Dlaczego ochrona EMC jest ważna?
Obecnie trudno jest znaleźć lub stworzyć produkt lub zakład przemysłowy bez nowoczesnej technologii okablowania. Przemysł 4.0, Big Data i w pełni zautomatyzowane procesy są na ustach każdego.
Częściami tych procesów zarządzają lub sterują przetwornice częstotliwości, transformatory, przełączniki elektryczne i urządzenia komunikacyjne.
Jednak tego rodzaju procesy przełączania zawsze wiążą się z ryzykiem zakłóceń. Dokładność i dobór właściwych komponentów są niezbędne, aby maszyna działała bezproblemowo.
Celem jest sprawne i bezbłędne funkcjonowanie wszystkich procesów. Dzieje się tak dlatego, że coś, co jest nieco zakłócające, takie jak zakłócenia w radiu, może mieć znacznie bardziej dramatyczne konsekwencje w kontekście technologii medycznej, jeśli system zawiedzie.
Dlatego otoczenia przemysłowe wymagają coraz większego bezpieczeństwa przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC).
Jak działa EMC?
Zakłócenia elektromagnetyczne zawsze pochodzą ze źródła zakłóceń. Może to być element sprzętu, który przenosi wysoki prąd, taki jak silnik sterowany częstotliwością lub kabel.
Źródło zakłóceń odpowiada zakłóconemu elementowi sprzętu, zwanemu odbiornikiem zakłóceń. Odbiornikiem zakłóceń może być na przykład czujnik lub kabel sieciowy.
Sprzężenie pomiędzy nimi powoduje zakłócenia. Można je podzielić na cztery różne typy sprzężenia:
- Sprzężenie galwaniczne: Źródło zakłóceń i odbiornik zakłóceń są ze sobą połączone, na przykład za pomocą wspólnego kabla uziemiającego. Prąd zakłócający przez wspólny kabel uziemiający powoduje zakłócenia elektromagnetyczne.
- Sprzężenie pojemnościowe: Źródło zakłóceń i odbiornik zakłóceń są blisko siebie, ale nie są fizycznie połączone. W sprzężeniu pojemnościowym zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) są wytwarzane przez pole elektryczne.
- Sprzężenie indukcyjne: W sprzężeniu indukcyjnym źródło zakłóceń i odbiornik zakłóceń są również blisko siebie, ale nie są ze sobą połączone. Zakłócenia są jednak spowodowane przez pole magnetyczne.
- Sprzężenie radiacyjne : Sprzężenie radiacyjne występuje zwykle wtedy, gdy źródło zakłóceń i odbiornik zakłóceń są oddalone, a kable ostatecznie działają jako anteny i powodują zakłócenia przez promieniowanie elektromagnetyczne.
W praktyce jest to zwykle połączenie tych 4 mechanizmów sprzęgania, które należy wyeliminować, przykładowo poprzez zastosowanie kabli ekranowanych.
Czym jest dyrektywa EMC?
W dyrektywie EMC 2014/30/UE, artykuł 3, kompatybilność elektromagnetyczna jest zdefiniowana jako:
„[...] zdolność sprzętu do zadowalającej pracy w swoim środowisku elektromagnetycznym bez wywoływania zakłóceń elektromagnetycznych, co byłoby niedopuszczalne dla innych urządzeń w tym środowisku.”
Zgodnie z tą definicją EMC ma dwa główne aspekty:
- Sprzęt nie może powodować zakłóceń elektromagnetycznych.
- Sprzęt nie może być zakłócony elektromagnetycznie przez otoczenie.
Jak mierzy się ochronę EMC?
Ochrona EMC jest mierzona i określana za pomocą rezystancji sprzęgania [mΩ/m] i/lub tłumienia ekranowania [dB]. Rezystancja sprzęgania kabli i przewodów jest zwykle podawana przy zdefiniowanej częstotliwości 30 MHz. Natomiast tłumienie ekranowania stosowane jest w przypadku wysokich częstotliwości od 50 MHz.
Nie można obliczyć rezystancji sprzęgania i tłumienia ekranowania. Oznacza to, że wartości można określić wyłącznie za pomocą pomiarów. Do określenia wartości stosuje się trójosiową metodę pomiarową określoną w normie EN 50289-1-6.
Jak wykonane są ekranowane przewody zasilające i sterownicze?
Istnieją cztery różne typy ekranowania przewodów zasilających i sterowniczych. Trzy z tych typów ekranów są szczególnie przystosowane do zastosowania z ochroną EMC:
Oplot z cynowanej miedzi
Typową metodą ekranowania przewodów jest oplot ekranujący z drucików miedzianych pomiędzy żyłami a płaszczami. Przy stopniu pokrycia około 80 procent, oplot miedziany tworzy skuteczną barierę przed polami elektromagnetycznymi. Przewody te można zidentyfikować po skrócie „C” w oznaczeniu produktu LAPP, np. ÖLFLEX® Classic 110 CY lub ÖLFLEX® Servo 719 CY. Oplot miedziany można wykonywać na różne sposoby, przy czym jednym z kluczowych parametrów jest kąt skręcania. W bardzo dynamicznych zastosowaniach, takich jak instalacja kabla w prowadnicy łańcuchowej, drut miedziany jest prowadzony wokół żył pod bardziej rozwartym kątem, dzięki czemu tworzy pełny 360-stopniowy obrót wokół żył na krótszej odległości. W przewodach do robotyki, które muszą wytrzymać miliony skrętów, oplot nie jest idealny, ponieważ z czasem pojawiają się luki.
