sluiten

Inloggen

Log hieronder in met uw gebruikersnaam en wachtwoord.

Deze ontvangt u van ons bij het afsluiten van een (proef)abonnement.

Nog geen inlog? meld u gratis aan


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een (proef)abonnement?.
Neem dan contact op met BIM Media Klantenservice:

sluiten

Welkom bij de Kennisbank NEN 1010

Om de uitgebreide informatie op de kennisbank te kunnen lezen heeft u een inlogcode nodig. Deze ontvangt u bij het afsluiten van een abonnement.

Waarom Kennisbank NEN 1010 kennisbank

  • Kennis van experts altijd beschikbaar
  • Antwoorden, oplossingen en tools
  • Toevoegen van eigen notities mogelijk
  • Praktijkcases, veelvuldig aangevuld
  • Handige formules en interactieve berekeningen
Neem nu een abonnement >


Abonnement € 350,- per jaar, ieder moment opzegbaar. Meer over een abonnement op NEN 1010

“ De norm is soms lastig te begrijpen. De kennisbank bevat de  complete norm NEN 1010 met links naar de praktische uitleg, waardoor achtergronden van de norm duidelijk worden. ”
 

Jaap Jansen,
Installatie Service Bureau

Inloggen voor abonnees


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een abonnement?
Neem dan contact op met Vakmedianet Klantenservice: 088 58 40 888

Of stuur een e-mail naar: klantenservice@vakmedianet.nl

Kabelmantels afmonteren in de praktijk

Een van de meest voorkomende manieren in de praktijk om kabelmantels te aarden aan een apparaatkast, is met een aardstrip in de kast.

 

Hierbij moet de plastic isolatie om de kabel worden verwijderd en het scherm met een zadeltje tegen de aardstrip worden aangedrukt. In veel gevallen is deze methode zeer bruikbaar, maar een nadeel is dat de stoorstroom de kast volledig in loopt. Hierdoor maken we geen gebruik van de kastwanden om de koppeling tussen stoorstroom en stoorspanning te verlagen.

 

Hier komen een aantal praktische aardingsoplossingen aan bod met een betere kwaliteit. Daarnaast laten we zien hoe we met filters ook de stroom over niet-afgeschermde kabels kunnen omleiden.

 

Bron: EMC van installaties, Op weg naar elektromagnetische compatibiliteit - Mark van Helvoort, Mathieu Melenhorst.

Kabelmantels afmonteren

Er zijn verschillende methoden om de stoorstroom al buiten de kast af te voeren (zie onderstaande afbeelding):

  • een aardstrip boven of onder de kast;
  • een aardstrip op de achterwand;
  • speciale kabeldoorvoeren.

Kabelmantels afmonteren

Het is beter om kabelmantels af te monteren op een aardstrip buiten de kast dan binnen de kast (a); het afmonteren kan het best gebeuren op de achterzijde (b); de beste oplossing bieden speciale kabeldoorvoeren (c).

 

Aardstrip boven of onder kast

In de afbeelding hierboven is een aardstrip op de kast gemonteerd (a). Aan beide zijden van de strip hebben we goed elektrisch contact gemaakt met de bovenkant van de kast. Als we nu de kabelmantels en aardverbindingen afmonteren op deze strip, zullen de meeste stoorstromen afgevoerd worden naar de kastwand en buiten de kast blijven. De strip in dit voorbeeld kan ook aan de onderkant of zijkant gemonteerd worden. Omdat de deuren van normale installatiekasten niet goed afsluiten en er ook nog een gat in de kastwand zit om de kabel door te voeren, blijft er een koppeling bestaan tussen de stoorstroom en stoorspanning.

 

In een praktische uitvoering kunnen we een inham in de kast maken waar de aardrail in gemonteerd wordt. De buitenkant van de kast blijft dan toch vlak, wat meestal een eis is. We kunnen ook een kast in compartimenten verdelen. Het onderste of bovenste compartiment wordt dan gebruikt om de aardstrip in te monteren en de stoorstromen af te leiden van gevoelige elektronica in een ander compartiment (zie onderstaande afbeelding).

