EMC - Induteq
advertisement
Electromagnetische Compatibiliteit «EMC» ■ Merlin Gerin ■ Square D ■ Telemecanique Deze tekeningen zullen u helpen de verschillende paragrafen van dit document eenvoudig te vinden. HOOFDSTUK 1 HOOFDSTUK 2 Type Bron Overdracht Type van de storing Bron van de storing Overdracht van de storing Aarde Massa Kabels Filters Aardingssysteem Type Bron Overdracht Voeding Type Source Bron Overdracht Type Bron Overdracht Transmission Type Bron Overdracht Kabels Bekabelingsregels Kabelbanen Type Bron Overdracht Verbindingen Type Bron Overdracht Type Bron Overdracht Filters Overspanningsbegrenzers Ferrietkernen Ferrietkernen Type Bron Overdracht Te Kast ElektroMagnetische Compatibiliteit (EMC) Inhoudsopgave HOOFDSTUK 1 Beschrijving van elektromagnetische compatibiliteit verschijnselen Voorwoord ..............................................................................................1- 2 Frequentie afhankelijk gedrag van elektrische geleider ......................1- 3 Gedrag van een inductantie en een capaciteit gerelateerd aan frequentie ..................................................................................1- 4 Elektromagnetische compatibiliteit van een systeem ......................1- 5 De ElektroMagnetische Compatibiliteit: EMC......................................1- 5 Toepassingsgebied ..............................................................................1- 6 Typen van elektromagnetische storing................................................1- 7 Definitie van elektromagnetische storing ............................................1- 7 Bronnen van elektromagnetische emissie ..........................................1- 8 Laagfrequent «LF» storingen................................................................1- 9 Hoogfrequent «HF» storingen ..............................................................1- 9 Harmonischen ....................................................................................1- 10 Transiënten..........................................................................................1- 14 Elektrostatische ontladingen ..............................................................1- 16 Storingen in laagspanningsvoeding ....................................................1- 18 Bronnen van elektromagnetische storing ..........................................1- 20 Schakelen van inductieve belastingen met contacten........................1- 20 Schakelen van inductieve belastingen met halfgeleiders ..................1- 23 Elektrische motoren ............................................................................1- 25 Fluorescentie verlichting ....................................................................1- 27 Puntlassen ..........................................................................................1- 28 Spectraal vergelijk van de verschillende storingen ............................1- 29 Overdracht van elektromagnetische storing ....................................1- 30 Koppeling: Algemene informatie ........................................................1- 30 Geleidingskoppeling ..........................................................................1- 32 Stralingskoppeling ..............................................................................1- 34 Ontkoppelen van storing ....................................................................1- 38 Inhoud - 1 Te ElektroMagnetische Compatibiliteit (EMC) Inhoudsopgave Aarde......................................................................................................1- 40 Algemene definitie ..............................................................................1- 40 Regels voor aardaansluiting in elektrische installaties........................1- 40 Elektrische aardaansluitingen ............................................................1- 40 Schematische weergave van aardrangschikking................................1- 41 Aarde en elektromagnetische compatibiliteit......................................1- 41 Massa ....................................................................................................1- 42 Algemene definitie ..............................................................................1- 42 Specifieke definitie voor elektrische installaties..................................1- 42 Massaverbindingen en veiligheid van personen en goederen ............1- 42 Massa’s en elektromagnetische compatibiliteit ..................................1- 43 Lussen tussen massa’s ......................................................................1- 46 Massalussen ......................................................................................1- 47 Vermijd aarding van de geleidende delen in stervormige configuratie..1- 48 Kabels ....................................................................................................1- 49 Frequentie afhankelijk gedrag van een geleider ................................1- 49 Lengte en doorsnede van een geleider ..............................................1- 51 Het antenne-effect van een geleider ..................................................1- 52 Groen/geel, PE/PEN geleider..............................................................1- 53 Verbinding tussen massa’s ................................................................1- 53 Filters ....................................................................................................1- 54 Functie van een filter ..........................................................................1- 54 Verschillende typen filters ..................................................................1- 55 Ferrietkernen ........................................................................................1- 57 Index aan het eind van het document Te Inhoud - 2 ElektroMagnetische Compatibiliteit (EMC) Inhoudsopgave HOOFDSTUK 2 Bereiken van elektromagnetische compatibiliteit in een installatie Voorwoord ..............................................................................................2-2 De EMC procedure ................................................................................2-3 Ontwerpen van een nieuwe installatie of een uitbreiding ....................2-4 Onderhoud van een installatie of verbeteren van het bestaande machinepark ....................................................................................2-5 Verbeteringen aan een bestaande installatie........................................2-6 De regels van de kunst ..........................................................................2-7 Betreffende onderwerpen ....................................................................2-7 Aardingssysteem....................................................................................2-8 Introductie ............................................................................................2-8 Gebouw ................................................................................................2-9 Uitrusting/machine ..............................................................................2-11 Kast ....................................................................................................2-12 Elektrische verbinding ........................................................................2-13 Verbindingen tussen massadelen........................................................2-14 Voeding ..................................................................................................2-18 Analyse ................................................................................................2-19 Technische specificaties......................................................................2-19 Isolatie door transformator ..................................................................2-19 Stroomstelsels ....................................................................................2-20 Stroomstelsels: EMC prestaties ..........................................................2-21 Verdeling in de installatie ....................................................................2-24 Aarden van transformatorafscherming ................................................2-25 Kast ........................................................................................................2-26 Analyse ................................................................................................2-26 Aard-/referentievlak ............................................................................2-28 Kabelingangen ....................................................................................2-28 Plaatsing van kabels............................................................................2-28 Inhoud - 3 Te ElektroMagnetische Compatibiliteit (EMC) Inhoudsopgave Verlichting ............................................................................................2-29 Plaatsen van componenten ................................................................2-29 Kabels ....................................................................................................2-32 Classificatie van signalen ....................................................................2-32 Keuze van kabels ................................................................................2-32 Prestaties van kabels in het kader van EMC ......................................2-34 Bekabelingsregels ................................................................................2-36 De tien geboden ..................................................................................2-36 Kabelbanen ............................................................................................2-44 Kabelgoten ..........................................................................................2-44 Aansluitingen aan kasten ....................................................................2-45 Positie van de kabels ..........................................................................2-46 Eindaansluitingen ................................................................................2-48 Onjuiste methoden van het plaatsen van kabels ................................2-50 Aanbevolen methoden van het plaatsen van kabels ..........................2-51 Verbindingen ..........................................................................................2-52 Type en lengte van de aansluiting ......................................................2-52 Het maken van een verbinding............................................................2-53 Te vermijden valkuilen..........................................................................2-54 Aansluiten van afscherming ................................................................2-55 Filters......................................................................................................2-56 Plaatsing in kasten ..............................................................................2-56 De montage van filters ........................................................................2-58 Aansluiten van de filters ......................................................................2-59 Overspanningsbegrenzers ..................................................................2-60 Overspanningsbegrenzers of ontstoringsfilters voor spoelen ............2-60 Ferrietkernen ........................................................................................2-62 Index aan het eind van het document Te Inhoud - 4 ElektroMagnetische Compatibiliteit (EMC) Inhoudsopgave HOOFDSTUK 3 EMC normen, faciliteiten en tests Normen....................................................................................................3-2 Inleiding ................................................................................................3-2 Drie soorten EMC normen ....................................................................3-2 De normerende instellingen..................................................................3-3 CISPR publikaties ................................................................................3-3 Voorbeelden van CISPR publikaties van toepassing op onze produkten ................................................................................3-4 IEC publikaties......................................................................................3-5 CENELEC publikaties ..........................................................................3-8 EMC faciliteiten en tests........................................................................3-9 Index aan het eind van het document Inhoud - 5 Te Beschrijving EMC verschijnselen HOOFDSTUK 1 Type Bron Overdracht BESCHRIJVING VAN 1 ELEKTROMAGNETISCHE 2 COMPATIBILITEIT 3 VERSCHIJNSELEN 1 Te Beschrijving EMC verschijnselen Type Bron Overdracht Voorwoord 1 2 In dit hoofdstuk worden de verschijnselen behandeld die veroorzaakt worden door hoogfrequente «HF» stromen en spanningen. Deze verschijnselen hebben een grote invloed op de prestaties en het 3 gedrag van een elektrische installatie. Het begrijpen van deze verschijnselen is van groot belang om uiteindelijk optredende problemen op te lossen. De verschillende verschijnselen worden in de volgende voorbeelden beschreven. Te 2 Beschrijving EMC verschijnselen Voorwoord Type Bron Overdracht Frequentie afhankelijk gedrag van een elektrische geleider Impedantie 100 Ω 10 Laagfrequent bereik 1Ω 100 1 mm 2 18 10 mΩ 1 35 mm 2 0,5 2 Hoogfrequent bereik 2,5 mm 2 7 ;; ;; ;; ; 1 0,1 mΩ 3 Frequentie 0 Hz 0 Hz kHz 10 100 50 1 10 MHz 100 80 1 10 Karakteristieke impedantie van een elektrische geleider met lengte L = 1 meter • Wij kunnen constateren dat de impedantie van een geleider zeer snel toeneemt als de frequentie van het te geleiden signaal toeneemt. (impedantie Ω) Z = K (constante ) x f ( frequentie Hz) • Voor laagfrequent signalen «LF» (voorbeeld 50-60 Hz) ==> De impedantie van de geleider is van ondergeschikt belang ==> de doorsnede van de geleider is bepalend • Voor hoogfrequent signalen «HF» (f > 5 MHz) ==> De impedantie van de geleider is bepalend ==> de lengte van de geleider is bepalend ==> de doorsnede van de geleider is van ondergeschikt belang 3 Te Beschrijving EMC verschijnselen Voorwoord Type Bron Overdracht Gedrag van een inductantie en capaciteit gerelateerd aan frequentie • Z = 2πLf 1 hoogfrequent «HF», de impedantie van een geleider neemt sterk toe. ==> De lengte van de geleider is niet meer verwaarloosbaar ==> Vervorming van het signaal (amplitude, frequentie...) • Z= 2 1 2πCf hoogfrequent «HF», de impedantie van een capaciteit neemt sterk af. ==> De capacitieve inkoppeling wordt groter ==> Optreden van lekstromen in een installatie ==> Het storen van het gewenste signaal wordt gemakkelijker Z = impedantie 3 L = inductantie C = capaciteit ;; ;; ;; Voorbeeld: geleider Isolatie Koper (Cu) Massa Vervangingsschema laagfrequent «LF» Z <<< U Z >>> Massa Vervangingsschema hoogfrequent «HF» Z >>> U Z <<< Massa Te f = frequentie van het signaal 4 Beschrijving EMC verschijnselen Elektromagnetische compatibiliteit van een systeem Type Bron Overdracht De ElektroMagnetische Compatibiliteit: EMC De normen definiëren Elektro Magnetische Compatibiliteit (EMC) als: 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. 1 2 Apparaat M Emissie A paraat X Aparaat A Signaal A ==> B 3 Apparaat B Apparaat Elektromagnetische omgeving 5 Susceptibiliteit B Te Beschrijving EMC verschijnselen Elektromagnetische compatibiliteit van een systeem Type Bron Overdracht Toepassingsgebied 1 Een systeem bestaat uit onderdelen (actuatoren, motoren, opnemers...), die samengevoegd zijn om een specifieke functie te vervullen. Uit elektromagnetisch oogpunt bestaat een systeem uit elementen, die met elkaar in contact staan en uit een voedingsdeel. De elektrische voeding, de verbindingen tussen de verschillende onderdelen en het toegepaste materiaal maken deel uit van het systeem. 