Obwój z drutu miedzianego
Do ruchomych przewodów w robotyce, gdzie ekran musi być odporny na skręcanie, często stosuje się obwój z drutów miedzianych. Ponieważ druty miedziane w owijaniu są ustawione równolegle do siebie, nie ma problemu z skręceniem kabla. Jednak ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi z owijanych przewodów jest często gorsza, ponieważ druty ekranujące nie nakładają się na siebie. Przewody te można zidentyfikować po skrócie „D” w oznaczeniu produktu LAPP, np. ÖLFLEX® Robot 900 DP.
Laminowana folia aluminiowa
Poszczególne lub wszystkie żyły w kablu można owinąć laminowaną folią aluminiową. Ekran z laminowanej folii aluminiowej chroni kable i przewody, zwłaszcza przy wyższych częstotliwościach. Przewody często mają również różne typy ekranowania, np. ÖLFLEX® SERVO 2XSLCH-J z laminowaną folią aluminiową i oplotem ekranującym z drucików miedzianych.
Jak zbudowane są ekranowane przewody do transmisji danych?
Przewody do transmisji danych mają zasadniczo taki sam ekran jak przewody zasilające i sterownicze, ale inne skróty są powszechnie stosowane w oznaczeniach produktów:
- Oplot z cynowanej miedzi „S” (ekranowany)
- Laminowana folia aluminiowa „F” (foliowany)
Istnieją również dwie specjalne cechy przewodów do transmisji danych pod kątem ich klasy ekranowania dla ochrony EMC:
Nieekranowany
Transmisja danych jest szczególnie podatna na zakłócenia, dlatego przewody do transmisji danych są na ogół zawsze ekranowane. Dla niektórych obszarów zastosowań w zakresie transmisji sygnałów dostępne są nieekranowane przewody do transmisji danych oznaczone specjalnie skrótem „U” (nieekranowane), np. przewód sieciowy Cat.6ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH, przewód ethernetowy Cat.5e ETHERLINE LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24lub nasze kableUNITRONIC® BUS ASI do systemów sieciowych w terenie.
Skręcone pary
Inną konstrukcją przewodów danych są skręcone pary przewodów. Tu skręcane są poszczególne pary danych. Skręcanie sprawia, że efekty pola kompensują się wzajemnie. Przewody te można zidentyfikować po skrócie „TP” (Twisted Pair).
Przykładowo przewód ETHERLINE Cat 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP podzielony jest na: ekranowany foliowany/nieekranowana, skręcona para. Ten przewód sieciowy jest ekranowany wokół wszystkich żył oplotem drucikowym i laminowaną folią aluminiową (ekranowany/foliowany). Pary żył są skręcone w pary i nie są wyposażone w dodatkowe ekranowanie pary żył (UnscreenedTwistedPair).
W jaki sposób można podłączyć kable i przewody zgodnie z EMC?
Czy wiesz, że ekranowanie nie ma żadnego wpływu, jeśli nie jest uziemione? Rezystancja elektryczna pomiędzy ekranem kabla a potencjałem uziemienia musi być jak najniższa. W tym celu wymagana jest jak największa powierzchnia styku ekranu z komponentem EMC dławnicy lub obudowy złącza. Połączenie pomiędzy ekranem a elementem EMC, przy prawidłowym, a przede wszystkim jak najpełniejszym montażu, nie generuje impedancji lub tylko bardzo niskie impedancje, nawet na dużych odcinkach. Główną zaletą jest to, że ich połączenie jest szczególnie kompatybilne elektromagnetycznie.
The requirements at a glance:
- Ekran z drucików miedzianych jest umieszczony wokół (duża powierzchnia) w przejściu do obudowy i bez żadnych szczelin.
- Dławnica kablowa ma połączenie o niskiej impedancji do metalowej ściany obudowy.
- Montaż i demontaż przewodu musi być możliwy szybko, łatwo i bez uszkodzenia miedzianego ekranu.
- Optymalny kontakt ekranu jest zapewniony na obu końcach przewodu i jest oparty na potencjale uziemienia.
Powszechnie stosowaną metodą jest montaż ekranu całościowo i bez przeszkód, np. przy przejściu od dławnicy kablowej do wtyczki lub gdy przewód jest wprowadzany do obudowy za pomocą zacisku śrubowego EMC. Tylko wtedy obudowa złącza może działać jako klatka faradayowska i zatrzymywać zewnętrzne sygnały zakłócające. Ważne jest również, aby ten optymalny kontakt ekranu miał miejsce na obu końcach kabla i był połączony z potencjałem ziemi.
