Afgeschermd

Afgeschermde kabels

Waarom is EMC-bescherming belangrijk?

Tegenwoordig is het moeilijk een product of een industriële installatie te vinden of te implementeren zonder moderne bekabelingstechnologie. Overal wordt gesproken over Industrie 4.0, Big Data en volledig geautomatiseerde processen.

Delen van deze processen worden dan beheerd of gecontroleerd door frequentieomvormers, transformatoren, elektrische schakelaars en communicatieapparatuur.

Dergelijke omschakelingsprocessen brengen echter altijd het risico van storingen met zich mee. Het vereist precisie en de keuze van de juiste onderdelen om de machine soepel te laten werken.

Het doel is ervoor te zorgen dat alle processen soepel en foutloos verlopen. Immers, wat in het beste geval slechts irritant is als storing op de radio, kan onder bepaalde omstandigheden desastreuze gevolgen hebben als een systeemstoring in de context van de medische technologie.

Dit is de reden waarom in industriële omgevingen een steeds hoger niveau van veiligheid tegen elektromagnetische interferentie wordt vereist. De zogenaamde elektromagnetische compatibiliteit (EMC).

Hoe werkt EMC?

Elektromagnetische interferentie is altijd afkomstig van een stoorbron. Dit kan een apparaat zijn met een grote stroomsterkte, zoals een frequentie geregelde motor of een kabel.

De stoorbron wordt tegengewerkt door een verstoord apparaat, de zogenaamde stoorzender. De stoorzender kan bijvoorbeeld een sensor of een datalijn zijn.|

De koppelweg daartussen veroorzaakt de interferentie. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen vier verschillende koppelingstypen:

  • Galvanische koppeling
    Interferentiebron en -slachtoffer zijn met elkaar verbonden, bijvoorbeeld door een gemeenschappelijke aardingsgeleider. Een stoorsignaal via de gemeenschappelijke aardleiding veroorzaakt elektromagnetische interferentie.

  • Capacitieve koppeling
    Interferentiebron en -slachtoffer zijn dicht bij elkaar, maar niet fysiek met elkaar verbonden. Bij capacitieve koppeling wordt de elektromagnetische interferentie veroorzaakt door het elektrische veld.

  • Inductieve koppeling
    Bij inductieve koppeling zijn de interferentiebron en -slachtoffer ook dicht bij elkaar, maar niet fysiek met elkaar verbonden. De storing is hier echter te wijten aan het magnetisch veld.

  • Stralingskoppeling
    Stralingskoppeling treedt gewoonlijk op wanneer de interferentiebron en -slachtoffer ver van elkaar verwijderd zijn en de geleiders uiteindelijk als antennes fungeren, waardoor de storing door elektromagnetische straling wordt veroorzaakt.

In de praktijk is het meestal een mengsel van deze 4 koppelingsmechanismen, dat moet worden geëlimineerd, bijvoorbeeld door afgeschermde kabels te gebruiken.

 

Wat is de EMC-richtlijn?

In de EMC-richtlijn 2014/30/EU, artikel 3, wordt elektromagnetische compatibiliteit gedefinieerd als:

"[...] het vermogen van uitrusting om naar behoren te functioneren in haar elektromagnetische omgeving zonder elektromagnetische interferentie (EMI) te veroorzaken die onaanvaardbaar zouden zijn voor andere in die omgeving aanwezige uitrusting".

Volgens deze definitie heeft EMC twee belangrijke aspecten:

  • De apparatuur mag geen elektromagnetische interferentie veroorzaken.
  • De apparatuur mag niet elektromagnetisch worden gestoord door de omgeving.

Hoe wordt EMC-bescherming gemeten?

De EMC-bescherming wordt gemeten en gespecificeerd aan de hand van de koppelingsweerstand [mΩ/m] en/of de afschermingseffectiviteit [dB]. De koppelingsweerstand van kabels en leidingen wordt gewoonlijk gespecificeerd bij een bepaalde frequentie van 30 MHz. Voor hoge frequenties boven 50 MHz wordt echter gebruik gemaakt van de doeltreffendheid van de afscherming.

