Grundprinciper för skärmning Behöver du hjälp med professionell skärmning för dina anläggningar? Vi hjälper dig gärna vid planeringen och valet av de rätta komponenterna.

Från en spänningskälla (U) försörjs lasten (Z) via ledningar. Mellan plus- och minusledarna uppstår då spänningsdifferenser genom vilka ett elektriskt fält byggs upp mellan ledarna. Det uppstår ett magnetiskt fält (H) rund ledare som ström flödar genom. Detta magnetiska fält är på grund av sitt strömberoende utsatt för tidsmässiga variationer. Eftersom det finns tidskonstanta strömmar i ytterst få applikationer leder detta till oregelbundna, magnetiska växelfält. Fälten omvandlas till elektromagnetiska signaler, till en typ av ”minisändare” och samtidigt till mottagare. Varje ledare kan dessutom negativt påverka andra elektroniska apparaters funktion. För att denna påverkan inte ska ha någon märkbar påverkan på dina enheter och anläggningar krävs det en korrekt skärmning för kablarna och ledarna.

Om två strömkretsar använder en gemensamt kabeldel uppstår en galvanisk interferens. Detta är ofta en gemensam referens- resp. returledning. Den andra kretsen påverkas på grund av ström- eller spänningsvariationer i den första strömkretsen (t. ex. kopplingar). Men även felaktiga jordningar av skärmade dataöverförings- och mät-, styr- och reglerteknikkablar kan leda till galvanisk påverkan.

Motåtgärder:

• Utforma den gemensamma kabeldelen så lågohmigt och med så låg induktivitet som möjligt (användning av tillräckligt stora ledarareor)
• Separera strömkretsarna så mycket som möjligt
• Håll gemensamma ledningar så korta som möjligt
• Placera förgreningspunkter så nära strömkällan som möjligt

Den kapacitiva interferensens störningsvariabel är den elektriska spänningen. Kapacitiva interferenser orsakas av ett systems elektriska växelfält som fungerar som störkälla. Det typiska exemplet på en kapacitiv interferens är två kablar som dragits parallellt över en längre sträcka och beter sig som två motsatta kondensatorplattor och i denna funktion utgör en kortslutning för högfrekventa signaler.

Motåtgärder:

• Undvik i möjligaste mån parallell dragning resp. håll dragningen så kort som möjligt
• Ordna med så långa avstånd mellan störkällan och den störda ledningen som möjligt (minimiavstånd 60 - 100 cm)
• Användning av skärmade dataöverförings- och mät-, styr- och reglerkablar (utför skärmen ensidigt)
• Användning av partvinnade kablar

Orsaken till en induktiv interferens är ett magnetiskt växelfält. Runt en ledare genom vilken det flödar ström bildas det ett magnetfält som även tränger igenom angränsande ledare. En strömändring leder också till en ändring av magnetfältet vilket sedan inducerar en spänning i den intilliggande ledaren.

Exempel: Om två ledningar på 100 m ligger parallellt med varandra på ett avstånd av 30 cm och om strömmen genom den störande ledaren uppgår till 100 A (50 Hz) induceras en spänning på cirka 0,3 mV i den störda ledaren. Vid samma anordning men en strömändring på 1 kA inom 100 μs induceras en spänning på cirka 90 mV. Ju snabbare och större en strömändring, desto högre blir den inducerade spänningen.

Motåtgärder:

• Avståndet mellan starkströmskablarna samt dataöverförings- och mät-, styr- och reglerteknikkablar bör minst vara 1 m
• De parallella ledningarna ska vara så korta som möjligt
• Genom användning av tvinnade ledningar kan den induktiva påverkan minska med ca faktorn 20
• Användning av skärmade ledningar som fästs på båda sidorna (skärmning)

Tvinnade kablar?
Användning av tvinnade kablar minskar den induktiva interferensen eftersom induktionsriktningen jämfört med störningsfältet ständigt kastas om genom tvinningen av trådarna. För att undvika kopplingar anordnas angränsande par i en dataöverförings- eller mät-, styr- och reglerkabel med olika stigningar. Typiskt är stigningar på 30 till 50 mm. Vid starkströmskablar uppgår stigningen till mellan 200 och 900 mm beroende på ledararea.