Afwerken van kabelmantels

In een kast met verschillende compartimenten kan één compartiment worden gebruikt voor het afwerken van kabelmantels.

 

Aardstrip achter kast

We kunnen de koppeling tussen stoorstromen buiten de kast en stoorspanningen binnen de kast verder verlagen door de kabels aan de achterzijde binnen te laten komen. De stoorstromen gaan dan verder weg van de open voorkant lopen. Afbeelding b hierboven toont een voorbeeld met een aardstrip. De kabels boven de beugel moeten met een zo kort mogelijk bocht de kast in gevoerd worden. Hoe korter de kabel voor deze de kast in gaat, des te kleiner is de stoorstroom die toch nog de kast binnendringt. Om het installatiegemak te verbeteren, kunnen we er ook voor kiezen om de kabels niet rechtstreeks in te voeren maar met (haakse) connectoren. We hebben dan een losneembare constructie met een redelijk hoge EMC-kwaliteit.

 

Speciale kabeldoorvoeren bieden de beste oplossing. Als we connectoren gebruiken als kabeldoorvoer, is het eenvoudiger om meteen een afgeschermde versie te gebruiken (zie onderstaande afbeelding). De EMC-kwaliteit is afhankelijk van het gebruikte type. Indien de leverancier geen transferimpedantie heeft gespecificeerd, kunnen we als vuistregel nemen: hoe meer aardcontacten en hoe beter ze verdeeld zijn over de omtrek, des te beter.

Afgeschermde connectoren

Voor losneembare verbindingen kunnen afgeschermde connectoren worden gebruikt om stoorstromen om te leiden.

 

Voor niet losneembare verbindingen kunnen ook EMC-wartels gebruikt worden (zie onderstaande afbeelding). In het algemeen hebben deze een zeer hoge EMC-kwaliteit doordat de kabelmantels geheel rondom contact maken met de kastwand en er nauwelijks lekken overblijven.

EMC-wartels

Voor niet-losneembare verbindingen kunnen speciale EMC-wartels gebruikt worden. De montagemethode in deze foto is niet optimaal: montage in een volledige (achter)wand is beter.

 

Als er meerdere kabels doorgevoerd moeten worden, bestaan er ook speciale doorvoerblokken die uit meerdere lagen flexibel geleidend materiaal bestaan. In onderstaande afbeelding geven we hiervan een voorbeeld. We zien daar een raam waarin kabels tussen flexibele geleidende blokken worden geklemd. De geleidende blokken kunnen op verschillende manieren contact maken met de kabelmantels (zie afbeeldingen hieronder):

  • contactvingers;
  • folie;
  • geleidende verf.

Doorvoerraam met gemonteerde MCT-blokken

Doorvoerraam met gemonteerde MCT-blokken.

Doorvoer voor gebouwen en kasten

Speciale doorvoer voor gebouwen en kasten.

Links: uitvoering met contactvingers, rechts: Uitvoering met geleidende verf met tapecontact richting de kabelmantel.

 

Het is essentieel dat de stoorstroom goed wordt afgeleid. Het is daarom bovendien van zeer groot belang dat de onderdelen die hiervoor zorgen goed contact maken, nu en gedurende de technische levensduur van de installatie. Omdat lak een isolator is, moet deze verwijderd worden voordat een EMC-wartel of doorvoerraam wordt aangebracht. Een alternatief is het gebruik van kartelringen.

 

Onderlinge verbinding van kabelmantels

Er moet bij deze doorvoeringen sterk op worden gelet dat alle kabels deugdelijk worden afgemonteerd. Wanneer één kabel niet goed is afgemonteerd, zal deze er verantwoordelijk voor zijn dat het hele raam niet naar behoren functioneert (zie onderstaande afbeelding). Bij deze metingen is stroominjectie gebruikt, waarbij aan één zijde de stroom is geïnjecteerd op de kabel en achter de doorvoer is teruggemeten.