2 Storingsniveau 3 Susceptibiliteitsniveau niveau van storing waarbij problemen in het functioneren van apparatuur en systemen optreedt. immuniteitsmarge Immuniteitsniveau niveau van storing, die te doorstaan is door apparatuur en systemen (ongevoeligheidsgrens). Niveau van elektromagnetische compatibiliteit niveau van storing waarbij verwacht wordt probleemloos te kunnen functioneren in een bepaalde omgeving Emissiegrens niveau van veroorzaken van storing, die niet overschreden mag worden door het apparaat. 0 Dit alles betekent dat: Het apparaat dient een bepaalde immuniteit te bezitten, opdat deze niet gestoord wordt door zijn elektromagnetische omgeving Het apparaat mag maar een bepaalde hoeveelheid van storing afgeven aan de omgeving, opdat andere apparaten in de omgeving niet gestoord worden. Te 6 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Definitie van elektromagnetische storing Alle elektromagnetische verschijnselen, die de prestaties van een apparaat, installatie of systeem verminderen. Een elektromagnetische storing kan een elektrische ruis, een ongewenst signaal of een wijziging van overdracht zijn. Opnemer 1 PLC API 2 Elektromagnetisch veld 1 1 1 0 0 0 1 3 Gewenst signaal 0 1 0 Elektromagnetische storing Werkelijke status van de uitgang Status van de uitgang gezien door de PLC Een elektromagnetische storing, bestaat zoals de naam al voorstelt uit een elektrisch veld E , opgewekt door een potentiaalverschil en een magnetisch veld H ontstaan door geleiding van een stroom door een geleider. Elektro..Magnetisch Elektrisch veld Magnetisch veld Ongewilde elektromagnetische storing is simpelweg een ongewenst elektrisch signaal bovenop een gewenst elektrisch signaal. Dit ongewenste signaal verspreidt zich door geleiding in kabels en straling door de lucht. 7 Te Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Bronnen van elektromagnetische emissie EM emissie 1 Industrieel Natuurlijk 2 Opzettelijk Onopzettelijk • Radiozenders 3 Per ongeluk • Kortsluiting • Televisiezenders • Aardsluiting • Walky-talky • Draagbare telefoons Continu Veroorzaakt door de normale werking van de apparatuur. • Radarinstallaties • Etc... • Alle schakelende elementen (mechanische contacten, vermogenstransistoren, etc.) zoals: relais, geschakelde voedingen, contactoren, collectormotoren, onstekingen van verbrandingsmotoren, dimmers, etc. • Materiaalbewerkingmachines: -> Lassen, solderen, etc • Fluorescentie verlichting -> Inductie ovens • Apparatuur met klokschakelingen (PC, PLC, etc) -> Plasma lassen • Etc... -> Etc... Te 8 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Laagfrequent «LF» storingen Frequentiebereik: 0 frequentie 1-5 MHz De laagfrequente storingen in een installatie treden meestal op als geleider gebonden storing. 1 Duur: vaak lang (enkele tienden van milliseconden) In sommige gevallen is dit verschijnsel van permanente aard (harmonischen) Energie: de energiewaarde van de geleide storing kan hoog zijn en hierdoor kan storing of zelfs beschadiging van de aangesloten apparaten optreden. 2 (Energie ) W(J) = U(V) I(A) t (S) 3 Hoogfrequent «HF» storingen Frequentiebereik: frequentie 30 MHz. De hoogfrequente storingen in een installatie treden meestal op als stralingsstoring Duur: hoogfrequente pulsen met een tijdsduur < 10 ns. In sommige gevallen kunnen deze verschijnselen permanent optreden (gelijkrichter,...). Energie: De uitgestraalde energie van de storing is over het algemeen zeer laag en kan problemen opleveren in omliggende apparaten. 9 Te Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Harmonischen 1 Een periodiek signaal met een willekeurige vorm is wiskundig opgebouwd uit verschillende sinusvormige signalen. Deze sinusvormige signalen hebben verschillende amplituden en frequenties die een meervoud zijn van de frequentie van de grondgolf. Grondgolf: de laagste frequentie met het gewenste signaal De opbouw van een periodiek signaal verloopt via een FOURIER-reeks 2 Sinusvormige grondgolf (voorbeeld 50Hz) Voorstelling in de tijd 3e Harmonische (sinusvorm f = 3x50 = 150 Hz) 3 t Zichtbaar signaal op de oscilloscoop 130 A Grondgolf Voorstelling in spectraallijnen 25 A Zichtbaar signaal op de spectrum-analyser 3e Harmonische Frequentie 50 Hz 150 Hz Rang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... Hoger harmonische storingen zijn storingen in het laagfrequent gebied «LF» en zijn hierdoor over het algemeen geleider gebonden storingen. Te 10 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Distorsie factor Met de hoger harmonische distorsie factor kan de afwijking van een signaal worden berekend ten opzichte van het signaal van de grondgolf (rang 1) Σ2 HHi n TDH % = 1 2 Hi = amplitude van hoger harmonische van rang i H1 = amplitude van de grondgolf (rang 1) 1 Deze distorsie factor is ook op eenvoudigere wijze te benaderen: TDH Σ som van de amplituden van de hoger harmonischen met een rang > 2 amplitude van de grondgolf of harmonische met de rang 1 2 Hoger harmonischen met een rang groter dan 40 hebben een verwaarloosbaar effekt op de distorsie factor berekening, echter niet op de installatie. 3 Opwekking Alle niet-lineaire elementen nemen een niet-sinusvormige stroom op, waardoor hoger harmonische stromen ontstaan. Golfvorm van de opgenomen stroom t Opgenomen stroom van een fluorescentie lamp Het voedende net zal deze hoger harmonische stromen omzetten in hoger harmonische spanningen afhankelijk van de impedantie van het voedende net. U = ZI Deze hoger harmonische spanningen worden door het voedende net geleid, waardoor elders aangesloten ontvangers gestoord kunnen worden. 11 Te Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Harmonischen (vervolg) 1 Opwekkers van hoger harmonischen zijn onder andere; - inverters, choppers - gelijkrichters: elektrolyse, soldeer machines - inductie ovens 2 - elektronische softstarters - elektronische snelheidsregelaars voor gelijkstroomstroommotoren - frequentieregelaars voor asynchrone en synchrone motoren - huishoudelijke apparatuur zoals televisietoestellen, gasontladingslampen, etc. - verzadigde magnetische circuits (transformatoren, etc). 3 Deze apparatuur wordt meer en meer toegepast en de te besturen vermogens worden groter en groter, waarmee uiteraard ook de storingen toenemen. Te 12 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Apparatuur gestoord door harmonischen Apparatuur 1 Problemen Synchrone machines: ..................... Extra opwarming Transformatoren: ............................ Extra opwarming en verliezen. Gevaar voor optreden van verzadiging Asynchrone machines: ................... Pulserend koppel, extra opwarming voornamelijk voor kortsluitankermotoren met diepe rotorinkepingen. Geleiders: ....................................... Verhoging van de ohmse en diëlektrische verliezen Computers:..................................... Functionele problemen tengevolge van pulserend koppel van de motor in de schijfleeseenheid. Vermogenselektronica: ................... Problemen gerelateerd aan de signaalvorm: commutatie, synchronisatie, etc. Condensatoren: .............................. Opwarming, snelle veroudering, kans op resonantie in het circuit, etc. Regeleenheden, tellers: .................. Verkeerde metingen, ongewilde werking, verlies van nauwkeurigheid, etc. 13 Te 2 3 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transiënten 1 Transiënte storingen zijn impulsen, die opgepikt kunnen worden door elektrische circuits en welke aan kunnnen worden getroffen op voedingskabels en controle- en signaalingangen van elektrische en elektronische apparatuur. Karakteristieken van transiënten volgens de IEC 2 Belangrijke eigenschappen van deze storingen zijn: - Zeer korte stijgtijd - Pulsduur 3 5 ms 50 ms - Herhalingsverschijning: puls-trein gedurende ongeveer 15 ms - Herhalingsfrequentie: opeenvolgende puls-treinen elke - Lage energieinhoud 300 ms 1.10 Joule -3 - Hoge amplitude van de overspanning ≤ 4 kV Voorbeeld: U Puls t 100 ms Voorstelling in de tijd 5 ms Herhalingsperiode hangt af van de amplitude van testspanning U Puls-trein t 15 ms Lengte van een puls-trein Tijd tussen twee opvolgende puls-treinen 300 ms Te 14 Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht U Spectrale voorstelling 1 ... F0 F1 F2 Frequentie Hz ... Afhankelijk van de aard van de transiënten kan het spectrum breedbandig zijn (0-100 MHz of meer) 2 3 Oorzaak Transiënten worden veroorzaakt door vaak schakelen van mechanische en in het bijzonder elektronische schakelaars. Als een schakelaar schakelt verandert de spanning over de aansluitingen zeer snel van de nominale waarde naar nul en omgekeerd. Dit veroorzaakt plotselinge hoge variaties in spanning (dV/dt), die verder geleid worden door kabels. Belangrijke bronnen Blikseminslag, aardfouten, commutatiefouten inductieve circuits (relaisspoelen, elektroventielen, etc.). Transiënten zijn hoogfrequent «HF» storingen. Ze worden geleid via geleiders, maar worden eveneens eenvoudig verspreid door straling. 15 Te Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Elektrostatische ontladingen 1 De term elektrostatische ontlading staat voor pulsvormige stromen die door een object vloeien, die met de aarde verbonden is. Deze stromen vloeien indien het object direct of indirect in contact treedt met een object, die een hoog potentiaal ten opzichte van aarde bezit. Karakteristieken van elektrostatische ontladingen volgens IEC 1000-4-2 Belangrijke eigenschappen van deze storingen zijn: 2 - Zeer korte pulsstijgtijd - Pulsduur 1 ns 60 ns - Zeldzame aard van het verschijnsel: 1 ontlading - Zeer hoge spanning bij het begin van de ontlading 2 tot 15 kV of meer 3 Voorbeeld: Piek 100 % 90 % Voorstelling in de tijd 1 tot 30 ns 1 tot 60 ns 10 % t 30 ns 60 ns tr = 0,7 tot 1 ns U Spectrale voorstelling ... Breedband spectrum (0 tot 1000 MHz of meer) F0 Te 16 F1 F2 ... Frequentie Hz Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Oorzaak Elektrostatische ontladingen zijn het resultaat van uitwisseling van elektronen tussen materialen of tussen het menselijke lichaam en deze materialen. Dit verschijnsel wordt vermeerderd door de combinatie van synthetisch materiaal en een droge atmosfeer. 1 Belangrijke oorzaken De ontlading kan het resultaat zijn van een oplading zoals bijvoorbeeld een persoon, die over een tapijt loopt (uitwisseling van elektronen tussen persoon en materiaal) of van de kleding van een persoon zittend op een stoel. Ontladingen kunnen zich voordoen tussen een persoon en een object of tussen twee elektrostatisch geladen objecten. 2 Voltage (kV) 16 15 3 Voorbeeld: kantoren zonder luchtvochtigheidsregeling (winter) 14 13 12 11 10 Synthetische materialen 9 8 7 6 Wol 5 4 Anti-statisch materiaal 3 2 Relatieve vochtigheid (%) 1 5 10 20 15 % 30 40 50 60 70 80 90 100 35 % Maximale waarden van elektrostatische spanning, die kunnen worden opgewekt door verschillende materialen. Effecten Het effect van elektrostatische ontladingen van gebruiker naar apparatuur kan variëren van eenvoudige storing tot vernietiging van het apparaat. Elektrostatische ontladingen zijn hoogfrequent «HF» type storingen, die zich vooral verspreiden via geleiding, echter welke ook simpel overgedragen kunnen worden naar andere geleiders door straling. 17 Te Beschrijving EMC verschijnselen Typen van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Storingen in laagspanningsvoeding Spanning: fluctuaties, onderbreking, spanningsdalen, spanningspieken 1 Frequentie: variaties Golfvorm: harmonischen, transiënten, draagstromen Fasen: onbalans 2 3 Vermogen: kortsluitingen, overbelastingen (effecten op de spanning) Deze zijn voornamelijk laagfrequent «LF» type storingen. U ∆U < 10 % ∆U > 3 % ∆U < 10 % ∆U > 10 % t spanningsfluctuatie flikkeren spanningspieken spanningsdalen korte onderbreking Enkele voorbeelden van storingen in de laagspanningsvoeding Te 18 overspanning Amplitude van de variatie 19 ∆U > 10% Overspanning • Per ongeluk (verkeerde aansluitingen) • Schakelen in het middenspanningsnet Typen van elektromagnetische storing pulsvormig lang: 0,3 s - 1 mn permanent: > 1 mn kort: 10 ms - 1 mn • Vernietiging van elektronische apparatuur • Moet absoluut rekening mee worden gehouden bij het ontwerpen van elektronische apparatuur • Meestal geen effect op elektrische apparatuur • Verlies van de voedingsspanning Inschakelen van: (inschakelstromen van 8 - 20 In) • Grote motoren en «vliegende herstart» • Grote transformatoren • Grote condensatorbatterijen bij hoofdverdelers als t ≤ 10 ms --> tijdelijk verschijnsel ∆U = 100% Korte spanningsonderbreking Kortsluiting in laagspanningsvoeding (voedingsonderbreking ten gevolge van uitschakelen van een beveiliging) Inschakelen van: (inschakelstromen van 8 - 20 In) • Grote motoren en “vliegende herstart” • Grote transformatoren • Grote condensatorbatterijen op het hoofdverdeelbord 10% ≤ ∆U ≤ 100 IEC 1000-2-2 Spanningsdal/-dip Spanningsonderbrekingen en -dalen zijn: impuls: < 10 ms kort: 10 tot 300 ms • Uitschakeling van hogesnelheidsrelais; kan ernstige problemen opleveren in de procesbesturing • Voedingsonderbreking (als (U > 30 %) • Verlies van remwerking in motoren • Verzeker een voldoende immuniteit voor PLC, sensoren, etc. • Vergroting van de slip van asynchrone motoren • Schakelen van zware belastingen (starten van zware motoren, elektrische ketels en ovens, etc.) ∆U < 10% (snelle variatie) • Flikkeren van verlichting • Geen effect op de apparatuur Consequenties Spanningspiek • Lasmachines • Zware belastingen, die veelvuldig starten (compressoren, liften, etc) Oorzaak ∆U > 3% 10 ... 500 ms Tijdsduur van de fout Flikkeren Spannings ∆U < 10% fluctuaties (langzame variatie) CEI 38 IEC 1000-3-3 IEC 1000-3-5 Gebruikelijke naam Beschrijving EMC verschijnselen Type Bron Overdracht Te 1 2 3 Beschrijving EMC verschijnselen Type Source Bron Overdracht Bronnen van elektromagnetische storing Schakelen van inductieve belastingen met contacten Schakelelementen met contacten 1 Deze term is van toepassing op onderdelen die ontworpen zijn voor het maken of onderbreken van één of meer elektrische circuits met gebruikmaking van contacten. 2 3 Oorzaak van de storing Het gedrag van het elektrisch contact en de ontstane storing hangt af van de aard van de belasting. Gedrag bij weerstandsbelasting Schakelen van een ohmse belasting wekt weinig of geen storing op. Gedrag bij inductieve belasting L (spoel) Voorbeeld van een inductieve belasting: Elektromagneet van een contactor (spoel), remmen, etc. Te 20 Beschrijving EMC verschijnselen Bronnen van elektromagnetische storing Type Source Bron Overdracht Nominaal bedrijf Een contact die een inductieve belasting voedt zal geen storing genereren in nominaal bedrijf. Schakelen van een inductieve kring Onderbreken van een inductieve kring veroorzaakt de volgende verschijnselen over de klemmen van het contact: 1 - Een grote overspanning welke leidt tot een mogelijke vlamboog en diëlektrische overslag - Gedempte oscillatie van de spanning met een oscillatiefrequentie afhankelijk van de aangesloten inductieve belasting. 2 Spanning over de klemmen van een contact na afschakeling van een inductieve belasting. 3 1 - 10 KV V t 100 - 500 ms 1 - 3 ms Herhaaldelijk overslag door lucht tussen de contacten De afstand tussen de contacten is te groot om een overslag door de lucht te bewerkstelligen Uitschakeling van een 9A~ contactor zonder piekbegrenzing Toepassing in vermogenskringen Het bedienen van een schakelaar, contactor, vermogensschakelaar, etc. in voedingscircuits genereert transiënte storingen. Voorbeeld: schakelen van condensatoren (arbeidsfactor compensatie), afschakeling van een vermogensschakelaar in geval van kortsluiting, enz. Ondanks de amplitude van de geschakelde stromen leiden de verschijnselen, ontstaan door deze handelingen, meestal tot weinig storing. De energieinhoud van deze storing is meestal hoog, echter de schakelpieken worden gekarakteriseerd door vloeiende golffronten (dit wordt veroorzaakt door het afvlakkende effect van kabels en grote tijdsconstante van de belasting, etc). 