Med våginterferens avses kabelbundna vågor eller impulser som sprids till intilliggande dataöverförings- och mät-, styr- och reglerteknikkablar. Det uppstår dessutom en våginterferens genom att en kabelkrets sprids från en kabelkrets till en annan krets inne i en kabeln. Vid den galvaniska, kapacitiva och induktiva interferensen negligeras funktionstiden för de elektriska signalerna på den störande och den störda kabeln. I specialfall kan det hända att störningsfrekvensens våglängd uppnår storleksordningen för kabellängderna. Om detta händer måste hänsyn tas till effekten även här.

Motåtgärder:

• Använd en kabel med skärmade par och total skärm (skärm)
• Undvik felanpassningar i hela kabelsektionen
• Led inte signaler med mycket hög nivå i samma kabel som signaler med mycket låg nivå
• Använd kablar med hög reflektionsfrihet, låg dämpning och låg kapacitet

Från en störkälla kan även kabelfria elektromagnetiska vågor påverka anläggningar och kablar. Störkällan är den fria vågen H0, E0. I närfältet kan det elektriska eller magnetiska fältet överväga beroende på störningstyp. Höga strömmar genererar övervägande ett magnetiskt fält, höga spänningar ett övervägande elektriskt fält. Högfrekvent störningsenergi sprids över ledningar som är anslutna till störkällan och möjliggör en direkt utstrålning (>30 MHz). Dessutom kan angränsande effektstarka sändningsställen orsaka höga fältstyrkor på platsen för kabelanläggningen och verka störande på kabeln. I industriföretag uppstår de utan jämförelse största störningarna vid avstängning av induktiva laster. De stora, högfrekventa spänningshopp som uppstår vid detta förlopp betecknas som "bursts". Bursts har frekvensspektra på upp till 100 MHz.

Motåtgärder:

• Använd skärmar med hög absorptions- och reflexionsförmåga i fjärr- och närfältet (koppar eller aluminium). Härvid bör ledande och i möjligaste mån helt slutna skärmar med lågt kopplingsmotstånd och gynnsamma skärmdämpningsvärden användas. (Skärm)
• Vid ett övervägande magnetiskt närfält, i synnerhet vid låga frekvenser, bör skärmen dessutom utföras med MU-metall eller en amorf metall.

Typen av skärmanslutning riktar sig i första hand efter interferensen som kan förväntas. För att förhindra elektriska fält krävs det en ensidig jordning (1) av skärmen. Störningar på grund av ett magnetiskt växelfält förhindras dock bara om skärmen ansluts på båda sidorna. Om en skärm ansluts på båda sidor (2) uppstår dock en jordningsslinga, vilket medför bekanta nackdelar. I synnerhet de galvaniska störningarna längs referenspotentialen påverkar nyttosignalen och försämrar skärmeffekten. Här kan man dra nytta av triaxialkablar (4) där den inre skärmen ansluts på en sida och den yttre skärmen ansluts på båda sidor. För att minimera galvaniska interferenser på en kabelskärm som anslutits på båda sidor, ansluts ofta även en sida till referenspotentialen (3) via en kondensator. Detta bryter jordslingan åtminstone på strömmar med samma frekvens och med låg frekvens.

För ett förtydligande av effektiviteten för åtgärderna för skydd mot störningspåverkan används följande exempel. Den visade anordningen utsätts för ett magnetiskt växelfält med 50 kHz på en längd av 2 m. Den störspänning som uppmäts på utgången anges då i förhållande till störspänningen vid en ej ansluten ledarskärm (1) 0 dB. Vid en ensidig anslutning av skärm (2) blir det ingen förbättring eftersom den inte fungerar vid magnetiska störningar. En skärm som är ansluten på båda sidorna som på bild 3 dämpar störningsfältet med cirka 25 dB. Den tvinnade ledningen (20 slag/m) visar i anordningen (4) redan utan skärmning en mindre störningskänslighet (cirka 10 dB) som uppnås tack vare ledarslingan. Den då ensidigt anslutna skärmen (5) uppvisar ingen förbättring igen. Först när skärmen är ansluten på båda sidorna i anordning (6) förbättras dämpningen till cirka 30 dB.