Meten van de demping doorvoer stroominjectie

Wijze van meten van de demping van een doorvoer met stroominjectie.

 

De werkwijze is als in onderstaande tabel.

Meting met stroomtang 1 en 2

Meting met stroomtang 1 en 2.

 

De blauwe curve laat de verzwakking zien wanneer alle kabels deugdelijk contact maken. Vervolgens zorgen we ervoor dat de mantels van de kabels niet heel goed contact maken met de doorvoer. Dit kan gebeuren wanneer een doorvoer uit onderstaande afbeelding geen goed contact maakt met de mantel. We geven dit weer met de lichtblauwe en groene curven.

 

De roze curve laat zien wat er gebeurt als we één kabel vergeten te strippen van zijn isolatie. De werking van het doorvoerblok wordt over een groot frequentiegebied geheel teniet gedaan.

Effect slechte afmontage op demping

Het effect van slechte afmontage op de algehele demping.

 

Verbinding van frame in de wand

In de afbeelding Doorvoerraam met gemonteerde MCT-blokken is het frame van de doorvoer rondom dichtgelast in een metalen wand of vloer. Het kan echter voorkomen  dat een wand niet geheel van metaal is gemaakt maar van betonbewapening. De betonbewapening verbindt het frame dan niet meer rondom maar op een aantal punten. Het kan zelfs zo zijn dat een frame ‘achteraf’ moet worden verbonden met aarde. Net zoals het belangrijk is dat de modules van afbeelding 13.6 onderling goed verbonden zijn, is het ook zeer belangrijk dat een frame goed geleidend en degelijk verbonden is met de wand waarin het gemonteerd is.

 

Onderstaande afbeelding  laat zien wat de gevolgen kunnen zijn.

Koppeling tussen primair en secundair door montage frame

Koppeling tussen primair en secundair door montage van het frame.

 

Deze afbeelding toont het frame van de doorvoer dat via een draad is verbonden met de Aarde, uitgebeeld door het grijze vlak onder het frame. De stroom I1 hoort bij het primaire circuit; de stroom I2 hoort bij het secundaire circuit. Het resultaat van deze verbinding is, dat de primaire stroom via de mutuele inductie M koppelt met het secundaire circuit. Er zal dus aan de secundaire zijde een spanning worden opgewekt door de betrekking:

Die spanning wordt vertaald in een secundaire stroom. De ‘vertaling’ is de impedantie van het secundaire circuit. Dit houdt dus in, dat een verbinding zoals is afgebeeld een afname betekent in de demping die met een dergelijk frame kan worden bereikt. De factor dt in de noemer geeft daarbij aan dat de factor tijd (voor transiënten ) of frequentie (voor meer continue stoorstromen) daarbij ook van invloed is. Hoe sneller de piek, des te meer spanning. De koppeling M zal dus door vele verbindingen (lassen) moeten worden verminderd. De flensjes uit Stoorstromen omleiden kunnen eveneens helpen.

 

Corrosiebescherming

Ook moeten we alert zijn op mogelijke corrosie gedurende de levensduur. Het is bekend, dat aluminium en koper elkaar slecht verdragen en dat het koper het aluminium ‘opvreet’. Voor een stalen kast vormt roest een bedreiging: het gedraagt zich als een halfgeleider. Corrosiepreventie is daarom ook voor EMC van groot belang. ‘Vochtvrij’ en ‘luchtdicht’ zijn hierbij de steekwoorden.

Niet-elektrische leidingen doorvoeren

Stoorstromen worden niet alleen aangevoerd door kabels, maar door alle leidingen die elektrisch herleidend zijn. Voorbeelden hiervan zijn:

  • koperen waterleidingen;
  • stalen verwarmingsbuizen of sprinklerleidingen;
  • mechanische (metalen) bescherming van optische vezels;
  • metalen armering van kunststof slangen;
  • kunststof slangen met geleidende vloeistof.