Nasza seria SKINTOP®BRUSH
Dlaczego złącza są ważne dla ochrony EMC?
Każdy system jest tak dobry, jak jego najsłabszy punkt. Systemy złączy LAPP mają tę zaletę, że wykorzystują wszystkie wyżej wymienione koncepcje połączeń ekranujących. Bardzo często dławnice kablowe EMC są już zintegrowane ze złączem, oferują możliwość podłączenia peszla ochronnego i umożliwiają zetknięcie ekranu kabla ze stykiem roboczym lub PE systemu złącza.
Standardowa obudowa jest powlekana proszkowo z nieprzewodzącym uszczelnieniem między częściami obudowy, co izoluje je od siebie nawzajem. Złącza EMC EPIC® zapewniają ekranowanie 360° i połączenie ekranujące odporne na wibracje. Złącza EMC można zidentyfikować po ich metalicznie przewodzącej powierzchni, zwykle niklowanej. Uszczelnienia są zaprojektowane w taki sposób, aby oba zaciskane lub przykręcone części obudowy miały kontakt o niskiej rezystancji z metalem na metalu. Ta sama zasada dotyczy zarówno dławnic kablowych, jak i ścianki montażowej.
Złącza prostokątne z wbudowaną dławnicą kablową SKINTOP® MS-M BRUSH. EPIC® ULTRA H-A3 i EPIC® Ultra H-B6-24 są więc łatwe w montażu i zaprojektowane do szerokiego zakresu dławienia kabli ekranowanych.
Jeśli potrzebujesz konstrukcji oszczędzającej miejsce, na przykład do zastosowania w serwonapędach, elementach wykonawczych i czujnikach, polecamy okrągłe złącza POWER i SIGNAL firmy LAPP. Są one wyposażone w specjalnie dopasowane dławnice kablowe EMC do przewodów serwo i przewodów danych.
Złącza okrągłe EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1, EPIC® POWER LS1.5 lub EPIC® POWER LS3 ze zintegrowaną dławnicą kablową EMC szczególnie nadają się do połączeń zabezpieczonych przed wibracjami do zasilania.
Przykładowo firma LAPP oferuje złącza EPIC® SIGNAL M17 lub EPIC® SIGNAL M23 do przewodów czujników, magistrali polowej, resolwerów i enkoderów.
Jak można później ekranować przewody nieekranowane?
Jeśli ekranowany przewód nie jest możliwy w systemie z różnych powodów lub jeśli przewody wymagają ekranowania elektromagnetycznego tylko w określonych odcinkach systemu, peszle ochronne mogą być również wyposażone w oplot miedziany lub owijane taśmą ekranującą 3M Scotch 1183.
Aby zapewnić niezawodne uziemienie tych systemów, najlepiej polegać na naszym jednoczęściowym lub dwuczęściowym złączu SHIELD-KON® do podłączenia miedzianego oplotu do uziemionej ściany obudowy lub innych uziemionych punktów połączenia.
Jak można poprawić ochronę EMC?
Aby zapewnić optymalne ekranowanie, przewody mogą być wyposażone w podwójne ekranowanie lub zainstalowane w rurze miedzianej lub stalowej. Z perspektywy EMC ekrany te są całkowicie szczelne. Nasze metalowe peszle ochronne SILVYN® z oplotem miedzianym, takie jak EMC AS-CU, zapewniają pełną ochronę EMC i jednocześnie doskonałą elastyczność w porównaniu z rurkami. Nadaje się do zastosowania w szczególnie surowych środowiskach o wysokich wymaganiach elektromagnetycznych. Złączka do peszli SILVYN® MSK-M BRUSH z ochroną EMC i zintegrowanym odciążeniem uzupełnia ekranowany system EMC.
Czy istnieją wstępnie zmontowane przewody zasilające, sterownicze i przewody do transmisji danych z ekranowaniem EMC?
Słaba kompatybilność EMC jest często przyczyną błędów instalacyjnych. Przez długi czas w przemyśle stosowano zwyczaj zakupu kabli i wtyczek oddzielnie i podłączenia ich wyłącznie podczas instalacji np. w maszynie lub zakładzie produkcyjnym.
W przypadku większej elastyczności istnieje kilka wad: jakość montażu często pozostawia wiele do życzenia. Na przykład, jeśli instalator wykona zbyt głębokie cięcie podczas odizolowywania i uszkodzi izolację żyły lub tylko częściowo podłączy ekran do obudowy wtyczki, co spowoduje problemy z EMC.
Dlatego trend w kierunku gotowych przewodów, które my w LAPP sprzedajemy pod nazwą ÖLFLEX® CONNECT. Kabel i wtyczka są już podłączone fabrycznie. Klienci dostają również prowadnice łańcuchowe w pełni wyposażone w kable i węże, a firma LAPP bierze na siebie również prace inżynieryjne. Klienci mają zatem gwarancję, że zawsze otrzymają optymalną jakość z jednego źródła, a także mogą skoncentrować się na własnej pracy, a mianowicie na budowie maszyn.