21 Te Beschrijving EMC verschijnselen Type Source Bron Overdracht Bronnen van elektromagnetische storing Uitgestraalde storingen Spanningspieken variëren van 1-10 kV en vergroten afhankelijk van de snelheid van de openende contacten. Tevens zijn de spanningspieken afhankelijk van de opgeslagen energie in het circuit. Voorbeeld: 1 50 mJ voor een kleine AC contactor 0.2 J voor een kleine DC contactor 10 J voor een grote DC contactor Het frequentiespectrum van de uitgestraalde storing varieert van enkele kHz tot enige MHz. Effecten op de installatie 2 Deze storingen hebben geen effect op conventionele elektrische installaties. Deze storingen kunnen effecten hebben op sommige elektronische circuits: 3 In geleidende vorm Verspreiding van transiënten gesuperponeerd op de voeding. Deze kunnen onjuist ontsteken van thyristoren, triacs, etc veroorzaken en kunnen overschakelen van gevoelige ingangen of zelfs vernietiging van deze bewerkstelligen. Schakelpieken op de voeding ten gevolge van uitschakeling van een 9 A~ contactor In stralende vorm Deze hoogfrequent storingen kunnen storen op een vrijstaand naburig circuit (geleiders in dezelfde kabelgoot, geleiders op een print, etc). Deze storing kunnen ook inkoppelen op telecommunicatie apparatuur (televisie, radio, etc.). Te 22 Beschrijving EMC verschijnselen Bronnen van elektromagnetische storing Type Source Bron Overdracht Schakelen van inductieve belastingen met halfgeleiders Deze term heeft betrekking op alle elektronische componenten, die ontworpen zijn om stromen te voeren en/of te onderbreken door middel van een halfgeleider component in een elektrisch circuit. + + + B B 2 G – Thyristor 1 Transistor IGBT IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor 3 In sommige opzichten zijn deze componenten zeer snelle schakelaars, waarbij sluiten of openen van de schakelaar afhangt van het signaal aangeboden op de stuuringang, namelijk de base of de gate van het betreffende component. Prestatie van de verschillende componenten Indicatie-waarden Thyristor Transistor IGBT Isolatie-spanning (max) 1,6 kV 1,2 kV 1,2 kV Maximaal te geleiden stroom 1,5 kA Schakelfrequentie 3 kHz 23 500 A 400 A (te schakelen) (te schakelen) 5 kHz 10-20 kHz Te Beschrijving EMC verschijnselen Type Source Bron Overdracht Bronnen van elektromagnetische storing Schakelen van inductieve belastingen met halfgeleiders (vervolg) Praktijkvoorbeeld 1 Optredend verschijnsel Het sluiten of openen van een elektrisch circuit veroorzaakt plotselinge wijzigingen van de stroom door of de spanning over de aansluitklemmen van het circuit. 2 Dit resulteert in steile flanken van de spanning (dV/dt) over de aansluitklemmen van het circuit, wat tot storing leidt. U 3 t dv dt Storende signalen Er worden twee typen storingen opgewekt: - laag-frequent harmonischen: 10 kHz... - laag- en hoog-frequent transiënten: tot 30 MHz... Deze treden als geleidings- en stralingsstroring op. Effecten Optreden van storingen in gevoelige apparatuur zoals meetsystemen, radio-ontvangers, telefoons, sensoren, regeleenheden, etc. Te 24 Beschrijving EMC verschijnselen Bronnen van elektromagnetische storing Type Source Bron Overdracht Elektrische motoren Roterende machines Roterende machines (elektrische motoren) vormen een belangrijke bron van geleidings-en stralingsstoring. 1 Voorbeeld: DC collector motor 2 3 Optredende verschijnselen Gedurende normaal bedrijf (motor continu draaiend) hangt de graad van optredende storing af van het toegepaste motortype. • Inductiemotoren (asynchrone motoren) leveren relatief weinig storing op. • Motoren met borstels en collectoren genereren transiënten met grote flanksteilheden (hoge dV/dt) door optredende commutatie. V Spanning over de klemmen van een contact na afschakeling van een inductieve belasting. 1 - 10 KV Motor t 100 - 500 ms 1 - 3 ms Borstel Herhaaldelijk overslag door lucht tusen de contacten. De afstand tussen de contacten is te groot om een overslag door de lucht te bewerkstelligen. DC-commutatie 25 Te Beschrijving EMC verschijnselen Type Type Bron Source Bron Overdracht Overdracht Bronnen van elektromagnetische storing Elektrische motoren (vervolg) 1 Echter asynchrone motoren kunnen wel storing op leveren in geval van: • Magnetische verzadiging van de motor De belasting wordt hierdoor niet-lineair en veroorzaakt harmonischen • Aanlopen van de motor (starten) De hoge aanloopstromen (6 tot 10 maal In) kunnen spanningsschommelingen veroorzaken. 2 Storende signalen 3 - Laagfrequent harmonischen - Schommelingen op de voedingsspanning (spanningsdalen, etc.) - Laag- en hoogfrequent transiënte storingen, mogelijk hoger dan 100 MHz - Elektrostatische ontladingen veroorzaakt door opbouw van elektrostatische energie ten gevolge van wrijving tussen verschillende materialen. Te 26 Beschrijving EMC verschijnselen Bronnen van elektromagnetische storing Type Source Bron Overdracht Fluorescentie verlichting Deze term geldt voor alle verlichting, die werkt volgens het principe van een elektrische boog die wisselend aan- en uitschakelt. 1 2 3 Bron Zelfs wanneer fluorescentie verlichting voorzien is van compensatie, is de opgenomen stroom niet sinusvormig. Opgewekte storing De stroom is rijkelijk voorzien van harmonischen, voornamelijk de 3e harmonische (3 x 50 Hz of 3 x 60 Hz etc.). Storing zal gegenereerd worden over een breed frequentiebereik (0 tot 100 kHz of zelfs 5 MHz). Deze laag-frequent «LF» storingen worden meestal via geleiding verspreid. t Vorm van de opgenomen stroom 27 Te Beschrijving EMC verschijnselen Type Source Bron Overdracht Bronnen van elektromagnetische storing Puntlassen Dit beslaat alle las- en soldeerapparatuur. 1 Principe Puntlassen wordt gerealiseerd door een grote stroom (~ 30.000 A) te voeren door twee delen die aan elkaar moeten worden gelast. De optredende temperatuur is hoog genoeg om de beide delen aan elkaar te bevestigen. 2 I = 30000 A 3 Optredende storingen • Harmonische spanningen: 200 ... 20 kHz • Sterke magnetische velden die storing van inductieve benaderingsschakelaars kunnen veroorzaken. Te 28 Beschrijving EMC verschijnselen Bronnen van elektromagnetische storing Type Source Bron Overdracht Spectraal vergelijk van de verschillende storingen 10 100 1 kHz 10 30 100 MHz 1 GHz 1 Schakelen van een inductieve belasting Motoren 2 Fluorescentie verlichting Puntlassen 3 Gelijkrichters Voedingsspanning schakelen Computers (klokfrequentie) Elektronische snelheidsregelaars Geleide storing Uitgestraalde storing 29 Te Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Identificeren van de koppelingswijzen van de verschillende storingen is een essentieel aspect van een correcte analyse van de EMC verschijnselen. Koppeling: Algemene informatie 1 De koppelweg is de connectie waarmee de EM storingen invloed uitoefenen op gevoelige apparatuur. 2 Storing Bron Gevoelige apparatuur Koppeling 3 S Voorbeeld installatie: g rin to Voeding Elektronica DDP Storing Sto rin g Sto ng ri Motor Storing Z Koppeling door de constructie Te Sensor 30 Parasitaire capaciteit Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Indien gevoelige apparatuur (lage immuniteit) aangesloten is op een voeding, waarop naast deze apparatuur tevens andere uitrustingseenheden zijn aangesloten, kan opgewekte storing van verschillende vermogensonderdelen (motoren, ovens, etc.) over de voedingslijnen naar de gevoelige apparatuur worden geleid. Er bestaat een ander type geleidingskoppeling in massa- en aardcircuits. Massa-aansluitingen zijn allen meestal gekoppeld aan de constructie van de installatie en uiteindelijk verbonden met aarde middels geleiders, die een impedantie ongelijk aan nul bezitten. Dit veroorzaakt een potentiaalverschil tussen massa- en aardaansluitingen en tussen massa-aansluitingen onderling. Deze potentiaalverschillen veroorzaken parasitaire stromen door de verschillende circuits. Koppeling door stralingsstoring kan tevens storingen in naburige apparatuur veroorzaken. 31 Te 1 2 3 Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Geleidingskoppeling Geleidingsstoring wordt geleid door een elektrische geleider, zoals: 1 - Interne voedingsverbindingen of distributie systeem - Besturingsbedrading - Datatransmissielijnen, bussystemen, etc. - Aardkabels (PE, PEN,etc.) 2 - Aarde - Parasitaire capaciteiten, etc. 3 Geleide storing Voedingsnet Apparatuur beïnvloed door storing Distributie-systeem Geleiders Principe Een (gewild of ongewild) signaal kan op twee manieren over een twee geleiders systeem worden verplaatst: - Differential Mode - Common Mode Te 32 Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Differential Mode Differential mode (of seriële) stromen vloeien door één van de geleiders, vervolgens door de apparatuur waar wel of geen storing optreedt en vloeien vervolgens door de andere geleider terug. 1 Elektronica U U = differential-mode spanning Opnemer 2 ;;;; 3 Common mode Common mode stromen vloeien door al de geleiders in dezelfde richting en keren via parasitaire capaciteiten en de massa-aansluitingen terug. 1 Elektronica Opnemer 2 U Cp = Parasitaire capaciteit U Cp U = common-mode spanning 1+ 2 Common-mode storingen zijn over het algemeen het grootste probleem in EMC, omdat de route van deze storing moeilijk te ontdekken is. 33 Te Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Stralingskoppeling Storing in de vorm van straling legt zijn weg af door de omgeving (lucht, etc.). 1 Toepassingsvoorbeeld: Kast 2 "Vermogens"kabel Storende apparatuur Belasting Apparatuur beïnvloed door storing 3 Apparatuur beïnvloed door storing Apparatuur beïnvloed door storing 1 2 "Stuur"kabel (laag niveau) 1 1 0 0 Principe Afhankelijk van de aard van de uitgestraalde storing zijn er twee typen van mogelijke koppeling. - Inductieve koppeling - Capacitieve koppeling Te 34 Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Inductieve koppeling Een stroom I door een geleider wekt een magnetisch veld op rond deze geleider. De stroomsterkte moet voldoende hoog zijn; meestal worden magnetische velden opgewekt door vermogenskabels (met stroomsterkten >10 A). Een veranderend magnetisch veld in een geleiderlus of wikkeling met een oppervlakte S zal een wisselspanning U over de uiteinden van deze lus induceren. 1 Schematische weergave 2 Variërende stroom Geleiderlus Oppervlakte H 3 U Variërend magnetisch veld Capacitieve koppeling Tussen elektrische circuits (kabels, componenten, etc.) en andere naburige circuits (geleiders, massa, etc.) bestaat altijd een bepaalde parasitaire capaciteit. Het variabele potentiaalverschil tussen 2 circuits zal een stroom doen vloeien van de ene naar het andere circuit door het isolatie materiaal (lucht,etc.), waardoor een parasitaire capaciteit gevormd wordt. Deze parasitaire stroom zal toenemen als de frequentie van de spanning over deze parasitaire capaciteit toeneemt. I= U Z Z= 1 Cω I = UC 2Π f k I = kf 35 Te Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Stralingskoppeling (vervolg) 1 ;; d Cp Elektrisch circuit 0v + Massa (Metalen) transportband S 2 Rol U Variabel Constructie 3 Cp = Parasitaire capaciteit De waarde van de parasitaire capaciteit tussen beide circuits is: - Evenredig met de oppervlakte (S) van de tegenover elkaar liggende circuits - Omgekeerd evenredig met de afstand (d) tussen de twee circuits Hoewel de parasitaire capaciteit tussen de cicuits verwaarloosbaar is bij 50 Hz, wordt deze capaciteit belangrijker bij hoge frequentie «HF» en veroorzaakt een niet juist functioneren van de installatie. Te 36 Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Een aantal bronnen van elektromagnetische storing: 1W Klok harmonischen Radio-interferentie ;; ;; Walkytalky ; ; Elektronische uitrusting 1 1m 2 Booglassen 3 Lasmachine Ontdooiapparatuur Elektrische oven Vermogenskabels en zware motoren 37 Te Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Ontkoppelen van storing Isolatietransformatoren Dubbel scherm Primair Enkel scherm 3 Secundair Primeur 2 Secundair Standaard Common-mode scherm 1 Isolatie Symbool Pirmair Transformator BF HF OK Onvoldoende OK Gemiddeld OK Goed TN-S Nul PE Transformatoren Kunnen worden toegepast om de aardingssituatie van de installatie te wijzigen Verzorgen alleen een galvanische scheiding voor lage frequentie «LF» Een transformator met een dubbel scherm is benodigd indien een voldoende galvanische scheiding bij hoge frequentie «HF» vereist is. Blokkeren common-mode stromen en leiden deze af naar aarde Kunnen worden toegepast om aardlussen te onderbreken Uitleg van het verschijnsel = ongewilde stroom Primaire fase Fase Te Fase Nul Nul 38 Secundair Ongewilde storing Verstoorde apparatuur Beschrijving EMC verschijnselen Overdracht van elektromagnetische storing Type Bron Overdracht Transmission Gelijkstroom of lage frequentie «LF» (50 Hz, etc) Primaire/secundaire isolatie weerstand ≥ 10 MΩ Verwaarloosbare parasitaire capaciteit 1 Hoge frequentie «HF» De isolatieweerstand tussen de primaire en de secundaire windingen is kortgesloten door de parasitaire capaciteit tussen beiden. Parasitaire capaciteiten 50 pF voor kleine transformatoren, > 1 nF voor grote transformatoren (> 500 VA). 1 nF levert een impedantie op van 100 Ω bij een frequentie van 2 MHz. 3 Consequenties Een storing van het transiënte type zoals een schakelpiek met korte flanksteilheden kan op deze manier eenvoudig overgezet worden naar de secundaire zijde van de transformator, waar storing van de aangesloten apparatuur kan optreden. Optocoupler Ongewilde storing Verstoorde apparatuur Het verschijnsel is hetzelfde als bij de transformator, hoewel de laagfrequent «LF» impedantie en het hoogfrequent gedrag beter zijn dan bij de transformatoren. 39 2 Te Beschrijving EMC verschijnselen Aarde Type Bron Overdracht Symbool: Voor de strekking van dit document betekent de term aarde alle geleidende, niet-toegankelijke of ondergrondse delen. Hoewel deze definitie niet officieel is, is het hiermee wel mogelijk de aarde en massa-aansluitingen in een installatie beter aan te duiden. 1 Algemene definitie De aarde van onze planeet wordt in sommige elektrische toepassingen als een conventionele «0 V» referentie gebruikt. De elektrische geleidbaarheid (welke sterk varieert) geleidt van nature uit stromen – of wordt door de mens gebruikt om stromen te geleiden – Regels voor een aardaansluiting in elektrische installaties 2 Herinnering Elke stroom, die de aarde intreedt moet deze weer verlaten om terug te keren naar zijn bron. 3 Toepassingen: • Verdeling van de stroom ten gevolge van een directe bliksem-inslag in de aard elektrode (storende elektrostatische ontladingen vanuit de atmosfeer naar de aarde). • Geleiding van stromen tussen twee punten van een transmissie netwerk, die door bliksem in het aardoppervlak geïnduceerd worden. • In een TT systeem vormt de aarde tussen de aard-aansluiting van de voeding en de aard-aansluiting van de installatie, de geleiding voor de lek- of foutstromen van de installatie. • De metalen constructiedelen van de installatie worden eveneens met de aarde verbonden, dit om personen (en dieren) te beschermen tegen elektrische schokken veroorzaakt door indirect contact. Elektrische aardaansluitingen De eisen voor deze aansluitingen (ten behoeve van de bescherming van personen) in het kader van de distributie-systemen in gebouwen staan vermeld in de IEC 364 en IEC 1024. Voor een gegeven installatie is het noodzakelijk een enkele en goede aardaansluiting te hebben. Goede aardaansluiting, omdat de ontladingen van bliksem in sommige gevallen stromen kunnen laten vloeien van 20 to 30 kA in een aarde met een variable weerstand ( 5 tot 10000 Ω.m) zonder grote schade aan te richten aan de aardaansluiting. Een enkele aardaansluiting, omdat de hoge variabele weerstand van de aarde onder deze extreme situaties, hoge vernietigende potentiaalverschillen tussen verschillende aardaansluitingen kan opwekken. Onder normale omstandigheden kunnen tussen verschillende aardaansluitingen ten gevolge van lek- of aardstromen van de installatie, onaanvaardbare storingen ontstaan. Te 40 Beschrijving EMC verschijnselen Aarde Type Bron Overdracht Schematische weergave van aardrangschikking (A) Bliksemafleiding. (B) Vermaasd, ondergronds aardsysteem met speciale aansluitingen aan het eind van de bliksemafleider. (C) Aardgeleider van de installatie aangesloten aan de PE (of PEN) geleiders van de gehele installatie. (D) Met elkaar verbonden geleidende delen van een deel van de installatie, verbonden met metalen structuur of andere vermaasde elementen (E). (E) Overbrugging tussen bliksemafleiders, onderling verbonden geleidende delen en dichtstbijzijnde metalen structuur, dit om vonkoverslag te voorkomen (brandgevaar). A 1 2 A D 3 E F E C B Aarde en elektromagnetische compatibiliteit Zoals reeds vermeld, speelt de aarde een belangrijke rol in het afleiden van bliksemontladingen, echter moeten zwerfstromen door vermogenskabels geëlimineerd worden. Voor andere EMC verschijnselen (zoals transiënten, hoogfrequent «HF» stromen of stralende velden) zullen aardaansluitingen, waarvan de lengte en de oriëntatie (ster netwerk of parallel aan actieve geleiders) een hoge impedantie voor hoge frequenties «HF» vormen, onbruikbaar zijn zonder de toepassing van een systeem van onderling verbonden geleidende delen. 