 

Ook in deze gevallen moeten we ervoor zorgen dat de stoorstroom naar de kastwand wordt afgevoerd. In onderstaande afbeelding een voorbeeld van een kunststof gasleiding met stalen wapening.

Stoorstromen

Ook de stoorstroom over de wapening van kunststof slangen moet afgevoerd worden naar de kastwand. Niet-geleidende vloeistoffen en glasvezels kunnen via een gat in de wand worden doorgevoerd.

Filters

We kunnen filters gebruiken om stoorstromen over niet afgeschermde kabels om te leiden naar een apparatenkast. De werking is gebaseerd op twee principes:

  • stoorstromen omleiden;
  • stoorspanningen verzwakken.

 

Met filters is de storing tot de bron te beperken of buiten het slachtoffer te houden (zie onderstaande afbeelding). In beide gevallen kunnen we lagere eisen stellen aan de EMC-kwaliteit van de bekabeling en aardingsstructuur tussen de bron en het slachtoffer. Bedenk dat de transferimpedantie van kabels en kabelgoten toeneemt met een toenemende frequentie.

filters ontkoppelen bron en slachtoffer

Filters ontkoppelen bron en slachtoffer en verlagen hierdoor de invloed van het koppelpad.

 

Er is echter een belangrijke beperking: we kunnen filters alleen gebruiken als de storing in een ander frequentiegebied ligt dan het gewenste signaal. Indien de storing en het gewenste signaal in hetzelfde frequentiegebied liggen, kunnen we een overspanningsbeveiliging overwegen. Dit is alleen zinvol bij een incidentele storing , zoals blikseminslag. We moeten dan wel accepteren dat tijdens de storing de signaaloverdracht verstoord is. Daarnaast veroorzaakt een overspanningsbeveiliging snelle spanningspieken. Moderne apparaten die aan de normen voldoen, zijn normaal gesproken hiertegen bestand. Zo niet, dan moet er een extra filter toegevoegd worden.

 

Een ander belangrijk punt bij het kiezen of ontwerpen van het filter, is het werkelijke gedrag van componenten. Normaal gesproken gaan we bij het ontwerpen van een schakeling uit van ideale componenten. Hiermee bedoelen we, dat de waarde van een weerstand , spoel of condensator onafhankelijk is van de frequentie en spanning. Hier worden twee typen filters nader bekeken:

  • netfilters;
  • doorvoerfilters.

 

Netfilters

Netfilters worden vaak toegepast om storing van het testobject naar het net te beperken. In deze componenten zijn capaciteiten en spoelen gebruikt in een trapsgewijze opbouw (zie onderstaande afbeelding).

Opbouw van een netfilter

Voorbeeld van de opbouw van een netfilter.

 

Demping

De dempingskarakterstieken worden door de fabrikant meegeleverd of ze zijn op te vragen via het internet (zie onderstaande afbeelding).

Gemeten netfilterimpedantie

Voorbeeld van de gemeten netfilterimpedantie.

 

Deze afbeelding toont de impedantie die gemeten is met een analyzer. Daarbij is de differential mode gemeten tussen de fase en nul; de common mode zijn de fase en nul ten opzichte van de aarde. Hoewel dit een indicatie geeft van de filterprestaties, is het belangrijk om te beseffen dat hier gemeten is in een circuit van 50 Ω . Die situatie komt in de praktijk zelden voor: de impedantie van het lichtnet zal op zijn minst lager zijn dan 50 Ω, evenals de impedantie van de aangeslotenapparatuur.

 

Om een situatie na te bootsen die wat minder ver van de praktijk af staat, is een meetmethode beschreven in CISPR 17 die ook de approximated worst case method wordt genoemd. Onderstaande afbeelding toont een filterkarakteristiek gemeten volgens die methode. Hierbij is de ‘bron’ de netaansluiting van het filter en de ‘belasting’ de zijde waar het te filterenapparaat op wordt aangesloten. Meetwaarden boven 1 MHz zijn voor de curven C en D niet gemeten, omdat de CMstroomin dat gebied gaat domineren. Let er vooral op dat eventuele storing bij het filter erger wordt bij 100 of 1 50 kHz.

