowej krzywa jest mniej lub bardziej stroma w kierunku wysokich częstotliwości. Oznacza to, że długość połączenia ekranu wpływa bezpośrednio na krzywą, ponieważ zależy ona w dużej mierze od składowej indukcyjnej rezystancji. Składowa rezystancyjna impedancji znajduje odzwierciedlenie w wysokości krzywej. Ze względu na to, że dopiero przy bardzo wysokich częstotliwościach występują widoczne różnice pomiędzy szynami miedzianymi, stalowymi i aluminiowymi, materiał szyny DIN nie ma praktycznie wpływu na jakość połączenia ekranu. Jednak w przypadku stosowania szyn miedzianych należy mieć na względzie, że ich powierzchnia szybko pokrywa się patyną. Na powierzchni aluminiowej bardzo szybko tworzy się warstwa tlenku. Oba te zjawiska mogą pogarszać jakość połączenia ekranu.

Metoda pomiaru impedancji sprzężeniowej
Aby nie zafałszować wyniku, przy pomiarze impedancji sprzężeniowej systemu łączenia ekranu należy wyeliminować wpływy zewnętrzne. Dlatego do pomiaru należy zastosować zamknięty, ekranowany na zewnątrz system koncentryczny. Jako miernik służy analizator sieci, który rejestruje tłumienie w zależności od częstotliwości. Za pomocą prostego przeliczenia można przekształcić krzywą tłumienia na krzywą impedancji. Pomiar rozpoczyna się od kalibracji i wyzerowania systemu pomiarowego bez zamontowanego zacisku ekranu. Kompensuje to również błędy powodowane przez sam system pomiarowy. Dopiero wtedy wykonuje się pomiar impedancji sprzężeniowej z zamontowanym zaciskiem ekranu. Rezystancja wewnętrzna odbiornika pomiarowego wynosi R_i = 50 Ω, czyli jest znacznie wyższa od mierzonej impedancji sprzężeniowej (Z_k << 1 Ω ). Prąd I_k wyznacza się zatem z bardzo dużym przybliżeniem tylko poprzez napięcie generatora U_g und R_i. Obie wartości są stałe, czyli również I_k. Spadek napięcia U_k zmierzony bezstratnie poprzez Z_k jest proporcjonalny do Z_k.

Połączenie poprzez tzw. pigtail nie umożliwia okablowania zgodnego z EMC. W przypadku takiej konstrukcji ekran kabla jest skręcony w dodatkową żyłę i podłączony do uziemienia lub ekranu urządzenia. Problemem w przypadku tej metody jest fakt, że poprzez skręcenie ekranu powstaje dodatkowa antena, co jest sprzeczne z właściwym celem ekranowania.