41 Te Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht Symbool: Algemene definitie Massa is een equipotentiaalpunt of -vlak, die dient als referentie voor een circuit of systeem en wel of niet verbonden is met aarde. 1 Opmerking: Een massa-aansluiting, die opzettelijk een specifiek of variabel potentiaal bezit, moet een specifieke isolatie en aansluiting hebben. Specifieke definitie voor elektrische installaties 2 Een massa-aansluiting is elk geleidend deel van het apparaat, uitrusting of installatie, die niet onder spanning staat gedurende normaal bedrijf, maar wel onder spanning zou kunnen staan in geval van een fout. Voorbeelden van massa-aansluitingen (geleidende delen): • metalen constructie van een gebouw (frame, pijpen, etc.). 3 • machine uitrustingen. • metalen schakelkasten, ongeverfde bodemplaten. • metalen kabelgoten. • behuizing van verschillende elementen (transformator behuizing, koellichaam van PLC, etc.). • groen/geel geleiders (PE/PEN) van de aardaansluiting. Massaverbindingen en veiligheid van personen en goederen De eisen van de IEC 364 en de nationale tekst, die gelden voor voor een bepaalde installatie beschrijven de constructiemaatregelen waarmee gegarandeerd voldaan wordt aan de veiligheidseisen. Ongeacht het aardingsstelsel zijn groen/geel, PE-geleiders of veiligheidsaarde, met een gedefinieerde waarde, benodigd voor de verbindingen tussen de massa’s en de aarde zodat: • Bij normaal bedrijf of in een foutsituatie: ==> Grote lekstromen worden uitgesloten (beveiliging van materiaal). ==> Geen gevaarlijke spanning ontstaat tussen 2 massa’s, massa en bodem of metalen constructie (beveiling van personen). • De veiligheid van een installatie gaat boven alles, daardoor mogen onderhoudswerkzaamheden aan de massa-aansluitingen niet tot gevolg hebben dat: ==> de PE geleider losraakt van de massa. ==> een verhoogde impedantie op een PE aansluiting ontstaat. Te 42 Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht Massa’s en elektromagnetische compatibiliteit Rekening houden met HF verschijnselen 1 Systematisch en rigoureus goede verbindingen tussen alle massa’s maken 2 LF en HF equipotentiaal vereffening van massa’s 3 Goed EMC gedrag Correct functioneren van apparatuur in de installatie Laag-frequent «LF» prestaties Voorbeeld: bij de netfrequentie (50 of 60 Hz) Potentiaalvereffening van de massa’s door middel van een groen/geel (PE/PEN) geleider is voor laag-frequent toepassingen voldoende. 43 Te Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht Hoog-frequent prestaties Zoals reeds eerder aangegeven in de paragraaf over aarding speelt de aarde een bescheiden rol in het kader van de EMC verschijnselen. Dit in tegenstelling tot de massa’s in de directe omgeving van elektronische apparatuur, die functioneren als referentie vlak voor hoog-frequent «HF» verschijnselen (als ook voor aspecten bij 50/60 Hz frequentie) vooropstellend dat het probleem van equipotentiaalbinding tussen de verschillende delen is opgelost. 1 2 3 De massa-aansluiting in sterconfiguratie vormen in sommige gevallen hoge HF impedanties tussen twee punten. Dit heeft tot gevolg dat grote lekstromen potentiaalverschillen tussen twee punten opwekken en (in het TN-C systeem) voortdurende stromen in de PEN geleider doen optreden. Hierdoor is het noodzakelijk (zonder afbraak te doen aan de rol van de PE-geleider) om zoveel mogelijk extra verbindingen te maken (middels geleiders anders dan groen/geel), waarvan de doorsnede niet kleiner is dan de kleinste doorsnede van de PE-geleider verbonden met het desbetreffende geleidende deel (massa). Deze verbindingen dienen zo dicht mogelijk bij de aanraakbare geledende delen van schakelelementen, kabelgoten, bestaande of opzettelijk toegevoegde metalen structuren, etc. te worden gerealiseerd. Afscherming, common-mode circuits van filter eenheden, etc zullen op deze worden aangesloten. Een fijnmazig netwerk van equipotentiaalverbindigen tussen de aanraakbare geleidende delen zal ontstaan, waarmee voldaan kan worden aan de EMC eisen. In sommige uitzonderlijke gevallen (geïnduceerde stromen bij netfrequentei, potentiaal verschil, etc.) moet een juiste massa-aansluiting worden gerealiseerd (bijvoorbeeld middels “HF”/”LF”condensatoren, etc.). Lekstromen in de installatie Daar de afstand tussen de massa en het elektrische circuit van een installatie klein is, kunnen door de aanwezige parasitaire capaciteiten tussen beiden ongewenste stromen door apparatuur en geleidende delen gaan vloeien. In sommige gevallen kan dit resulteren in onjuist functioneren van de installatie (uitschakeling van differentiaalbeveiligingssystemen, etc.). Zie hiervoor de paragraaf over koppelmogelijkheden (stralingsstoring, capacitieve koppeling). Te 44 Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht (apparatuur) Cp = parasitaire capaciteit 1 Elektrisch circuit Cp 0v Massa/aanraakbaar geleidend deel + 2 Z Groen/geel geleider 3 Massa’s moeten op de juiste wijze worden verbonden om bij lage frequenties «LF» goede persoonsbeveiliging, etc. te realiseren en bij hoge frequenties «HF» een goed EMC-gedrag te kunnen hebben. Dit kan alleen technisch en economisch realiseerbaar zijn als: - deze zaken reeds in de ontwerpfase van een installatie onder de loep worden genomen. - de HF aspecten van een installatie ook zorgvuldig worden beschouwd. 45 Te Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht Lussen tussen massa’s Een lus tussen massa’s is het oppervlak ingesloten tussen de verbindingsdraden van de massa’s. ; ; 1 Kast 2 Lus 3 Apparaat Machine Lussen tussen massa’s zijn het resultaat van systematisch verbindingen plaatsen om potentiaalvereffening in een installatie te realiseren. Het is van zeer groot belang om een groot aantal verbindingen tussen de massa’s te hebben om hiermee het oppervlak van de lus zoveel mogelijk te verkleinen. Te 46 Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht ;;;; ;; ;;; ;;; Massalussen Een massalus is het oppervlak ingesloten door functionele kabels (voedings-, stuur- en communicatiekabels, etc.) en de massa in de direkte nabijheid. Kast Kast Voedingskabel Apparaat ;; Apparaat S2 Stuurkabel Voedingskabel S1 S3 1 Machine 3 Machine Het aantal massalussen is gelijk aan het aantal functionele kabels. Het is van groot belang het oppervlak van deze massalussen te verkleinen. Dit is mogelijk door de kabels over hun gehele lengte zo dicht mogelijk langs de massa te voeren. De massalussen zijn de voornaamste bron van EMC problemen, koppeling van uitgestraalde storing is in deze lussen zeer effectief. 47 2 Te ; ;;; ; ; ;;; Beschrijving EMC verschijnselen Massa Type Bron Overdracht Vermijd aarding van de geleidende delen in stervormige configuratie ;; ; ; Kast Kast 1 2 Z Grote oppervlakten van massalussen Storende kabel 3 Kast Storende kabel Kast U hoog Grote lengte Laag-signaal kabel Z Z Hoge gemeenschappelijke impedantie Het is van groot belang om aarding in stervorm te vermijden. Slechts een systematische en correcte onderlinge verbinding van de massa’s kan leiden tot een goede «HF» potentiaalvereffening. Te 48 Beschrijving EMC verschijnselen Kabels Type Bron Overdracht Frequentie afhankelijk gedrag van een geleider Het niveau van EMC in een installatie is afhankelijk van de koppeling tussen de verschillende circuits van de installatie. De koppeling tussen de verschillende circuits hangt direct af van de impedantie tussen de circuits. De gebruikte geleiders en hun ruimtelijke positie hebben een doorslaggevende invloed op het elektromagnetische gedrag van de installatie. Impedantie 100 Ω 10 Laagfrequent bereik 1Ω 100 1 mm 2 18 10 mΩ 1 35 mm 2 0,5 2 3 Hoogfrequent bereik 2,5 mm 2 7 ;; ;; ;; ; 0,1 mΩ Frequentie 0 Hz 0 Hz kHz 10 100 50 1 80 10 MHz 100 1 10 Karakteristieke impedantie van een elektrische geleider met lengte L = 1 meter Bij 100 kHz hebben twee geleiders van 1 mm2 , die parallel gepositioneerd zijn een lagere impedantie dan een 35 mm2 geleider ==> voordeel van getwiste geleiders. 49 1 Te Beschrijving EMC verschijnselen Kabels Type Bron Overdracht Laag-frequentie «LF» prestaties Bij lage frequentie, wordt de stroom gevoerd door de gehele geleiderdoorsnede, bij hoge frequentie wordt het zogenaamde “skin effect“ van doorslaggevende aard. Dit “skin effect” betekent dat de hoogfrequente stroom alleen gevoerd wordt door het buitenste oppervlak van de geleiderdoorsnede. Bij lage frequentie «LF» (50 Hz - 60 Hz) speelt de doorsnede van de geleider een belangrijke rol. Hoog-frequentie «HF» prestaties 1 Bij hoge frequentie «HF» (F > 1... 5 MHz ...) - De omtrek van de geleider speelt een belangrijke rol (skin effect) - De doorsnede van de geleider is relatief onbelangrijk 2 3 - De lengte van de geleider is doorslaggevend (a) (c) (b) Z1 Z3 Z2 Z4 (d) De verschillende situaties: a: Z1, kabel in de lucht (inductantie per lengte-eenheid : L 1 H/m. b: Z2, kabel gemonteerd op een metalen vlak. c: Z3, metalen raster met kontakt bij elk kruispunt(b.v. betonijzerraster). d: Z4, metalen plaat. Voor een vastgestelde bepaalde lengte geldt dat de verschillende impedanties als volgt variëren Z1 >Z2 >Z3 >Z4 Te 50 Beschrijving EMC verschijnselen Kabels Type Bron Overdracht Lengte en doorsnede van een geleider De impedantie van een geleider hangt voornamelijk af van de inductantie per lengte en uiteraard de lengte van de geleider. De inductantie begint een doorslaggevende rol te spelen boven 1 kHz, in het geval van een standaard kabel. 1 Dit betekent dat voor een geleider van enkele meters de impedantie als volgt is: - enkele milliohms voor gelijkstroom of lage frequentie «LF» - enkele ohms bij 1 MHZ - enkele honderden ohms bij hoge frequentie «HF» ( 100 MHz) 2 Als de geleider langer is dan 1/30 maal de lengte van de golflengte van het te geleiden signaal, zal de impedantie van de geleider tot oneindig zijn genaderd. 3 ==> De installatie werkt dan net alsof er geen geleider aanwezig is. L (m) λ λ 30 λ : golflengte van het te geleiden signaal F 300 F(MHz) ==> : frequentie van het signaal in MHz Een geleider is als waardeloos te beschouwen als 51 L L L 10 F(MHz) : lengte van de geleider in meters 10 . Voorbeeld: varkensstaart/“pigtail” F(MHz) Te Beschrijving EMC verschijnselen Kabels Type Bron Overdracht Het antenne-effect van een geleider Geleiders werken als antennes waarop uitgestraalde storingen kunnen inwerken. Deze geleiders kunnen ook storing uitzenden, als door de geleider een hoogfrequente stroom vloeit. 1 Elektrisch veld E Magnetisch veld H 2 Lus = “ontvang” antenne Lus = “zend” antenne Geleider = “ontvang” antenne Geleider = “zend” antenne 3 Lengte van antennes Het antenne-effect wordt groter als de geleiders een specifieke lengte in relatie tot de golflengte van het uigestraalde signaal heeft. 1 L= λ 4 de zogenaamde “kwart-golflengte” antenne 75 L (m) Voorbeeld: F= 100MHz F(MHz) L ==> aangepaste antenne 75 = 0,75 m 100 Bij deze frequentie (100 MHz) zal een geleider met lengte L > 0.75 meter een effectieve antenne worden. 2 Te L= λ 2 de zogenaamde “half-golflengte” antenne 52 Beschrijving EMC verschijnselen Kabels Type Bron Overdracht Groen/geel, PE/PEN geleider In oudere installaties, waarin geen rekening is gehouden met hoogfrequent verschijnselen, is de lengte van de groen/geel geleiders zodanig dat: ==> laagfrequent «LF» , effectief wordt bijgedragen aan de beveiliging van de installatie (IEC 364, etc.). ==> hoogfrequent «HF», voor potentiaalvereffening de geleider (L > 1 - 2 m) geen rol speelt en hierdoor ook geen positieve bijdrage heeft voor de totale EMC. 1 2 3 Verbinding tussen massa’s Het is van doorslaggevend belang systematisch juiste verbindingen te maken tussen alle massa’s om een HF equipotentiaal verbinding te realiseren. ==> Als de lengte van de verbindingsgeleider te lang is ( L > 10/F (MHZ) ) zal de installatie “zweven”, potentiaalverschillen tussen de verschillende onderdelen zullen ongewenste stromen doen vloeien. 53 Te Beschrijving EMC verschijnselen Filters Type Bron Overdracht Functie van een filter 1 De functie van een filter is om het bruikbare signaal door te laten en het onbruikbare deel van een uitgezonden signaal te onderdrukken. Geschikt filter U ingang 2 Verzonden signaal = bruikbaar + onbruikbaar signaal U uitgang Verzonden signaal = bruikbaar signaal 3 Toepassingsgebied: • Harmonische filters, F ≤ 2, 5 kHz • RFI filters (geleide radio-frequentie storing) F ≤ 30 MHz Plaatsing van filters: • Ingangsfilters Voorbeeld: harmonische filters, RFI filters Te Ingangsfilter Storend circuit 54 Machine Voedingsnet Deze filters beschermen het voedingsnet tegen storingen, die worden opgewekt door het aangesloten apparaat. Beschrijving EMC verschijnselen Filters Type Bron Overdracht Het te beschermen circuit Ingangsfilter Machine Voedingsnet Ingangsfilters kunnen ook apparatuur beschermen tegen storingen afkomstig van het voedingsnet. 1 • Uitgangsfilters 2 Voorbeelden : sinus-filters Deze uitgangsfilters beschermen de belasting tegen storingen afkomstig van het apparaat. Voedingsnet 3 Storende circuit Uitgangsfilter Het te beschermen circuit Verschillende typen filters Type filter: • Differential-mode filter • Common-mode filter • Gecombineerde filters, die common-mode en differential-mode filteren De technologie • Passieve filters • Actieve filters 55 Te Beschrijving EMC verschijnselen Filters Type Bron Overdracht Het principe van passieve filtering = aanpassen van de impedantie - Blokkeren van storingen: serie inductantie (Z = Lω) - Afleiden van storingen: parallel condensator Z= 1 Cω - Beiden gecombineerd: 1 L Ingang Uitgang C Filter Storende stroom : 2 - Verbruik van de energie van de storing: ferrietkern Passieve filtering in “differential-mode” 3 u Uitgang C Ingang Uitgang Ingang Filter u Differential-mode in storende stroom Passieve filtering in “common-mode” u C u C Common-mode storende stroom Uitgang Ingang Ingang Uitgang Filter u u In differential-mode heffen de twee spoelen elkaar op, omdat ze in tegengestelde richting op één kern zijn gewonden. Het principe van actieve filtering • Alleen bruikbaar om harmonischen uit te filteren. • Wekt een signaal op die een toevoeging is op het storende signaal, waardoor uiteindelijk weer een sinusvormig signaal wordt gevormd. Te 56 Beschrijving EMC verschijnselen Ferrietkernen Type Bron Overdacht Deze filters zijn hoogfrequent common-mode filters. Ferrietkernen bestaan uit materiaal, dat een hoge magnetische permeabiliteit (µr ) bezit. Voedingsnet 1 /2 U /2 Paracitaire capaciteit Belasting 2 Paracitaire capaciteit 3 : common-mode storende stroom Ferrietkernen maken gebruik van twee filterprincipes • common-mode inductantie ( zie filter paragraaf) • -Opname van energie (verhoging van de temperatuur), die opgewekt wordt door HF common-mode storing. Deze beide principes leiden tot een common-mode impedantie waarvan de effectiviteit afhangt van de verhouding tot de de impedantie van het te beschermen circuit. 