Filterwerking volgens CISPR 17

Filterwerking gemeten volgens de CISPR 17.

 

De getoonde curven in deze afbeelding zijn opgesomd in onderstaande tabel.

Overzicht van koppelingen en impedanties

Overzicht van koppelingen en impedanties.

 

We concluderen:

  • Meetwaarden die resulteren uit een 50 Ω/50 Ω-meetopstelling bieden weinig aanknopingspunten om de werkelijke demping te bepalen.
  • Netfilters kunnen een storing versterken als de stoorfrequentie in het gebied valt waarbij de demping minder dan 0 wordt voor 0,1 Ω/100 Ω-meetcondities.

 

Filterwerking en stroomsterkte

Omdat vele netfilters zijn opgebouwd met een spoel met kernmateriaal, moet ook rekening worden gehouden met verzadiging van het kernmateriaal. Door een hoge stroom kan het kernmateriaal in verzadiging raken, waardoor de zelfinductie van de spoel sterk afneemt en daardoor ook de effectiviteit van het filter. Gegevens kunnen door de fabrikanten van de netfilters worden opgegeven.

 

Netfilters aansluiten

Netfilters zijn het meest effectief wanneer de kast degelijk contact maakt met de ondergrond. Dit houdt in dat verf of andere isolerende ondergronden vermeden moeten worden. Evenmin mag ervan uit worden gegaan dat een draadbrug een effectieve verbinding is. Onderstaande afbeelding  toont de filterkarakteristiek van een netfilter in het frequentiegebied van 100 kHz-30 MHz. De demping is common mode gemeten, dat wil zeggen dat beide ingangen worden aangestoten en dat aan de uitgang ten opzichte van een metaalplaat is gemeten. De methode van afmontage is de variabele. De groene lijn is de nullijn.

netfilter als functie van de afmontage

Filterkarakteristiek van een netfilter als functie van de afmontage.

 

Wanneer het filter degelijk contact maakt met de metalen ondergrond, is de demping maximaal, zoals de gele lijn aantoont. Wanneer het contact met de metalen kast via een draadbrug gaat, blijft de paarse curve over. Hier is duidelijk te zien dat de demping bij hoge frequentie afneemt. Wanneer er geen verbinding is, is er toch enige demping, zoals de blauwe curve toont. De dip in de paarse curve wordt veroorzaakt door de draadbrug die het filterhuis met de metaalplaat verbindt.

 

Onderstaande afbeelding laat het gevolg zien van het plaatsen van ferrietkernen om de draadbrug. De groene lijn is hier de doorverbinding. Er is een rechtstreekse koppeling van in- naar uitgang. De gele lijn is het filterkarakteristiek wanneer de draadbrug de enige verbinding is tussen het filterhuis en aarde. In het geval van de paarse curve zijn twee ferrietkernen om de draadbrug geplaatst. De ferrieten om de draadbrug zorgen ervoor dat het filter sterk minder effectief wordt. De draadbrug zorgt ervoor dat gefilterde en ongefilterde circuits gaan koppelen zoals eerder opgemerkt bij de beschrijving van de kabeldoorvoeren.

Effect van ferrietkernen

Effect van ferrietkernen om de draadbrug van het netfilter.

 

Doorvoerfilters

Als het afvoeren van stoorstromen het hoofddoel is van het filter, dan kan het beste voor een doorvoermodel worden gekozen. Door de opbouw heeft deze namelijk een minimale koppeling tussen beide zijden van een kastwand. Dit laten we zien met het schematische overzicht van onderstaande afbeelding.

Doorvoerfilter

Een doorvoerfilter biedt de laagste koppeling tussen twee zijden van een kastwand.

