EMC “… niets is wat het lijkt …”

De EU heeft sinds 1 januari 1996 de EMC richtlijn ingevoerd, waardoor alle elektrische en elektronische apparaten voldoen aan minimale emissie- en immuniteitseisen.

Frequentieafhankelijke gedrag van een leiding

De koperdraad = DC weerstand in serie met spoel
Isolatie = Isolatieweerstand parallel met parasitaire capaciteit

Frequentieafhankelijke gedrag van een leiding De koperdraad = DC weerstand in serie met spoel Isolatie = Isolatieweerstand parallel met parasitaire capaciteit

Aanscherping van de EMC-eisen is een continu proces als gevolg van de toename van het aantal apparaten op de plaats van gebruik. Ook de veelvuldige toepassingen van vermogenelektronica (o.a. frequentiegestuurde toepassingen) in machines en productielijnen dragen hier aan bij.

Ongewenste storingen ten gevolge van EMI kunnen zich voortplanten via geleiding (kabels) en via emissie (straling). Bij hoge frequenties gedragen kabels zich als een antenne en veroorzaken dan storingen door emissie.

Dat verklaart de complexiteit van de Elektromagnetische Compatibiliteit (EMC) bij kabels.

Nu vallen de EMC-richtlijnen voor kabels echter niet onder de EMC- richtlijn van de EU, maar zijn deze beschreven in individuele kabelstandaards (“minimum of screening efficiency”). Vandaar het uiteenlopend aanbod van EMC-kabels.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Het in staat zijn van een onderdeel, apparaat of systeem om in zijn elektromagnetische omgeving naar wens te functioneren zonder hierbij zelf ontoelaatbare elektromagnetische storingen aan deze omgeving toe te voegen. Men spreekt over EMS (Elektromagnetische susceptibiliteit) als het vermogen van een onderdeel om normaal te blijven functioneren in een elektromagnetische omgeving. EMI (Elektromagnetische interferentie) is het al dan niet gewenst uitzenden van elektromagnetische velden naar de omgeving.

EMC bestrijkt een zeer breed frequentiegebied van zeer lage frequenties (netharmonischen, spanningsverlies) tot zeer hoge frequenties (GHz - stralingseffect).

Een kabel kun je beschouwen als een weerstand in serie met een spoel. De impedantie bij lage frequenties (vb. 50 Hz) is +/- de DC weerstand van het koper. Bij hoge frequenties (vb. 10 Mhz) is de impedantie (DC + AC weerstand) exponentieel opgelopen en zeker niet meer verwaarloosbaar. Doordat EMI een heel breed frequentiespectrum omvat, gedragen kabels zich anders dan we eigenlijk denken.

Gedrag van een leiding

Bij lage frequenties:

• Axiale impedantie is laag
• Radiale impedantie is hoog

► perfect voor kabel:

• Weinig spanningsverlies
• Hoge isolatieweerstand (geen lekstromen)

Bij hoge frequenties:

• Axiale impedantie is hoog
• Radiale impedantie is laag

► nadelig voor kabel:

• Isolatieweerstand wordt overbrugd door de parasitaire capaciteit (lekstromen) veel spanningsverlies

Vandaar: “niets is wat het lijkt”. Wat bij lage frequenties gezien wordt als een goede isolatie kan bij hoge frequenties goed geleidend worden, door parasitaire condensatoren.

Kabelopmaak
De capaciteit en de inductiviteit bepalen mede het EMC gedrag van een kabel. Een derde belangrijke factor is de transferimpedantie.

• Is een indicatie hoe stoorstroomsignalen op het scherm zich laten afleiden naar de aarde.

• Hoe kleiner TI, hoe beter de kabel stoorsignalen zal onderdrukken of afschermen

 

Andersom: kabel zal ook minder storing naar de omgeving afstralen. Het is dus belangrijk dat de TI zo laag mogelijk blijft in een groot frequentiebereik.

Een goede transferimpedantie zorgt voor een laagimpedante afvloeiing  van de stoorsignalen naar de aarde.

 

De beste oplossing is een gesloten buis (koper, lood), maar het spreekt voor zich dat we dan niet meer over een ‘flexibele’ bekabeling spreken. De beste oplossing voor flexibele kabels is de combinatie van een kopervlechtafscherming (LF) en een gelamineerde folie (HF)

ÖLFLEX SERVO 2YSLCYK-JB

ÖLFLEX SERVO 2YSLCYK-JB

Beschrijving van de kabel in functie van EMC:

• Dubbele afscherming: vertinde kopervlecht op aluminium-mylar® folie
► lage transferimpedantie   
• Aderisolatie van de geleiders in polyethyleen (PE)
► laagcapacititief
• Symmetrische design. Hier zal de lekstroom tussen de fasen evenwichtig zijn, gezien de aarding en de afscherming symmetrisch rond de 3 fase geleiders liggen; d.i. een reducerende factor voor de as-spanningen en lagerschade.
• Lagere lekstroom door opsplitsing van de PE geleiders

EMC wartels
De kabelafscherming zorgt er dus voor dat stoorsignalen laagimpedant afgevoerd kunnen worden naar de aarde. Maar wat gebeurt er als de kabel in een behuizing of klemmenkast doorgevoerd wordt?

De grootste problemen komen echter voor op de grens tussen de afgeschermde kabel en de doorvoer naar de behuizing. We kunnen ons niet permitteren om de afscherming te onderbreken. Daarom moet men gebruik maken van EMC-wartels om het toestel, de motor of de klemmenkast elektromagnetisch ‘dicht’ te maken.

Bij het doorvoeren van een afgeschermde kabel in een wartel, mag de aansluiting van de wartel op het scherm de transferimpedantie van de kabel niet negatief beïnvloeden, om de  afschermingsperformantie te kunnen behouden.

Vandaar dat in de EMC-problematiek voor wartels een andere grootheid van groot belang is: de derivatie-impedantie.

Deze parameter bepaalt hoe efficiënt storingen op het scherm kunnen worden afgeleid naar de aarde (via de wartel en de behuizing). Ook hier geldt: hoe lager, hoe beter (efficiënter). Om dit te bereiken dient het contactoppervlak tussen het scherm en de behuizing zo groot mogelijk te zijn. In het ideale geval moeten scherm, wartel en (geaarde) behuizing 1 geheel vormen zonder onderbreking.

SKINTOP® MS-SC-M BRUSH

SKINTOP® MS-SC-M BRUSH

Voorbeeld van de perfecte laagimpedante doorvoer is de SKINTOP® MS-SC-M BRUSH. Deze wartel is opgebouwd uit een ronde kern met flinterdunne koperen litzen. Hierdoor ontstaat een beweegbaar borsteleffect en is het raakvlak in zijn geheel en coaxiaal dekkend ten opzichte van de kabelafscherming. Bovendien wordt de montagetijd sterk gereduceerd vergeleken met klassieke EMC wartels.