57 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 1 Bereiken van EMC in een installatie HOOFDSTUK 2 ;;;;; BEREIKEN VAN 1 ELEKTROMAGNETISCHE 2 COMPATIBILITEIT 3 IN EEN INSTALLATIE REGELS VAN DE KUNST 1 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 2 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voorwoord Het ontwerp, productie, modificatie of onderhoud van apparatuur begint altijd met een analyse bedoeld om : - de karakteristieken van de benodigde materialen en componenten te definiëren. 1 2 - de mechanische en elektrische eisen vast te stellen om de gewenste functie te kunnen uitvoeren. Bij zo’n analyse wordt rekening gehouden met de technisch-economische haalbaarheid. Uit dit oogpunt is het aan te raden reeds in de ontwerpfase rekening te houden met de elektromagnetische compatibiliteit van een installatie. 3 Dit is de beste garantie tegen onjuist functioneren en als gevolg hiervan kostenopdrijvende factoren. Het opzettelijk vergeten van EMC-aspecten tijdens de analyse van een product kan onmiddelijke kostenreductie van enkele procenten van de totale kostprijs opleveren (EMC-specialisten beweren dat de extra kosten 3 - 5 % bedragen) Echter hierdoor dienen dan achteraf aanpassingen te worden gerealiseerd. De kosten van deze aanpassingen zijn vaak hoger en vergen meer tijd. Door deze aanpassingen zullen langere levertijden ontstaan en uiteindelijk ontevredenheid bij de klant doen opwekken. Te 2 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 3 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; De EMC procedure De EMC procedure moet allesomvattend zijn Juist functioneren van een installatie hangt af van een goed ontwerp, de juiste keuze en op juiste realisatie van alle schakels binnen deze installatie. 1 Onafhankelijk van de levenscyclus van een installatie, de “regels van de kunst” moeten serieus en systematisch worden toegepast. 2 dig C EM - Verbindingen - Ka tuur be ara l go p te Ap n ar lwa vo 3 -M as sa -“ Re ge ls va nd ek u ns t” l telse oms Stro e rd Aa De interpretatie van EMC in het algemeen en hoogfrequent aspecten in het bijzonder is vrij ingewikkeld. Oplettendheid is daarom geboden; men moet niet vergeten dat voor EMC geen wonder antwoorden/ oplossingen en universele waarheden bestaan. Elke installatie verlangt specifieke inspanning en actie. Door het toepassen van de “regels van de kunst” ontstaat de grootst mogelijke kans, een juist functioneren van een installatie te realiseren. 3 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 4 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; De EMC procedure Ontwerpen van een nieuwe installatie of een uitbreiding 1 VAN TOEPASSING ZIJNDE NORMEN 2 ANALYSEREN DEFINIËREN 3 De omgeving • extern (openbaar voedingsnet, plaats, etc.) • intern (gebouw, machine, installatie, etc.) De voorwaarden verbonden aan de plaats en de toepassing VASTSTELLEN De EMC producten en accessoires, die voldoen aan de voorwaarden (specificaties, etc.) VASTLEGGEN De benodigde aansluitvoorwaarden om een juist EMC gedrag te bereiken (voorzorgsmaatregelen, etc.) REALISEREN De montage moet strikt geschieden volgens de aangegeven montagevoorschriften CONTROLEREN Controleer of de installatie juist functioneert en juist is geïnstalleerd. EVENTUEEL METEN VERBETEREN Te • Algemene normen • Product(familie) normen Indien de normen dit vereisen. Indien nodig. 4 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 5 Bereiken van EMC in een installatie De EMC procedure ;;;;; Onderhoud van een installatie of EMC onderhoud is een eenvoudige activiteit echter moet wel goed georganiseerd, gepland en zorgvuldig uitgevoerd worden. TRAINEN Elektriciëns en installateurs moeten letten op zaken met betrekking tot afscherming, aansluitverschijnselen, massaverbindingen, etc. ANALYSEREN Analyseer de gevolgen van elke wijziging of vervanging van een product in het systeem of de omgeving. CONTROLEREN Opzetten van preventieve inspectieschema’s om begrenzers (limiters), varistors, aansluitingen te controleren en aardpunten, weerstanden, etc te testen. NOTEREN Vastleggen van alle werkzaamheden in een machineonderhoudsboek, rapporteren van defecten tezamen met de correctieve actie(s). Uitvoering van deze vier regels levert voordelen op voor een onderneming, die verder strekken dan alleen EMC. Houd in gedachten dat een eenvoudige vermindering van een elektrische verbinding (roest, vergeten afscherming aansluiten, bevestiging van kabelgoten) al voldoende is om de EMC prestaties van een installatie serieuse schade toe te brengen. Verbeteringen aanbrengen in een installatie, uitbreiden van een machine, etc. De benadering van uitbreidingen of verbeteringen moet dezelfde zijn als die toegepast in de ontwerpfase. Het is van groot belang uitgebreide documentatie van elke wijziging te hebben om onderhoud en wijzigingen te vereenvoudigen. Onafhankelijk van de levensduur van een installatie moeten “de regels van de kunst”, die verderop worden aangegeven, grondig en zorgvuldig worden nageleefd. 5 Te 1 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 6 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; De EMC procedure Verbeteringen aan een bestaande installatie De oorzaak van elke storing moet worden gevonden en geanalyseerd. 1 INFORMATIE VERGAREN, LUISTEREN Vergaren van informatie van betrokken personen, in het bijzonder van bedienend personeel 1 De betreffende apparatuur Een precies inzicht van het probleem verkrijgen 2 IDENTIFICEREN 2 De storende bron Aannamen doen over de amplitude van de storing. 3 Koppelingswijzen van de storing bepalen. 3 RAADPLEGEN Deze praktische handleiding raadplegen om de verschillende verschijnselen en problemen te begrijpen. PRIORITEITEN DEFINIËREN Probeer de belangrijkste stoorbronnen als eerste te verhelpen. Voer eerst de maatregelen uit die geen grote wijzigingen of machinestilstand met zich meebrengen. Behandel de storingsbronnen één voor één totdat de laatste is opgelost. ACTIES DEFINIËREN VERBETERINGEN AANBRENGEN Inspecteer de installatie, bekijk zorgvuldig de belangrijke punten en beschrijf de verbeteringsmaatregelen. Voer acties één voor één uit. Resultaten kunnen in het begin niet duidelijk zijn en kunnen eventueel alleen slechter worden, maar blijf volharden. Tracht nooit een verbeteringsmaatregel te verwijderen. Een maatregel kan alleen worden verwijderd na het bereiken van een gewenst resultaat en alleen indien deze maatregel daadwerkelijk een negatieve invloed heeft op de installatie. Meestal komt men dan tot de vaststelling, dat maatregelen welke overbodig bleken bij aanvang, actief ingrijpen op de goede werking van het geheel. Indien de fout niet reproduceerbaar is of indien zich serieuse problemen voordoen, kan de assistentie van een EMC-specialist uitkomst bieden. Te 6 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 7 Bereiken van EMC in een installatie De regels van de kunst ;;;;; Veranderingen in technologie en techniek maken het mogelijk om producten en machines, etc. met groot prestatievermogen te ontwerpen en te produceren. Deze veranderingen gelden uiteraard ook voor aansluitvoorwaarden en de hiervan in het verlengde liggende adviezen. De regels van de kunst beslaan alle onderwerpen waar rekening mee moet worden gehouden om apparatuur en installaties op bevredigende wijze te installeren. Zich houden aan de regels van de kunst resulteert in een belangrijke verlaging van kosten verbonden aan de meest bekende EMC problemen. KEUZE VAN COMPONENTEN Laagfrequent (LF) verschijnselen 1 2 Hoogfrequent (HF) verschijnselen • Beveiligingssystemen • Equipotentiaalverbindingen • Filtering • Zorgvuldige plaatsing van kabels • Lengte van de kabels • Keuze van kabels 3 • Aangepaste HFverbindingen • Afscherming van de kabels • Kabelgoten • Lengte van de kabels Beveiliging van doorslaggevend belang Montage van doorslaggevend belang Betreffende onderwerpen: • Aardingssysteem..................blz. 8 • Voeding ................................blz. 18 • Kast ......................................blz. 26 • Kabels ..................................blz. 32 • Bekabelingsregels ................blz. 36 • Kabelbanen ..........................blz. 44 • Verbindingen ........................blz. 52 • Filters....................................blz. 56 • Overspanningsbegrenzers ...blz. 60 • Ferrietkernen ........................blz. 62 7 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 8 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Aardingssysteem Introductie 1 Laag- en hoogfrequent potentiaalvereffening van verschillende geleidende delen is een gouden regel in EMC LF en HF potentiaalvereffening van het geheel 2 ==> d.m.v. juiste aansluitingen Lokale LF en HF potentiaalvereffening ==> 3 d.m.v. verbindingen tussen de verschillende massa’s en indien nodig, een specifiek referentievlak, etc. Systematische verbinding tussen alle metalen structuren, rekken, aardgeleiders onderling. Verbindingen Zie ook paragraaf <<Verbindingen>> verderop in dit hoofdstuk ==> Zorg vooral voor schone verbindingen voor goede LF en HF prestaties en voor een lange levensduur. ==> Direct metaal-op-metaal verbinding (geen geleider) door middel van moer bevestiging. ==> Verbinding met brede metalen strip of elke andere korte brede verbinding. Vergeet niet te letten op verf en andere bescherming die bestaat uit isolerend materiaal Te 8 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 9 Bereiken van EMC in een installatie Aardingssysteem ;;;;; Gebouw 1 Vermogensbord Laagspanningsbord 2 Vermogenskabelgoot Laagsignaal kabelgoot Laagsignaal kabelgoot 3 Vermogenskabelgoot Aardingskanaal Betonwijzer 5m Structuurverbinding van de massa 9 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 10 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Aardingssysteem Gebouw (vervolg) LF en HF potentiaalvereffening van een lokatie 1 ==> Zorg voor een aardvlak en een aardingskanaal voor elke verdieping (maasnetwerk van betonijzer in het beton, verhoogde vloer met maasnetwerk van kopergeleiders, etc). 2 3à5m 3 Te ==> Verbind alle metalen delen van het gebouw aan het aardsysteem (stalen frames, betonijzer structuren, metalen buizen en pijpen, kabelgoten, conveyors, metalen deuren, roosters en raamkozijnen, etc.) ==> Het verdient aanbeveling om een fijnmazig aardvlak te ontwerpen en te realiseren in een omgeving waar gevoelige hardware wordt ondergebracht (dataprocessing, meetsystemen etc.) ==> Etc. 10 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 11 Bereiken van EMC in een installatie Aardingssysteem ;;;;; Uitrusting/machine Lokale LF en HF potentiaalvereffening van een apparaat of machine 1 ==> Verbind alle metalen delen van een apparaat aan elkaar (kast, aardvlak in de kast, kabelgoten, pijpen en buizen, metalen constructie en machine constructies). ==> Indien noodzakelijk aardgeleiders toevoegen om verbindingen tussen massa’s te verbeteren. Beide zijden van een niet-gebruikte geleider in een kabel moeten verbonden worden met de constructie. ==> Verbind deze lokale constructie aarde aan het aardsysteem van de locatie door gebruik te maken van zoveel mogelijk verbindingen. 11 Te 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 12 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Aardingssysteem Kast Zie ook de paragraaf <<Plaatsen van componenten>> verderop in dit hoofdstuk. 1 LF en HF potentiaalvereffenning van een kast en haar componenten ==> Elke kast moet een aardvlak als grondvlak van de kast hebben. 2 Waak voor geverfde grondplaten of andere isolerende bescherming. 3 Te ==> Alle geleidende metalen delen van een component of apparaat in een kast moeten direct verbonden zijn met het aardvlak. Dit om HF kwalitatieve en langdurige metaal-metaal verbindingen te realiseren. ==> Door de meestal buitensporige lengte van de groen/geel aarde geleider, kan deze geleider over het algemeen geen HF kwalitatieve aarding realiseren. 12 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 13 Bereiken van EMC in een installatie Aardingssysteem ;;;;; Elektrische verbinding 1 PE - PEN ;;; ;;; ;;; ;;; Strip L Groen/geel geleider L <3 l 2 Gevlochten strip, litze 3 l Potentiaalvereffening-DoorverbindingenContinuïteit- IEC 364 veiligheid 13 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 14 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Aardingssysteem Verbindingen tussen massadelen -- KAST -- 1 2 HF 1 "varkenstaart" 2 3 3 ; ; 1 LF - HF Litze Potentiaalvereffening - Doorverbindingen Continuïteit - IEC 364 veiligheid Te 14 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 15 Bereiken van EMC in een installatie Aardingssysteem ;;;;; Verbindingen tussen massadelen -- KAST -- PE EMC 1 LF - HF Geverfde grondplaat 2 Zorg voor metaalmetaal contact ; ;;; HF verf 3 Lange PE verf HF L < 10 cm Potentiaalvereffening - Doorverbindingen Continuïteit - IEC 364 veiligheid 15 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 16 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Aardingssysteem Verbindingen tussen massadelen -- INSTALLATIE -- 1 2 3 Te Potentiaalvereffening - Doorverbindingen Continuïteit - IEC 364 veiligheid 16 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 17 Bereiken van EMC in een installatie Aardingssysteem ;;;;; Verbindingen tussen massadelen -- INSTALLATIE -LF - HF Gelaste litze/ bandverbinding ; ; 1 2 LF - HF 3 Potentiaalvereffening - Doorverbindingen Continuïteit - IEC 364 veiligheid 17 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 18 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Doel Hoge kwaliteit van de voeding en een grote mate van beschikbaarheid waardoor een juist functioneren van de installatie wordt bereikt. 1 Het voedende net is een verbinding tussen verschillende elektrische eenheden. - Laagspanningsnet en afnemers - Middenspanningsnet en industriële afnemers 2 - Binnen een installatie tussen algemene circuits en de verschillende afgaande circuits 3 Publiek voedingsnet Voeding Installatie/ machines Algemene regel : • Filter het voedende net Een juist afgesteld industrieel filter is geschikt. • Plaats begrenzer Plaats deze componenten welke storing gedurende nominaal bedrijf kunnen veroorzaken uit de omgeving van gevoelige apparaten. Te 18 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 19 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Analyse Binnenkomend op de voeding Identificeer mogelijke stoorbronnen en bepaal het type storing (aard, intensiteit, frequentie, etc.) welke de voeding kunnen beïnvloeden. Uitgaand van de voeding 1 Identificeer de verschillende te voeden onderdelen en bepaal het type storing dat deze onderdelen kunnen geven aan de voeding. Schat de effecten en mogelijke consequenties in, van deze storingen op de stroomvoorziening van de installatie. 2 - Aanvaardbare of onaanvaardbare gevolgen (continu/met tussenpozen) - Relevantie en kosten van het effect van de storing 3 - Installatiekosten - Verwachte beschikbaarheid en betrouwbaarheid etc. Technische specificaties Na het definiëren van de technische specificaties voor voeding: 1- Aanschouw de door de fabrikant geleverde technische gegevens van de voeding karakteristieken van immuniteit, emissie, filterering, common mode storing, etc. 2- Bevestig in het geval van op klant specifikatie gemaakte voeding (transformator, specifieke voeding, etc) de prestaties van de voeding op het moment van afleveren. 3- Omschrijf de technische gegevens van de te ontwerpen voeding en controleer de karakteristieken vóór deze voeding inbedrijf te stellen. Isolatie door transformator (zie paragraaf <<Isolatietransformatoren>> in hoofdstuk 1 onder “Overdracht van elektromagnetische storing”) 19 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 20 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Stroomstelsels Het stroomstelsel geeft de elektrische verbinding van de nul en de massa ten opzichte van de aarde. 