De koppelingsweerstand en de doeltreffendheid van de afscherming kunnen niet worden berekend. Dit betekent dat de waarden alleen door metingen kunnen worden bepaald. De gedefinieerde triaxiale meetbuismethode in de norm EN 50289-1-6 wordt gebruikt om de waarden te bepalen.

Wat betekent de EMC-wetgeving voor kabels, draden en connectoren?

LAPP biedt u onder andere kabels, draden en connectoren. Volgens de definitie van de wet inzake elektromagnetische compatibiliteit van apparatuur zijn dit "onderdelen zonder directe functie". Deze componenten vallen niet onder de EMC-richtlijn 2014/30/EU en krijgen daarom geen CE-markering met verwijzing naar de EMC-richtlijn.

De CE-markeringen die u desondanks op LAPP producten zult aantreffen, verwijzen onder andere naar het bewijs van CE-conformiteit conform de Laagspanningsrichtlijn, RoHS en CPR CE.

Normatieve vereisten voor EMC-bescherming van kabels, bedrading en connectoren.

Kabels, draden en connectoren worden in de EMC-richtlijn slechts zijdelings genoemd. Voor deze componenten gelden daarom vaak speciale, hoofdzakelijk normatieve EMC-vereisten, zoals die van de ontwerpstandaard DIN EN 50525-2-51:2012.

Deze standaard vereist een bewijs van overeenstemming met een minimumrendement van de koperen afschermingsvlecht voor de afgeschermde uitvoering van kabels. Dit rendement wordt in kaart gebracht via de bovengenoemde koppelingsweerstand.

De standaard duidt de afgeschermde versies aan met de identificatiecode H05VVC4V5-K. De kabels hiervoor vindt u in het kabelassortiment van LAPP:

TIP: In de artikelzoekfunctie vindt u ook alle afgeschermde kabeluitvoeringen met de standaardaanduiding "H05VVC4V5-K".

Wanneer moeten afgeschermde kabels en draden worden gebruikt?

Overal waar elektromotoren, schakelaars en kabels voor energieoverdacht worden gebruikt, veroorzaken zij elektromagnetische interferentie. EMI kan een negatieve invloed hebben op datakabels, sensoren en soortgelijke apparatuur.

Omgekeerd betekent dit dat u in al deze storingsgevoelige gebieden moet vertrouwen op verbindings- en besturingskabels of ook op datakabels met elektromagnetische bescherming door afscherming.

Hoe zijn afgeschermde verbindings- en besturingskabels opgebouwd?

In principe zijn er vier verschillende soorten afscherming voor verbindings- en besturingskabels. Drie van deze types afscherming zijn bijzonder geschikt voor gebruik met EMC-bescherming:

Hoe zijn afgeschermde datakabels opgebouwd?

Voorbeeld van een afgeschermde netwerkkabel

Voorbeeld van een afgeschermde netwerkkabel

In principe worden voor datakabels dezelfde soorten afscherming gebruikt als voor voedings- en besturingskabels, hoewel in de productaanduidingen voor datakabels met EMC-bescherming gewoonlijk andere afkortingen worden gebruikt:

Vertind kopervlechtwerk "S" (afgeschermd)
Aluminium gelamineerde kunststoffolie "F" (Foiled)

Daarnaast zijn er twee speciale kenmerken voor datakabels met betrekking tot hun afschermingstype voor EMC-bescherming:

  • Niet-afgeschermd
    Datatransmissie is bijzonder gevoelig voor interferentie. Daarom zijn datakabels gewoonlijk altijd afgeschermd. Voor bepaalde toepassingsgebieden voor signaaloverdracht zijn er niet-afgeschermde datakabels die speciaal gemarkeerd zijn met de afkorting "U" (Unscreened), zoals de Cat.6 netwerkkabel ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH, de Cat.5e Ethernetkabel ETHERLINE® LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24 of onze UNITRONIC® BUS ASI-kabels voor netwerksystemen in het veld.

  • Twisted Pair
    Een ander type datakabel is de zogenaamde twisted pair kabel. Hier worden afzonderlijke aderparen getwist. Deze kabelopmaak met getwiste aderparen zorgt voor onderdrukking van de overspraak. Deze kabels zijn te herkennen aan de afkorting "TP" (twisted pair).