 

Doorvoerfilters zijn het meest effectief bij een goede montage in een wand waardoor de koppeling tussen de circuits minimaal is. Montage in een plaat metaal dat met een draadje is verbonden met aarde, verhoogt de koppeling tussen de circuits, zoals eerder ook opgemerkt bij de doorvoeren. Onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van een doorvoercondensator.

doorvoercondensator

Een doorvoercondensator.

Ferriet

Om EMC-problemen te onderdrukken worden in de vrijgavefase vaak ferrietkralen toegepast. Bij computerapparatuur wordt deze dikwijls op voorhand standaard meegeleverd (zie onderstaande  afbeelding). Hoewel ferriet vaak nuttig kan worden ingezet, werkt het niet altijd.

Ferriet om computerkabels

Ferriet wordt standaard om computerkabels gemonteerd.

 

Het schema in onderstaande afbeelding is een vereenvoudigde weergave van een ferrietkern voor kabels. We herkennen hierin de serieschakeling van een weerstand en een spoel. Bij de selectie van het ferrietmateriaal kan het dus voorkomen dat een storing in het frequentiegebied valt waarin de kern zich gedraagt als een spoel. Daarmee kan de storing sterker worden in plaats van zwakker. Het is dus van belang te weten welke frequentie gereduceerd moet worden en welk ferrietmateriaal bij die frequentie verliesgevend is. Deze informatie is te vinden in de ‘complexe permeabliliteit’ en wordt opgegeven in databoeken. In de afbeelding hieronder een voorbeeld.

Vervangingsshema ferrietkern

Vervangingsschema van een ferrietkern.

 

In onderstaande afbeelding zien we twee curven:

  • μ’ = het inductieve deel (draagt bij aan de spoel);
  • μ’’ = het verliesgevende deel (draagt bij aan de weerstand).

impedantie van een ferrietkraal

Voorbeeld van de impedantie van een ferrietkraal.

 

Bij het gegeven type ferriet is voor lage frequenties het verliesdeel lager dan het inductieve deel. Hierdoor ontstaat er kans op opslingering waardoor de storing sterker wordt. Verder moeten we oppassen als we ferrietkralen plaatsen om kabels waar een grote stroom doorheen loopt. Het magneetveld dat door de stroom veroorzaakt wordt, kan zo groot zijn dat het ferriet verzadigd raakt en niet meer werkt. Hetzelfde doet zich voor als we ferriet willen gebruiken in een groot extern veld, bijvoorbeeld in de buurt van de inductieve oven uit de voorbeeldinstallatie. Ook bij hoge temperaturen, de Curie-temperatuur in het databoek, verliest ferriet zijn nuttige eigenschappen voor EMC.

 

De kabel in de afbeelding bovenaan heeft twee ferrietkernen. De reden ervoor is dat de fysieke plaats van een ferriet om een kabel van belang is. Ferrietkernen in deze vorm voegen impedantie toe aan het CM-circuit. We weten nu dat dit verlies ohms moet zijn. Afhankelijk van de plaats is dit circuit relatief hoog of laagimpedant. Denk aan de telescoopantenne op een radiootje: waar de antenne in de lucht steekt, zal dit hoogimpedant zijn; bij de radio laag. Een ferrietkern voegt ongeveer maximaal 300 Ω toe aan dit circuit. Als de impedantie 10 kΩ is, zal het effect van een ferrietkern beduidend minder zijn dan als deze 100 Ω is.

 

Terug naar de kabel: deze heeft twee identieke connectoren. Daarom maakt het nu niet uit hoe je hem aansluit: de kans is groot dat er een ferrietkern op de juiste plaats zit. De impedantie die een ferrietkern toevoegt, kan worden verhoogd door de kabel meerdere slagen door het materiaal te leggen. Dit gaat niet ongelimiteerd: capacitieve overspraak tussen de windingen zal de effectiviteit ervan beperken.

Gerelateerd aan Kabelmantels afmonteren in de praktijk

Naslag