1 Voor laagspanning installaties geldt: Eerste letter : verbinding van de nulleider aan aarde 2 T= nulleider direct verbonden met aarde I= nulleider verbonden met aarde over een grote impedentie Tweede letter : verbinding van de massa aan aarde 3 T= massa direct verbonden direct aan een separate aarde N= massa verbonden met de aarde via de nulleider TN systeem : Dit systeem is verdeeld in twee groepen: TN-C, TN-S TN-C : De aarde PE en Nul (N) geleiders zijn gecombineerd en vormen een enkele PEN geleider TN-S : De aarde(PE) en Nul (N) geleiders zijn afzonderlijik en beide geaard Bij de keuze van een stroomstelsel gaat de veiligheid van personen altijd boven functionele aspecten. Te 20 21 Slecht Goed – Zorg voor een goede bliksemafleiding (bij open-lucht distributie). – Uitrustingen met hoge lekstromen welke zich stroomafwaarts van de aardlekautomaat moeten worden geïdentificeerd Zeer goed Goed Niet toepasbaar bij gebruik van een common mode filter Slecht Zeer goed Aanbevolen ten behoeve van de veiligheid vanwege afwezigheid van een vlamboog Goed – Het is raadzaam om de installatie op te splitsen om lange installatie een apparaat – Hoge foutstromen in kabels en aardlekPE (geïnduceerde bevat welke harmonistromen te beperken storing) schen opwekt – TN-stelsel op de – Eén enkele aarding tweede fout Vloeien van storende - Uitrustingen met hoge lekstromen welke zich stromen in de massa stroomafwaarts van delen de aardlekautomaat Stralen van EMC stomoeten worden geïring door de PE. Niet dentificeerd aanbevolen indien de Goed Verboden in gevaarlijke omgevingen Goed De PE geleider is niet langer het enige referentiepotentiaal voor de installatie. Slecht Extreem hoge stromen Differentiaalbeveiliging in PEN geleider die kA 500 mA te boven kunnen gaan Slecht Voeding EMC prestaties Vermogensbeschikbaarheid Gevaar voor apparaten IT Waarborg een goede continuïteit van de PE geleider als de installatie wordt uitgebreid. Goed TN-S 12:51 Brandgevaar Goed Aardlekautomaat is verplicht TN-C 17-09-2003 Beveiliging van productiemiddelen Persoonsbeveiliging Goed TT TELME 477 EMC-H2 Pagina 21 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Stroomstelsels: EMC prestaties Te 1 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 22 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Stroomstelsels: EMC prestaties (vervolg) Nul geaard over een impedantie of geen verbinding T I TT Massa direct aan aarde JA NEE JA JA JA T IT CPI Waarschuwing Te PEN Opmerking In een TN-C stelsel, mag de PEN 1: geleider (combinatie nul en PE), nooit onderbroken worden. In een TN-S stelsel, als ook in andere stelsels, mag de PE geleider nooit onderbroken worden. Opmerking Binnen het TN-C stelsel gaat de 2: “beschermende” functie van de PEN geleider boven de “nul” functie. Een PEN geleider moet altijd direct verbonden worden aan de aardklem en verbindinding tussen aarde en nul moet hiervan uit gerealiseerd worden. N TN-S N PE 22 Opmerking De TN-C en TN-S stelsels kunnen in 3: dezelfde installatie gebruikt worden. Het is hierbij verplicht dat het TN-C stelsel stroomopwaarts ligt van het TN-S stelsel. Het TN-S stelsel is verplicht voor kabel doorsneden < 10 mm2 CU of, 16 mm2 Al of voor flexibele kabels. met accoord van energieleverende instantie TN-C Massa via nul verbonden met aarde Massa's van de installatie 3 JA JA met accoord van energieleverende instantie 2 Eigen HS/LStransformator 1 Nulleider direct verbonden met aarde Voeding Direct, LS systemen Eerste letter (verbinding van de nulleider) JA TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 23 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Noodzakelijk onderhoud Onderbreking Beveiligingsinrichting op Opmerkingen 1 1e fout • De amplitude van de aardlekstroom wordt begrensd door de Aardlekbeveiliging toepassen in de • hoofdverdeler • en/of op elke afgaande verbinding (horizontale selectiviteit) aardweerstand (enkel tientallen ampères) • Verbinding tussen de massa’s en de aarde door middel van de PE geleider welke onafhankelijk is van de nul geleider. NEE • Geen eisen gesteld aan de continuïtiet van de nul geleider • Uitbreidingen uitvoerbaar zonder berekeningen van de geleiderlengte Periodieke controle • Meest simpele oplossing bij het ontwerp van een installatie 2 • De amplitude van de foutstroom van de eerste isolatiefout kan geen gevaarlijke situatie veroorzaken (tientallen mA) NEE 2e fout JA Noodzaak tot toepassen van isolatiebewaking Tussenkomst onontbeerlijk om de eerst optredende fout op te lossen • De amplitude van de foutstroom van een dubbele isolatiefout is hoger • Massadelen zijn middels PE geleider geaard goed gescheiden van de nulleider • Een enkele isolatiefout veroorzaakt geen gevaar of storing • Een isolatiebewaking (CPI), welke tussen nul en aarde is gesitueerd, • Bedrijfscontinuïteit Opwarming van kabels in verzekerd geval van na de eerste fout => TN-stelsel • • • 2e fout • NEE 1e fout Verboden • Onderzoek naar afschakeling moet • worden verricht: - in de ontwerpfase door middel van berekeningen - bij inbedrijfstellen - periodiek (elk jaar) door middel van metingen Onderzoek naar afschakeling moet worden verricht bij elke wijziging of uitbreiding van de installatie. dient te worden toegepast. Signaleren van een isolatiefout is verplicht, deze fout dient te worden verholpen. Afschakeling van een dubbele isolatiefout zal geschieden door een overstroombeveiliging. Controle op afschakeling na een dubbele isolatiefout. Deze oplossing waarborgt een optimale continuïteit van het proces. Er dient een isolatiebewaking fase/massa worden toegepast voor spanning hoger dan de samengestelde spanning (geval van de eerste fout) Overspanninsbegrenzer zijn onmisbaar • De verschillende massa’s zijn op zich verbonden met de PEN geleider welke op zijn beurt aan aarde is gelegd. • Hoge amplitude van foutstroom, waarbij verhoogde kans op storing en brandgevaar aanwezig is (kortsluitstromen tot kA mogelijk) • Gecombineerde nul- en aardgeleider (PEN) • Het voeren van nulstromen in verschillende massadelen • veroorzaken brand en spanningsdippen welke storingen veroorzaken in gevoelige medische apparatuur, dataverwerkingsen telecommunicatieapparatuur Afschakeling van een enkel isolatiefout zal geschieden door een overstroombeveiliging • De verschillende massa’s zijn op zich verbonden met de PEN geleider welke op zijn beurt aan aarde is gelegd. NEE 1e fout • Hoge amplitude van foutstroom, waarbij verhoogde kans op storing NEE • Onderzoek naar afschakeling moet echter voor kringen met lange geleiders zal een aardlekbeveiliging noodzakelijk zijn. • worden verricht: - in de ontwerpfase door middel van berekeningen - bij inbedrijfstellen - periodiek (elk jaar) door middel van metingen Onderzoek naar afschakeling moet worden verricht bij elke wijziging of uitbreiding van de installatie. en brandgevaar aanwezig is (kortsluitstromen tot kA mogelijk) • Separate nul- en aardgeleider • Afschakeling van een enkele isolatiefout zal geschieden door een • 23 overstroombeveiliging. Het gebruik van een aardlekbeveiliging wordt aanbevolen om personen tegen indirecte aanraking te beveiligen, in het bijzonder in eindverdelers waarin de circuitimpedantie niet te controleren is. Het is moeilijk de goede werking van de beveiliging te testen. Het gebruik van een differentieelinrichting lost dit op. Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 24 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Verdeling in de installatie Sluit de voeding van onderdelen in een ster configuratie beginnende bij de voedingsbron. Voedingsnet 1 Storende bron Gevoelige apparatuur 2 Voedingsnet Storende bron d Gevoelige apparatuur 3 d= afstand tussen de kabels= zie bekabelingsregels verderop in dit hoofdstuk Indien apparatuur wordt toegepast welke zeer gevoelig of welke veel storing opwekken, moeten de voedingen gescheiden worden. Voedingsnet Storende bron Gevoelige apparatuur Plaats de meest storende apparaten zo dicht mogelijk bij de voedingsbron en de meest gevoelige zo ver mogelijk er vanaf. Storende bronnen Groot vermogen ... Te Licht storende bronnen Gemiddeld vermogen ... 24 Gevoelige apparatuur Laag vermogen ... TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 25 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Voeding Aarden van transformatorafscherming • De lengte van de verbinding naar massa moet zo kort mogelijk zijn • De behuizing van de transformator moet metaal-metaal worden verbonden op het aardgrondvlak 1 2 Slecht 3 Uitstekend Gelast Verbonden met de massa d.m.v. bouten Metalen plaat (massa) 25 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 26 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Analyse 1 • identificeer potentiële stoorbronnen en bepaal het type storing (aard, intensiteit, frequentie, etc.) • Identificeer gevoelige apparatuur en bepaal de immuniteitsgrens. Gebruik de documentatie van de leverancier, noteer karakteristieken zoals: - vermogen, voedingspanning (380V, 500V etc.), signaaltype 60 Hz,10 kHz...), 2 , frequentie (50 Hz, - type van circuit (schakelen met contacten, etc.), - type belasting (inductief of spoel). 3 Signalen door kabels • Identificeer de ingangskabel (signaal van buiten de kast) en de uitgangskabel. • Bepaal het type van het signaal in deze kabels en verdeel deze in klasssen* namelijk: gevoelig, licht-gevoelig, licht-storend, storend. (zie ook paragraaf « Kabels» later in dit hoofdstuk.) --- * Niet-gestandaardiseerde term, alleen bedoeld voor dit document --- Te 26 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 27 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Analyse (vervolg) Voorbeeld van klassen-indeling 1 Gevoelig • • • • Storend Programeerbare Logische Controllers (PLC) Elektronische kaarten Regulatoren Kabels die aan dergelijke componenten verbonden zijn, namelijk inputs and outputs (zoals dectectoren, sensoren, sondes, etc.) —> klasse* 1 of 2 • • • • • • • • • • • • Kabels voor analoge signalen —> klasse* 1 Transformatoren in kast Contactoren, vermogenschakelaars, etc. Zekeringen Geschakelde voedingen Frequentie omvormers Geregelde aandrijvingen Gelijkspanningsvoedingen Microprocessor klok Kabels verbonden met deze componenten Voedingskabel Vermogenskabels in het algemeen —> klasse* 3 of 4 (Zie paragraaf «Kabels» verder op in dit hoofdstuk) --- * Niet-gestandaardiseerde term, alleen bedoeld voor dit document --- 27 Te 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 28 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Aard-/referentievlak Bepaal en verzorg een niet-geverfd aard-/referentievlak in het grondvlak van de kast. 1 Dit metalen blad of rooster zal worden verbonden op diverse punten aan het rek in de metalen kast welke zelf verbonden is aan het aardingssysteem van de installatie. Alle componenten(filters, etc.) dienen direct verbonden te worden met dit referentievlak. 2 Alle geleiders worden over dit referentievlak geleid. 360° afscherming aansluiting wordt middels klemmen op het referentievlak aangesloten. Elke verbinding moet met zorg worden gemaakt (zie paragraaf verderop in dit hoofdstuk). 3 Kabelingangen Kabels met storende signalen, moeten bij het intreden in de kast gefilterd worden. Doorvoerwartels moeten met zorg worden gekozen, daar zij zorgen voor een goede verbinding van de afscherming van de kabel met de massa. Plaatsing van kabels Zie ook de paragraafen «Kabels», «Bekabelingsregels» en «Kabelbanen» verderop in dit hoofdstuk. Deel de kabels in verschillende klassen in en plaats deze in separate metalen kabelgoten, respecteer hierbij voldoende afstand tussen de verschillende kabelgoten. Te 28 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 29 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Verlichting Geen fluorescentie lampen, gas ontladingslampen etc. gebruiken om het paneel te verlichten (opwekking van harmonischen etc.). Gebruik gloeilampen. 1 2 Plaatsen van componenten Scheid storende en gevoelige componenten, kabels, etc. in verschillende kasten. 3 Kleine kasten Opdeling door middel van een metalen paneel welke op verscheidene punten geaard is, reduceert de invloed van storing. Grote kasten Wijs elke klasse van componenten een kast toe. Storende en gevoelige kasten moeten van elkaar gescheiden zijn. Het niet respecteren van deze instructies kan alle inspanningen van correcte montage en instelling teniet doen. 29 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 30 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Voorbeeld van een structureel ontwerp van een kleine kast In kleine kasten kan opdeling met een metalen paneel voldoende zijn. Dit paneel dient wel op verscheidene plaatsen goed geleidend te worden verbonden. Vermogen 1 Laag signaal 2 Scheidingspaneel 3 Naar vermogens componenten Te Voeding Actuatoren 30 Sensoren, opnemers TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 31 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kast Voorbeeld van een structureel ontwerp van een grote kast Leg overtollige kabel niet door elkaar, plaats de kabels in spoelvorm met zichzelf. 1 Laag signaal 2 ;;;;;; Voedingsdeel Vermogen 3 Laag sinaal Vermogen ;;;;;; Metalen goot 31 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 32 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabels Classificatie van signalen Classificatie van signalen afhankelijk van storingsgraad Klasse* Storend 1 1 2 3 Gevoelig 2 Lichtgevoelig 3 Lichtstorend 4 Gevoelig Voorbeeld van te voeden signaal of aangesloten apparatuur ++ • Laagsignaal kringen met analoge uitgangen, opnemers, etc. • Meetkringen (sondes, opnemers,..) + • Controlekringen met ohmse belasting • Digitale laagsignaalkringen (bus, etc.) • Laagsignaal kringen met TOR-uitgangen (opnemers, etc.) • Controlekringen met inductieve belasting (relais, magneetschakelaars, spoelen, etc) met bijbehorende beveiliging • AC voedingen • Voedingen verbonden aan vermogensapparatuur + • Soldeermachines • Vermogenskringen (algemeen) • Elektronische regelaars, schakelende voedingen, etc. ++ Storend Keuze van kabels ;;; ; ;; ; ;;;; ;; ;;;; ;; Aanbevolen type kabel afhankelijk van de klasse van het signaal Getwiste geleiderparen Enkele geleider Afgeschermde Gemengd Afgeschermd geleiderafgeschermd (vlecht) (scherm + vlecht) paren Klasse* Type 1 Gevoelig Kosten 2 Licht-gevoelig Kosten 3 Licht-storend Kosten 4 Storend Niet aanbevolen Aanbevolen Redelijke kosten Hoge kosten voor deze signaalklassen --- * Niet-gestandaardiseerde term, alleen bedoeld voor dit document --- Te 32 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 33 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabels Voorbeelden van kabels voor verschillende signaalklassen Klasse* 1 Gevoelige signalen ;; ; ;; ; ;; ;;; Kabel met gehele afscherming Afgeschermde geleiderparen Klasse* 2 2 Enkele geleider Licht-gevoelige signalen 3 Niet-gebruikte geleider ;; ; ;; ; ; ;; ; ;; ;; ; ;; ;; ;;; ;; Klasse* 3 Licht-storende signalen Metalen kabelgoot Klasse* 4 Storende signalen 1 Metalen buis 33 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 34 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabels Prestaties van kabels in het kader van EMC Uitgestraald Kabel Geleidend 1 Enkele geleider BF : 0 - 50 Hz BF < 5 MHz Gemiddeld1 Acceptabel 2-geleider parallel Gemiddeld Getwiste geleiderparen Afgeschermde getwiste geleiderparen Onvoldoende 1 Goed Acceptabel Onvoldoende Goed tot 100 kHz Behoorlijk 2 Slecht Slecht 2 : Afhankelijk van het aantal twist/meter Geen effect Goed Goed Gemiddeld Aluminium tape afscherming Gemiddeld Behoorlijk Onvoldoende Vlecht Uitstekend Uitstekend Goed Afscherming + vlecht Uitstekend Uitstekend Uitstekend Te Common mode 1 : Als uitgaande en inkomende kabels zeer dicht bij elkaar liggen 2 3 1 BF > 5-30 MHz 34 Goed TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 35 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabels Inkoppeling Differential Capacitieve, mode inductieve koppeling Slecht Storingsniveau Toepassingsgebied 1 Alleen voor ongevoelige apparatuur, laagspanningstoepassingen 50Hz-60Hz Slecht 2 Goed Slecht Lichtstorende apparatuur Tertiaire industrie, nauwelijks storende industriële omgeving Uitstekend Goed Lage industriële storing Tertiaire industrie, nauwelijks storende industriële omgeving, signalen <10 Mhz Gemiddeld Lage storing (radio, fluorescentie verlichting) Goed Industriële storing Goed Licht-storende industriële omgevingen, lokale netwerken. Dataprocessing hardware Industriële omgeving Dataprocessing, meting, regeling Lokale netwerken Motorsturing, etc. Zeer gevoelige Zeer gevoelige producten in een produkten in een sterk storende omgeving sterk storende omgeving 35 Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 36 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Bekabelingsregels De tien geboden GOUDEN REGEL IN EMC 1 Verzorging hoog-frequent en laag-frequent potentiaal/vereffening van geleidende delen (massa’s) - lokaal (installatie, machine, etc) 1 - op bedrijfsniveau 2 Voer nooit gevoelige signaal klassen* (1-2) en storende klassen* (3-4) door dezelfde kabel of bundel van geleiders. 