    De ETHERLINE® Cat. 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP kabel, bijvoorbeeld, is als volgt opgebouwd: ScreenedFoiled/UnscreenedTwistedPair. Deze netwerkkabel is rond alle aders afgeschermd met een scheidingskruis en een onderliggende met aluminium gelamineerde kunststoffolie (Screened/Foiled). De aderparen zijn paargewijs getwist en zijn niet voorzien van een extra aderpaarafscherming (UnscreenedTwistedPair).

Hoe kunnen kabels en draden op een EMC-conforme manier worden geïnstalleerd?

Wist u dat afscherming geen effect heeft als het niet geaard is? De elektrische weerstand tussen de afscherming en het aardpotentiaal moet zo laag mogelijk zijn. Dit vereist een zo groot mogelijk contactoppervlak. Een gevlochten afscherming die in een "pigtail" is gedraaid en slechts met enkele dunne draadjes aan één punt in de connectorbehuizing is bevestigd, genereert in het slechtste geval een hoge impedantie over een korte afstand. Daarom is dit type aarding minder geschikt.

Bij de overgang van de wartel naar de connector moet de afscherming 360° contact maken, zonder tussenruimten. Alleen dan kan de connectorbehuizing als een kooi van Faraday fungeren en stoorsignalen van buitenaf op betrouwbare wijze buiten houden. Het is ook belangrijk dat dit optimale schermcontact aan beide uiteinden van de kabel plaatsvindt en verbonden is met het aardpotentiaal.

Onze LAPP kabelwartels, zoals de SKINDICHT® SHVE-M, bieden u een laagohmig 360° afschermingscontact inclusief trekontlasting en daarmee een hoge mate van bescherming als aardingskabelwartel. Door hun eigenschappen zijn de SKINDICHT® kabelwartels bijzonder geschikt in omgevingen met sterke trillingen.

Voor flexibele kabeldiameters zijn kabelwartels van de SKINTOP®-serie geschikter. Deze worden gekenmerkt door een snelle en eenvoudige montage en een groot klembereik. Bij de SKINTOP® MS-SC-M maakt de flexibele EMC-contactveer een sterk geleidend, laagohmig contact met de kabelafscherming.

De SKINTOP® BRUSH kabelwartel met duizenden ringvormige borstelharen is geschikt voor maximale montagevrijheid. Het grote, variabele klembereik maakt montage, demontage en toewijzing gemakkelijker en sneller. De kabel wordt in één enkele handeling gecentreerd, gefixeerd en hermetisch afgesloten. Stromen die worden veroorzaakt door stoorsignalen van buitenaf worden efficiënt afgevoerd via de zeer geleidende en 360° omlopende borstelafscherming. Dit is vooral belangrijk voor de transmissie van gevoelige signalen. En hoe u de connector en kabel ook draait of buigt, het contactoppervlak tussen de gevlochten afscherming van de kabel en de borstelinzet van de wartel blijft even goed als altijd.

Als u uw kabel of leiding door geverfde of gepoedercoate behuizingen voert, biedt de SKINDICHT® SM-PE-M met zijn snijkanten u optimaal aardcontact door de isolatielaag van de behuizing door te snijden wanneer u deze vastschroeft.

Elk systeem is slechts zo goed als zijn zwakste punt. LAPP-connectorsystemen hebben het voordeel dat alle soorten van de bovengenoemde afschermingsverbindingsconcepten worden gebruikt. Zeer dikwijls zijn EMC-kabelwartels reeds in de connector geïntegreerd, bieden zij de mogelijkheid een beschermbuis aan te sluiten en maken zij het mogelijk contact te maken tussen de kabelafscherming en het werk- of PE-contact van het connectorsysteem.

De standaardbehuizing is voorzien van een poedercoating met een niet-geleidende afdichting tussen de behuizingsdelen, waardoor deze van elkaar geïsoleerd zijn. EPIC® EMC-connectoren bieden u een afscherming van 360° en een trilbestendige afschermingsverbinding. De EMC-connectoren zijn te herkennen aan hun metaalgeleidende, meestal vernikkelde oppervlak. De afdichtingen zijn zo ontworpen dat de twee op elkaar geperste of geschroefde behuizingsdelen een laag-weerstandscontact van metaal op metaal maken. Hetzelfde principe geldt voor de kabelwartel en voor de montagewand.

Rechthoekige connectoren hebben een geïntegreerde BRUSH wartel. De EPIC® ULTRA H-A3 is daarom eenvoudig te monteren en ontworpen voor een groot klembereik met afgeschermde kabels.

EPIC® ULTRA aansluitingen

Als u daarentegen behoefte hebt aan een ruimtebesparende constructie, bijvoorbeeld voor gebruik in servoaandrijvingen, actuatoren en sensoren, bevelen wij de ronde POWER- en SIGNAL-connectoren van LAPP aan. Deze zijn voorzien van een speciaal aangepaste EMC-kabelwartel voor servo- en datakabels.

EPIC® POWER LS1 SPEEDFLEX circulaire connector

EPIC® POWER LS1 SPEEDFLEX circulaire connector

Voor trilbestendige verbindingen voor stroomoverdracht zijn de circulaire connectoren EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1, EPIC® POWER LS1.5 of EPIC® POWER LS3 met geïntegreerde EMC-wartel uitermate geschikt.

Voor sensor-, veldbus en resolver-/encoderkabels heeft LAPP voor u bijvoorbeeld de EPIC® SIGNAL M17 oder EPIC® SIGNAL M23 in het assortiment.

 

Hoe kunnen niet-afgeschermde leidingen en kabels vervolgens EMC-afgeschermd worden?

Indien de vervanging van een niet-afgeschermde kabel in het systeem om diverse redenen niet mogelijk is, of indien de kabels slechts in gedeelten van het systeem op elektromagnetisch compatibele wijze moeten worden afgeschermd, kunnen de kabels worden voorzien van afzonderlijk verkrijgbare koperen vlechten of worden omwikkeld met 3M Scotch 1183 afschermtape als aanvulling op de LAPP-beschermslangen. Voor deze systemen biedt LAPP u de SHIELD-KON®, een tweedelige afschermingsverbinding voor het verbinden van de koperen vlecht aan een behuizingswand of een verbindingscontact voor het doorlussen van de kabelafscherming.

Hoe kan de EMC-bescherming nog worden verbeterd?

Voor een optimaal afschermingseffect kunnen de kabels worden voorzien van een dubbele afscherming of in een koperen of stalen buis worden gelegd. Vanuit EMC-oogpunt zijn deze vormen van afscherming volledig dicht. LAPP SILVYN® biedt u hiervoor een optimale EMC-bescherming. De EMC AS-CU beschermslang van het merk SILVYN® is een metalen beschermslang met koperen omvlechting en is daarom geschikt voor bijzonder zware omgevingen met hoge elektromagnetische eisen. De SILVYN® MSK-M BRUSH-beschermslang met EMC-bescherming en geïntegreerde trekontlasting maakt uw EMC afgeschermd systeem compleet.

Zijn er voorgeconfectioneerde voedings-, besturings- en datakabels met EMC-afscherming?

Slechte EMC is vaak de oorzaak van montagefouten. In de industrie is het lange tijd gebruikelijk geweest om kabels en connectoren afzonderlijk aan te schaffen en ze pas aan te sluiten wanneer ze in de machine of productie-installatie zijn geïnstalleerd.

Tegenover de grotere flexibiliteit staat een aantal nadelen: De kwaliteit van de afwerking laat vaak te wensen over. Bijvoorbeeld omdat de monteur bij het strippen van de isolatie te diep snijdt en de aderisolatie beschadigt of de afscherming slechts op bepaalde punten met de connectorbehuizing verbindt en zo EMC-problemen veroorzaakt.

Daarom gaat de trend in de richting van kant-en-klaar geassembleerde kabels met connectoren. Deze service bieden wij bij LAPP onder de naam ÖLFLEX® CONNECT aan. Kabel en connector worden af fabriek geassembleerd geleverd, klanten ontvangen zelfs kabelrupsen compleet met kabels en slangen, en LAPP zorgt ook voor de engineering. De klant krijgt dus altijd de optimale kwaliteit uit één hand en kan zich concentreren op zijn kerntaken, namelijk het bouwen van de machine.