2 3 Klasse* 3 "Vermogen" ;; ;; ;; ;; Klasse* 4 "Vermogen" Gevlochten Klasse* 1 "Analoog" Klasse* 2 "Opnemers" Klasse* 4 "Vermogen" Klasse* 2 "Opnemers" Gevlochten: aluminium tape, metaalarmaturen, etc. vormen geen schild. 3 Minimaliseer de lengte van het parallel lopen van kabels die verschillende signaalklassen * geleiden: gevoelig (klasse 1-2) en storende (klasse 3-4). Minimaliseer de lengte van de kabels. --- * Niet-gestandaardiseerde term, slechts bedoeld voor dit document --- Te 36 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 37 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Bekabelingsregels Maximaliseer de afstand tussen kabels, die verschillende signaalklassen* geleiden. Dit geldt in het bijzonder voor gevoelige en storende signalen. Deze oplossing is zeer doeltreffend en relatief goedkoop. 4 10-20 cm 10-20 cm Klasse 4* (storend) 1 Klasse 3* (licht-storend) 5 cm Klasse 2* (licht-gevoelig) Klasse 1* (gevoelig) Deze waarden zijn alleen bedoeld als informatie en veronderstellen dat de kabels op een aardvlak gemonteerd worden en minder dan 30m lang zijn. 2 Aardvlak > 50 cm 3 > 50 cm >1m --- * Niet-gestandaardiseerde term, slechts bedoeld voor dit document. --- Des te langer de kabels parallel aan elkaar lopen, des te groter de vereiste afstand tussen de kabels is. s Kla se 2 d1 Kla sse = s Kla 4 se 2 d 2 >> d 1 L1 s Kla 37 se 4 L 2 >> L 1 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 38 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; 5 Bekabelingsregels Minimaliseer het oppervlak van massalussen 1 Goed Kabel Kabel Begeleidende kabel Apparaat A Apparaat B Apparaat A Apparaat B ZEER GOED 2 Kabel Aardvlak Aardvlak Zorg voor een continuïteit van de massa tussen kasten, machines, apparaten. ;;;; ;; ;;; ;;; Kast Kast Voeding Apparaat ;; Apparaat S2 S3 Besturing S1 Voeding 3 Machine Machine Voer alle geleiders zo dicht mogelijk langs de massa van het ene naar het andere eind (aardvlak in kast, geleidende delen van metalen, potentiaalvereffeningsstructuur voor machine of gebouw, kabelgoten,etc.) Te 38 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 39 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Bekabelingsregels 6 De uitgaande geleider moet altijd zo dicht mogelijk bij de teruggaande geleider worden geplaatst. 1 Voeding Voeding 2 Machine Machine 3 Signalen van dezelfde klasse* Signalen van dezelfde klasse* * : laagspanningssensoren ==> klasse 2 Toepassen van 2 draads (2 geleiders) kabels verzorgen reeds het feit dat uitgaande en retour geleider over de gehele lengte naast elkaar liggen. 39 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 40 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; 7 Bekabelingsregels Toepassen van afgeschermde kabels maken het mogelijk kabels van verschillende klassen* in één kabelgoot te plaatsen. 1 Niet-afgeschermde kabels 2 Klasse 2 "Opnemers" Klasse 4 "Vermogen" 3 ;;;; ;;;; ;;;; ;;;; ;;;; Afgeschermde kabels Niet-afgeschermde kabels of Klasse 2 "Opnemers" D Klasse 2 "Opnemers" Klasse 4 "Vermogen" Klasse 4 "Vermogen" --- * Niet-gestandaardiseerde term, slechts bedoeld voor dit document. --- Te 40 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 41 Bereiken van EMC in een installatie Bekabelingsregels 8 ;;;;; Aansluiten van afscherming. Afscherming aansluiten aan beide zijden • Zeer doeltreffend tegen storingen van buiten af (HF,etc.), 1 • Zeer doeltreffend zelfs bij de resonantiefrequentie van de kabel, • Geen potentiaal verschil tussen kabel en massa, • Maakt het mogelijk om kabels met verschillende signaal klassen (uitgaande van een goede 360º verbinding en een goede potentiaalvereffening) in elkaars nabijheid te plaatsen, • Erg sterk verminderend effect (HF) is 300, • In geval van extreem hoge frequente signalen kunnen aardlekstromen geïnduceerd worden voor kabels met een lengte > 50-100 m. 2 Zeer doeltreffend Omdat LF en HF potentiaalvereffening een gouden regel is in EMC moet de afscherming aan beide zijden geaard worden. ;; ;; ; ;; ; ;; ; ;; ;; ; ;; Referentievlak verbonden aan de massa L 10 - 15 m Afscherming verliest doeltreffendheid als de lengte van de kabel toeneemt. Het verdient aanbeveling zoveel mogelijk verbindingen met de massa te maken. 41 Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 42 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Bekabelingsregels Afscherming aan één zijde aangesloten • Inefficiënt voor storing van buitenaf in het HF gebied, • Kan worden toegepast om een alleenstaande verbinding (opnemer, sensor, etc.) te beschermen tegen LF elektrisch veld, • Afscherming kan als antenne werken en resoneren ==> in dat geval is de storing erger dan zonder afscherming !, ;; ;; ; ;; ;; ; ;; • Maakt het mogelijk LF brom te vermijden, ==> brom wordt veroorzaakt door LF stroom in de afscherming. 1 Een groot potentiaalverschil kan aan het eind van een niet-geaarde afscherming ontstaan ==> dit is gevaarlijk en niet toegestaan volgens IEC 364 De afscherming moet hierom worden beschermd teken directe aanraking 2 Referentievlak verbonden aan de massa 3 Gemiddelde doeltreffendheid Bij afwezigheid van equipotentialiteit (brom), is aansluiting van slechts één zijde een aanvaardbare oplossing om een goede werking te garanderen. ;; ;; ;; ;;; ;; ;; ;;; ;; ;;; Afscherming niet verbonden aan de aarde: verboden als het mogelijk is deze afscherming aan te raken. • Inefficiënt voor HF storingen, etc. van buitenaf, • Inefficiënt voor magnetische velden, • Begrenst de capacitieve koppeling tussen twee geleiders, • Er kan een groot poteniaalverschil bestaan tussen de afscherming en de massa ==> dit is gevaarlijk en verboden (IEC 364). Ondoeltreffend, vooral wanneer je het vergelijkt met mogelijkheden van zorgvuldig aangesloten afscherming en de kosten hiervan. Te 42 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 43 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Bekabelingsregels 9 Elke geleider in een kabel, die niet gebruikt wordt, moet altijd aan beide zijden verbonden worden met de massa. ; ; ; ; ; ;; ; ; ;; ;; ;; ;; ;; Voor signalen van klasse* 1 kan door deze methode LF brom gesuperponeerd worden op het gewenste signaal indien de potentiaalvereffening van de verschillende massa’s van de installatie onvoldoende is. --- * Niet-gestandaardiseerde term, slechts bedoeld voor dit document --- Waarborg dat geleiders of kabels met signalen van verschillende klassen elkaar onder rechte hoeken kruisen, in het bijzonder voor gevoelige signalen (1-2) en storende signalen (3-4). sse Kla 2 90 s Kla se 4 s Kla 43 se sse 3 > 20 cm Kla 90 3 Klasse 2 Kl e ass > 20 cm 10 4 Te 1 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 44 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Kabelgoten Juist aangesloten metalen kabelgoten, buizen, etc. zorgen voor een effectieve afscherming van kabels. 1 Kunststof kabelgoot Metalen kabelgoot 2 Uitstekend Inefficiënt 3 Gedrag bij EM storingen Zone blootgesteld aan EM storingen Open kabelgoot Hoekconstructie Zones beschermd tegen EM storingen Het afschermings-, beschermings- of schermeffect van een metalen kabelgoot is afhankelijk van de positie van de kabel. Zelfs de beste metalen kabelgoot is inefficiënt als de eindverbindingen van slechte kwaliteit zijn. Te 44 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 45 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Aansluitingen aan kasten Groen/geel geleider 1 Slecht Slecht ;;;;;; 2 3 Verf = isolerend materiaal ;;;;;; ;; ;; Uitstekend De uiteinden van de metalen kabelgoot, buis, etc. moeten met bouten op de kast worden vastgezet om een doeltreffende aansluiting te verkrijgen. 45 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 46 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Positie van de kabels 1 Storingsgevoelige kabel 2 Kabelgoten Gemiddeld 3 Uitstekend Hoeken Niet aan te raden Goed Zelfs de beste metalen kabelgoot is inefficiënt als de eindverbindingen van slechte kwaliteit zijn. Te 46 Uitstekend TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 47 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Storende en gevoelige kabels moeten in separate kabelbanen gelegd worden. Voor elke nieuwe installatie Slecht 1 Klasse 1 - 2 "Discrete sensoren" Klasse 3 - 4 (gevoelig) "Vermogen" (storend) Klasse 1 - 2 "Discrete sensoren" (gevoelig) Uitstekend Klasse 3 - 4 "Vermogen" (storend) 2 Uitstekend Voor elke bestaande installatie Slecht Aanvaardbaar Klasse 1 - 2 "Discrete sensoren" Klasse 3 - 4 (gevoelig) "Vermogen" (storend) Klasse 1 - 2 "Discrete sensoren" Klasse 3 - 4 (gevoelig) "Vermogen" (storend) Indien gevoelige en storende kabels in dezelfde kabelgoot liggen hoewel dit niet aanbevolen wordt, is het raadzaam de kabelgoot open te laten. 47 Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 48 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Eindaansluitingen De uiteinden van een metalen kabelgoot, buis, etc. moeten elkaar overlappen en met bouten aan elkaar worden gezet. 1 (geen continuïteit van de massa) Slecht 2 3 (geen continuïteit van de massa) Slecht Een geleider van ongeveer 10 cm reduceert de effectiviteit van een kabelgoot met een factor 10. Te 48 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 49 Bereiken van EMC in een installatie Kabelbanen ;;;;; Uitstekend 1 2 Indien het niet mogelijk is om de kabelgoten te laten overlappen en de uiteinden met bouten vast te zetten: ==> plaats een korte brede band onder elke geleider of kabel Gemiddeld ;;; ;;; ;;; ;;; ;;;; ;;;; Zelfs de beste metalen kabelgoot is inefficiënt als de eindverbindingen van slechte kwaliteit zijn. 49 Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 50 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Kabelbanen Onjuiste methoden van het plaatsen van kabels 1 Holle ruimte in de constructie Bandkabel, bus ... 2 3 Buis op een oppervlak PVC buis Profiel, plint met groeven Ingemetselde geleider Muur Directe bevestiging op de muur en plafond met gebruik van clips, banden etc. Zelfs de beste metalen kabelgoot is inefficiënt als de eindverbindingen van slechte kwaliteit zijn. Te 50 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 51 Bereiken van EMC in een installatie Kabelbanen ;;;;; Aanbevolen methoden van het plaatsen van kabels 1 Metalen buis Metalen kabelgoot 2 Railkoker Metalen kabeldoorgang Ingegraven kabel Kabelgeleiders of metalen draagvlak Ondergronds open of geventileerd kanaal Ondergronds gesloten kanaal 51 Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 52 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Verbindingen De kwaliteit van de VERBINDINGEN is net zo belangrijk als de juiste kabels, afscherming en een goede aarding. Hier wordt aangenomen dat de lezer volledig op de hoogte is van HF verschijnselen, anders zie hoofdstuk 1 (in het bijzonder het deel «Kabels»). 1 Type en lengte van de aansluitingen Massaverbindingen, etc. moeten in elk geval zo kort en breed mogelijk zijn. 2 3 ;;; ;;; ;;; ;;; Strip L Groen/geel geleiders L <3 l Gevlochten band, litze l N.B. : bij hoge frequenties (HF), is de lengte van de kabel van doorslaggevende aard (zie hoofdstuk 1). De kwaliteit van de verbindingen is bepalend voor EMC. Te 52 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 53 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Verbindingen Het maken van een verbinding Het is essentieel om een 'metaal-metaal' contact en een hoge contactdruk tussen deze geleidende delen te realiseren. Werkwijze: 1 1 - Geverfde metalen plaat, 2 - Verwijder de verflaag, 3 - Zorg voor een goede bevestiging; b.v. door middel van bout en moer verbinding met borgringen, 4 - Zorg dat het goede contact in de loop van de tijd gehandhaafd blijft! 2 ==> breng verf of vet aan ter bescherming tegen corrosie na het aandraaien. 3 Verf spuitbus ;;;;; ;;;; ;;;; ;;; ;;; ;;;; ;; ;;; ;;; ;;;; ;; Borgring 1 2 3 4 Bout Borgring 1 2 3 Verf spuitbus 4 Bout Verwijder isolerende coatings, verf etc. tussen de contactvlakken De kwaliteit van de verbindingen is bepalend voor EMC. 53 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 54 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; ; ; ;; ; ;; ;;;;;;; Verbindingen Te vermijden valkuilen Schroef of bout, borgring, oog Gevlochten strip 1 2 Blanke, metalen plaat (opnieuw geverfd ter bescherming tegen corrosie) Moer Verf, lijm en teflon tape = isolerende materialen Verf = isolerend materiaal 3 Lijm ;; ;; LF - HF LF - HF LF - HF Gelaste gevlochten strip Te Pince à rivet 54 ;; Teflon tape TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 55 Bereiken van EMC in een installatie Verbindingen ;;;;; Aansluiten van afscherming ;; ; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ; ; ;; ; ;; Solderen van het kabeluiteinde Klemmen van het kabeluiteinde Referentievlak verbonden aan de massa Zorg voor direct contact van metaal op metaal Ideaal: contact over 360 Let op de isolerende kunststoflaag tussen de afscherming en de kabelmantel Aansluitngen van het einde van een afscherming dienen een metaal op metaal verbinding te realiseren over de volle 360º. 55 Te 1 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 56 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Filters Plaatsing in kasten 1 2 ; ; ; ; ;; ; ; Voeding Uitstekend 3 Uitstekend Filter LF - HF Uitgaande kabel naar: - actuator - machine Te 56 Verf = isolerend materiaal TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 57 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Filters De inkomende kabel mag niet langs een uitgaande kabel worden geplaatst. Slecht 1 Het filter wordt als het ware 'overbrugd' door de inkomende en uitgaande kabels, die vlak langs elkaar liggen. ;;; ;; ;;; ;; ;;; ;;; LF - HF Filter Uitgaande kabel naar: - actuator - machine HF HF Goed Filter Voeding Voeding Uitgaande kabel naar: - actuator - machine 57 Te 2 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 58 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Filters De montage van filters 1 2 ;; ;; ; ; ; ;;; ; ; ; Voeding 3 Filter LF - HF Slecht Filter Filter LF - HF Goed Verf = isolerend LF - HF Uitstekend Filters moeten gemonteerd worden waar de kabels de kast binnen komen en direct bevestigd worden aan de massa of het aard- of referentievlak van de kast. Te 58 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 59 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Filters Aansluiten van de filters ; ; ; ; ; ; ; Slecht ; ;; ; ; ;; 1 2 3 Goed Verf = isolerend materiaa Leg de kabels zo dicht mogelijk langs het aardvlak in de kast. 59 Te TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 60 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Overspanningsbegrenzers Overspanningsbegrenzers of ontstoringsfilters voor spoelen De verschillende hulpmiddelen hieronder zijn bedoeld ter reductie van: - (af)schakel pieken - rest frequentie (transiënten) (amplitude, aantal en gradiënt van doorslagspanningen) Oscillogram Type interferentie Circuitdiagram onderdrukking Overspanningsbegrenzing 1 Geen begrenzing. A1 --- > 1 kv K A2 2 Goede begrenzing: ter grootte van 2 maal de stuurspanning Uc. A1 De RCkring dempt de golffronten 3 C K Uc 2Uc (Variabel afhankelijk van moment van afschakeling, spoeltype en R en C waarde). R A2 A1 U 2Uc Varistor Uc K Hoge overspanning tot enkele kV’s voorafgegaan door een serie schakelpulsen met steile golffronten. Vaste waarde Begrenzing van overspanning tot de grenswaarde van 2 maal de maximum stuurspanning Uc. A2 A1 2Uc Bi-directionele afvlak diode K Uc Vaste waarde Begrenzing van overspanning tot de grenswaarde van 2 maal de maximum stuurspanning Uc. A2 + Vrijloopdiode K - Te 60 Totale eliminatie van de overspanning. A1 A2 Uc Uc Geen overspanning TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 61 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Overspanningsbegrenzers Combinatie van afvlakdiodes + RC circuits combineert de voordelen van beiden. Uitschakeltijd Toepassing Effect op de werking 1 Standaard overspanning over de aansluitingen van een spoel die onderbroken wordt door een contact Tr 1 Voorbeeld: magneetschakelaar, 9A uitvoering 2 Voor details, zie Hoofdstuk 1 • Stijging van uitschakeltijd • Toepassing • • bij AC gestuurde apparatuur. Weinig gebruikt in D.C.(omvang en kosten van begrenzer) Hulp bij afschakelen (verminderde slijtage van contacten) Effect op hoge frequenties (HF) : – Elimineert steile golven of doorslag ontlading (geen doorgang van HF stroom in stuurcircuit). – Slechts een gedempte laagfrequente(LF) oscillerende spanningsvorm (van 100 kHz) is zichtbaar. • Toepassing bij zowel AC als DC gestuurde apparatuur. • Hulp bij afschakelen (verminderde slijtage van contacten) • Effect op hoge frequenties (HF) : • Tr = 1 tot 2 Tr 1 – Voordat de drempelwaarde bereikt wordt, kan een serie van doorslag pulsen van korte duur voorkomen, afhankelijk van het type contact en de grootte van Uc. – Mogelijk voor korte duur vloeien van een hoogfrequente stroom van lage amplitude in het stuurcircuit. Mogelijkheid om grote hoeveelheid energie (meer dan RC) te verwerken. bij zowel AC als DC gestuurde apparatuur (exclusief één richting afvlakdiodes, die interferentie onderdrukking hebben) Hulp bij afschakelen (verminderde slijtage van contacten) Effect op hoge frequenties (HF) : – Kleine restfrequentie (HF) verminderd risico op doorslag voor lage spanningen (Uc) – Mogelijk voor korte duur vloeien van een hoogfrequente stroom van lage amplitude in het stuurcircuit bij stuurspanningen > 200V (HF gedrag gelijk aan dat van de varistor) • Toepassing bij DC gestuurde apparatuur (gepolariseerd component) • Hulp bij afschakelen (verminderde slijtage van contacten) • Effect op hoge frequenties (HF) : • (Algemeen aanvaard, gezien de grote spreiding van uitschakeltijden met AC) • Stijging van uitschakeltijd Tr = 1,2 tot 2 – Bij uitschakeling verwerkt de diode de opgeslagen energie van de inductie in de vorm van een stroom, de spanning over de aansluitingen is bijna gelijk aan nul en de spanning over de aansluitingen van de stuurcontacten is gelijk aan Uc Geen risico van doorslag en overeenkomstige HF interferentie. 61 met een factor tussen 1,2 en 2 Tr 1 • Toepassing • • met een factor tussen 1 en 2 • Stijging van uitschakeltijd Tr = 1,2 tot 2 met een factor tussen 1,2 tot 2 Tr 1 • Stijging van uitschakeltijd met factor tussen 4 tot 8 Tr = 4 tot 8 Tr 1 (Variabel, afhankelijk van type en grootte van de elektromagneet) Te 3 TELME 477 EMC-H2 17-09-2003 12:51 Pagina 62 Bereiken van EMC in een installatie ;;;;; Ferrietkernen De “uitgaande” en “terugkomende” geleiders van het te zuiveren signaal moeten beiden de ferrietkern passeren. 1 Het aantal windingen verhoogt de doeltreffendheid maar veroorzaakt tevens een capaciteit tussen de windingen. Het maximaal aantal windingen dat niet mag overschreden worden is afhankelijk van: Ferrietkern 2 -interferentie frequentie Geleider -draad -ferrietkern ==> Testen noodzakelijk om de optimale configuratie te vinden 3 Bandkabel Ferriethuls Ferrietbundel Deelbare ferriethulzen zijn gemakkelijker te installeren maar zijn minder doeltreffend dan massieve (gesloten) ferriethulzen. Uitstralingsprobleem: ferrietkern moet zo dicht mogelijk geplaatst zijn bij het storende apparaat. Immuniteitsprobleem: ferrietkern moet zo dicht mogelijk geplaatst zijn bij het gevoelige apparaat als bij het storende apparaat de storing niet onderdrukt kan worden of het storende apparaat niet kan worden geïdentificeerd. Te 62 EMC normen, faciliteiten en tests HOOFDSTUK 3 EMC NORMEN, 1 FACILITEITEN 2 EN TESTS 1 3 Te EMC normen, faciliteiten en tests Normen Inleiding Een norm is een verzameling regels, beschrijvingen en methoden die producenten kunnen gebruiken als referentie bij het definiëren en testen van één van zijn produkten. 1 2 3 Drie soorten EMC normen Basisnormen Dit zijn normen of richtlijnen die in algemene termen, de eisen met betrekking tot EMC (verschijnselen, testen, etc. ) definiëren. Deze normen zijn van toepassing op alle produkten en worden gebruikt als referentie met name door comités, die specifieke normen moeten opstellen. Generiek (Europese) normen Deze normen definiëren de essentiële eisen met betrekking tot de maximale niveaus waartegen ieder produkt bestand dient te zijn, alsmede typen tests e.d., afgeleid van de basisnormen. Als er geen produkt- of produktfamilienorm bestaat , zijn ze van toepassing op ieder produkt dat in een bepaalde omgeving is geïnstalleerd. Produkt- of produktfamilienorm Deze normen definiëren de van toepassing zijnde constructiebepalingen, karakteristieken, testmethoden, testniveaus, etc. voor bepaalde produkten of produktfamilies. Indien deze normen bestaan gaan deze uit boven de generieke normen. N.B.: Het soort norm is weergegeven in de koptekst van iedere publikatie. Te 2 EMC normen, faciliteiten en tests Normen De normerende instellingen CISPR: Comité International Spécial des Peturbations Radioélectriques Speciaal internationaal comité over radio-interferentie IEC: International Electrotechnical Commission (Geneva) Internationale elektrotechnische commissie (Genève) CENELEC: Comité Européan de Normalisation Electrotechnique (Bruxelles) Europese commissie voor elektrotechnische standaardisatie (Brussel) 1 De documentatiereferenties beginnen met de letters EN, ENV, HD.. UTE: Union Technique de l’Electricité in Frankrijk. Franse Elektrotechnische Unie NNI: Nederlands Normalisatie Instituut De NNI documentatiereferenties beginnen met de letters NEN BIN: 2 3 Belgisch Instituut voor Normalisatie De BIN documentatiereferenties beginnen met de letters NBN CISPR publikaties De eerste CISPR publikaties werden in 1934 gedrukt. Ze richten zich op de beveiliging van de uitzending en de ontvangst van radiogolven. Deze publikaties definiëren met name de testomstandigheden en emissiegrenzen voor elektrische en elektronische produkten. 3 Te EMC normen, faciliteiten en tests Normen Voorbeelden van CISPR publikaties van toepassing op onze produkten CISPR 11 - 1990 Grenswaarden en meetmethoden voor radiostoring door HF-apparatuur voor industriële, wetenschappelijke en medische doeleinden (NEN-EN 55011 : 1991); (NBN-C 92011 : 1993) CISPR 14 - 1993 Grenswaarden en meetmethoden voor de radiostoringseigenschappen van door elektromotoren aangedreven toestellen en van thermische toestellen voor huishoudelijke en aanverwant gebruik, elektrisch handgereedschap en soortgelijke elektrische apparaten (NEN-EN 55014: 1993); (NBN-EN 55014 : 1994). 1 2 3 CISPR 16 -1 -1993 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods Deel 1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus CISPR 17 - 1981 Methods of measurement of supression characteristics of passive radio interference filters and suppression components CISPR 18 - 1 - 1982 Radio interference characteristics of overhead power lines and high-voltage equipment Deel 1: Descripton of phenomena CISPR 22-1993 Te Grenswaarden en meetmethoden van radiostoringskenmereken van gegevensverwerkende apparatuur (NEN-EN 55022: 1987); (NBN-EN 55022: 1996). 4 EMC normen, faciliteiten en tests Normen IEC publikaties Normen uit de IEC 801-X serie Normen uit de IEC 801-X serie verschenen voor het eerst in de beginjaren ‘70. Deze normen hebben betrekking op de elektromagnetische compatibiliteit van meet- en besturingsuitrustingen in industriële processen. 1 Ze zijn bedoeld voor producenten en gebruikers van deze uitrustingen. Deze normen worden momenteel vervangen door normen uit de IEC 1000-4-X serie 2 Normen uit de IEC 1000-X-X serie IEC 1000-X-X publikaties zijn totaal gewijd aan de elektomagnetische compatibiliteit en bevatten alle IEC normen met betrekking tot dit onderwerp sinds 1991. 5 Te 3 Te Compatibiliteitsniveaus voor laagfrequente geleide storingen in industriële omgevingen. IEC 1000-2-4 (1994) 6 Beproevingen en meettechnieken Grenzen Radiated phenomena and conducted phenomena at frequencies other than mains frequencies. IEC 1000-2-3 (1992) IEC 1000-4-1 (1992-12) IEC 1000-4-2 (1995-01) 801-1 801-2 Elektrostatische ontlading; Algemene EMC-publikatie. Immunitietsproef; Algemene NEN 11000-4-1: 1994 NBN-EN 61000-4-1: 1995 NEN 11000-4-2: 1995 NBN-EN 61000-4-2: 1994 EN 61000-4 (1994-08) EN 61000-4-2 (nog niet gepubliceerd) Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage systems for equipment having a rated current > 16 A. IEC 1000-3-5 (1994) Overzicht van immuniteitsproeven; EMC-publikatie. NEN 11000-3-3: 1995 NBN-EN 61000-3-3: 1995 EN 61000-3-3 (1995) Limietwaarden voor spanningsschommelingen en flikkering in laagspanningsnetten voor apparatuur met een ingangsstroom tot en met 16 A per fase. 555-3 IEC 1000-3-3 (1994) IEC 1000-3-2(1995) 555-2 NEN 11000-3-2: 1995 NBN-EN 61000-3-2: 1996 NEN 11000-2-4: 1995 NBN-EN 61000-2-4: 1995 NVN11000-2-2: 1993 Vergelijkbare nationale norm NEN / NBN EN 61000-3-2 (1995) Vergelijkbare Euronorm EN/ENV Limietwaarden voor emissie van harmonische stromen (Ingangstroom van de toestellen kleiner dan of gelijk aan 16 A). Classification of electromagnetic environments. Compatibiliteitsniveau’s voor laagfrequente geleide storingen en openbare laagspanningsnetten. IEC 1000-2-2 (1990) IEC 1000-2-5 (1995) Electromagnetic environment for conducted lowfrequency (LF) interference and the transmission of signals over public supply networks. IEC 1000-2-1 (1990) Omgeving Application and interpretation of fundamental definitions and terms. IEC 1000-1-1 (1992) Algemeen Onderwerp 3 Huidige IEC referentie 2 IEC 1 Deel EMC normen, faciliteiten en tests Normen Installatie aanbevelingen Beproevingen en meettechnieken (vervolg) Deel Stootspanningen; EMC-publikatie IEC 1000-4-5 (1995-02) 801-5 NEN 11000-4-4: 1995 NBN-EN 61000-4-4: 1994 NEN 11000-4-5: 1995 NBN-EN 61000-4-5: 1996 EN 61000-4-4 (nog niet gepubliceerd) EN 61000-4-5 (nog niet gepubliceerd) 7 Gedempt oscillerend magnetisch veld; Immuni- EN 61000-4-10 (1993-09) NEN 11000-4-10: 1994 teitsproef; Algemene EMC-publikatie NBN-EN 61000-4-10: 1995 Immuniteitsproeven voor kortstondige spannings- EN 61000-4-11 (1994-09) NEN 11000-4-11: 1994 dalingen en -onderbrekingen en spanningsvariaNBN-EN 61000-4-11: 1995 ties; Algemene EMC-publikatie IEC 1000-4-10 (1993-06) IEC 1000-4-11 (1994-06) External influences Earthing and wiring IEC 1000-5-2 IEC 1000-5-3 General considerations IEC 1000-5-1 NBN-EN 61000-4-12:1994 NEN 11000-4-9: 1994 NBN-EN 61000-4-9: 1995 EN 61000-4-9 (1993-09) Puls-magnetisch veld; Immuniteitsproef; Algemene EMC-publikatie IEC 1000-4-9 (1993-06) Testing of immunity to damped oscillating waves; Basic EMC publication. NEN 11000-4-8: 1994 NBN-EN 61000-4-8: 1995 EN 61000-4-8 (1993-09) Magnetische immuniteitsproef bij netfrequentie; Algemene EMC-publikatie IEC 1000-4-8 (1993-06) pr IEC 1000-4-12 NEN 11000-4-7: 1993 NBN-EN 61000-4-7: 1995 EN 61000-4-7 (1993-03) Algemene leidraad voor het meten, en de meetapparatuur, van harmonischen en tussenharmonischen in elektriciteitsnetten en daaraan aangesloten apparatuur. IEC 1000-4-7 (1991-07) ENV 50141 (1993) Immunity to conducted interference induced by radiofrequency fields ENV 50140 (1993) Vergelijkbare nationale norm NEN / NBN Vergelijkbare Euronorm EN/ENV pr IEC 1000-4-6 Algemene Snelle elektrische transiënten en lawines; Immuniteitsproef; Algemene EMC-publikatie IEC 1000-4-4 (1995-01) 801-4 Immuniteitsproef; Testing of immunity to radiated radiofrequency electromagnetic fields Onderwerp IEC 1000-4-3 (1995-02) Huidige IEC referentie 801-3 IEC EMC normen, faciliteiten en tests Normen 1 2 3 Te EMC normen, faciliteiten en tests Normen CENELEC publikaties EN of ENV... publikaties geven de normen, die van toepassing zijn in de hele Europese vrijhandelszone (EFTA). Ze worden momenteel geharmoniseerd met de EMC richtlijn. 1 Ze geven de bestaande internationale normen weer. Voorbeeld: EN 55011 staat voor CISPR 11 EN 61000-4-1 staat voor IEC 1000-4-1 2 Generieke (europese) normen 3 Bij afwezigheid van specifieke produkt- of produktfamilienormen, zijn de generieke normen van toepassing in de Europese vrijhandelszone (EFTA) Ze zijn geharmoniseerd op europees niveau Produkt- of produktfamilienorm Deze normen zijn van toepassing op de aangegeven produkten of produktfamilies. Ze definiëren de betreffende eisen en testniveaus. In Europa, als ze bestaan en geharmoniseerd zijn, gaan ze boven generieke en basisnormen Voorbeeld: EN 60947-1 A11 Low-voltage switchgear and controlgear (general), Amendment A11: Specific EMC details. Laagspanningsschakelmateriaal en besturingscomponenten (algemeen), Wijzigingsblad A11: Specifieke EMC details Te 8 EMC normen, faciliteiten en tests EMC faciliteiten en tests Nationale normen Deze worden in Nederland uitgegeven door het NNI en in België door het BIN De huidige in omloopzijnde normen verwoorden de europese normen Voorbeeld: NF EN 60947-1 A11 (Frankrijk) 1 DIN EN 60947-1 A11 (Duitsland) NEN EN 60947-1 A11 (Nederland) NBN EN 60947-1 A11 (België) Deze normen vervangen bestaande nationale normen die op deze onderwerpen betrekking hebben Voorbeeld: 2 VDE 871,875... 3 EMC faciliteiten en tests Er moet onderscheid worden gemaakt tussen twee soorten tests welke op produkten kunnen worden uitgevoerd gebruikmakend van de juiste middelen. Test van het type Deze type-tests zijn tests die door de producent worden uitgevoerd om zijn produkt te kwalificeren voor deze voor verkoop wordt vrijgegeven. Tests op lokatie Deze zogenaamde on-site tests zijn test die worden uitgevoerd op uitrustingen inclusief de produkten. Deze worden uitgevoerd onder de verantwoordelijkheid van de afnemer en zijn bedoeld om een installatie, uitrusting of machine goed te keuren. Testfaciliteiten De faciliteiten en uitvoering om deze tests te verrichten zijn gedetailleerd beschreven in de normen. 9 Te Beschrijving EMC verschijnselen Index A Aard/massa verbinding Aarde Aardingsysteem Aardvlak Afscherming Antenne-effect E 2-13; 2-14; 2-15; 2-16; 2-17 1-40 2-8 2-28 2-41; 2-55 1-52 Elektrische motoren F Ferrietkern Filters Flikkeren Fluorescntie verlichting Fourier Frequentie B Bandverbinding Bekabeling Belastingen Bliksem Bron 1-25 1-57; 2-62 1-54; 2-56 1-18; 1-19 1-27 1-10 1-3; 1-4; 1-49 2-14 2-36 1-20; 1-23 1-27 1-8; 1-20 G Gebouw Geleider Groen/geel C Capacitiet Common mode 2-9 1-49 1-53 1-4 1-33; 1-56; 1-57 H Halfgeleiders Harmonischen D Differential mode Distorsie factor Doorsnede 1-23 1-10; 1-12 1-33; 1-56 1-11 1-51 1 Te Beschrijving EMC verschijnselen Index I Immuniteit Immuniteitsmarge Inductantie Installatie Isolatie N 1-6 1-6 1-4 2-24 2-19 Normen 3-2 O Onderhoud Ontkoppelen Ontlading Ontwerp Optocoupler Overdracht Overspanningsbegrenzers K Kabelgoten Kabellopen Kabels Kast Klasse Koppeling 2-44 2-44 1-49; 2-32 2-12, 2-26, 2-45 2-32 1-30; 1-32; 1-34 2-5 1-38 1-16 2-4 1-39 1-30 2-60 P Positie Prestaties Procedure Puntlassen L Litze Lussen 2-13 1-46; 1-47 R M Machine Massa Motoren Te 2-46 2-34 2-3 1-28 Referentievlak Regels 2-11 1-42 1-25 2 2-28 2-36 Beschrijving EMC verschijnselen Index S Signalen 2-32 Stelsels 2-20 Stervormige configuratie 1-48 Storing 1-9; 1-18; 1-20; 1-29; 1-30; 1-38 Susceptibiliteit 1-6 T Toepassingsgebied Transformator Transienten 1-6 2-19; 2-25 1-14 U Uitrusting 2-11 V Valkuilen Veiligheid Verbeteren Verbetering Verbindingen Voeding 2-54 1-42 2-5 2-6 2-45; 2-48; 2-52 2-18 3 Te Ondanks alle aan de samenstelling van de tekst bestede zorg, kan Schneider MGTE B.V. Nederland geen aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele schade die zou kunnen voortvloeien uit enige fout die in deze uitgave zou kunnen voorkomen. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt worden, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Schneider MGTE B.V. Nederland.
