EMC
Bekabeling
In deze les worden de maatregelen besproken, die nodig zijn om het transport van stoorsignalen door kabels te beperken. Daarbij behoren het afschermen van kabels en de indeling in kabelcategorieën.
Verder worden de kabellegging en het gebruik van kabeldraagsystemen besproken.
Inhoud van de leskern 1 Inleiding
2 Kabelsoorten
3 Afscherming van kabels en transfer-impedantie 4 Aansluiting van kabelmantels
5 Kabelcategorieën 6 Resonanties in kabels
7 Tegengaan van het ontstaan van velden en koppelingen 8 Glasvezelverbindingen
9 Netwerken
10 Kabeldraagsysteem
11 Installatie van kabels in systemen en installaties 12 Installatie van kabels binnen kasten
PBNA/eiyt23/EP
57.98-06.0 2
Leskern
1 Inleiding
De manier van bekabeling is belangrijk, omdat kabels stoorsignalen door de systemen of installaties kunnen vervoeren.
Parallel lopende kabels kunnen onderling koppelen en daardoor stoorsignalen van de éne kabel in de andere overbrengen. Dit is zowel buiten als binnen kasten het geval.
Bovendien kunnen kabels als antennes werken. Ze kunnen
stoorsignalen uitzenden in de vorm van magnetische of elektrische velden. Ook kunnen velden in kabels koppelen en daarin stromen en spanningen veroorzaken.
Door een weloverwogen kabellegging kunnen deze verschijnselen zodanig beperkt worden, dat interferentie vermeden wordt.
Bij de bespreking van kabellegging wordt ook de afscherming van kabels ingegaan. Dit geeft een zekere overlapping met de volgende les, die over afscherming gaat en waarbij ook de afscherming van kabels weer ter sprake komt.
2 Kabelsoorten
2.1 Inleiding
De keuze van de kabelsoorten, die voor een systeem of installatie gebruikt worden, moet weloverwogen vanuit een EMC-oogpunt gemaakt worden. Dit betekent, dat er hoofdzakelijk afgeschermde kabels met bijbehorende wartels en connectoren om de
afschermmantels te verbinden gebruikt moeten worden.
Worden niet-afgeschermde kabels gebruikt, bijvoorbeeld voor het voedingssysteem, dan kan het nodig zijn deze apart van de andere kabels te leggen en in de aders filters aan te brengen.
De meest voorkomende kabelsoorten zijn:
– aderparen, niet afgeschermd (UTP - unshielded twisted pair);
– afgeschermde aderparen (STP - shielded twisted pair);
– coaxiale kabels;
– gearmeerde kabels;
– enkel afgeschermde kabels;
– kabels met een dubbele mantel;
– kabels met massieve afschermmantel;
– glasvezelkabel.
2.2 Bedrading
Naast verbindingen via kabels wordt in sommige gevallen bedrading gebruikt. Buiten kasten moet geen losse bedrading toegepast worden.
Binnen kasten wordt, naast kabels, wel vaak losse bedrading gebruikt.
2.3 Afgeschermde kabels
mantel De afschermdemping van kabels hangt af van de soort mantel. Bij gevlochten mantels hangt de demping af van de dichtheid en de spoed van het vlechtwerk.
PBNA/eiyt23/EP
57.98-06.0 3
2.3.1 Kabels met enkelvoudige afschermmantel Kabels met enkelvoudige afschermmantels worden veel gebruikt.
Enkele soorten mantels zijn:
– koperdraadomvlechting
Kabels met een enkele draadomvlechting worden het meest gebruikt. De afschermdemping is 20 dB of hoger.
– vertinde koperdraadomvlechting
Bij kabelmantels, waar van de draden vertind zijn, maken deze beter contact dan bij blanke koperdraden en is de demping iets hoger.
– verzilverde koperdraadomvlechting
Kabelmantels met verzilverde draden worden gebruikt voor hoge frequenties. Door het skineffect lijkt het of de draden van zilver zijn. Door de hogere geleidbaarheid daarvan is de
afschermdemping groter.
– armering uit staaldraadomvlechting
Kabels met een staaldraadomvlechting hebben een afschermende werking. Globaal genomen is de demping lager dan van een koperomvlechting, zowel door de hogere soortelijke weerstand als door de meestal lossere vlechting van de mantel. Voor lage
frequenties is de demping echter hoger door de magnetische permeabiliteit van het staal.
– aluminiumband
De demping van aluminiumband hangt af van de overlap van de gewonden band. De demping van kabels met band is lager dan van kabels met gevlochten koperdraadmantels.
– massieve koperen buis
Omdat er geen openingen in de afscherming aanwezig zijn, is de demping van een massieve mantel het hoogst. Dit geldt speciaal voor hoge frequenties.
2.3.2 Kabels met meervoudige afschermmantels
Voor het bereiken van hoge afschermdempingen worden kabels met meervoudige mantels gebruikt. Enkele soorten mantels zijn:
– dubbele contact makende koperdraadomvlechtingen
Kabels met twee contact makende afschermmantels hebben een demping, die ruwweg twee keer zo groot is dan van een kabel met een enkelvoudige afschermmantel, dus minimaal 40 dB.
– dubbele van elkaar geïsoleerde koperdraadomvlechtingen
Kabels met van elkaar geïsoleerde mantels worden gebruikt, als er voor de afscherming twee van elkaar gescheiden mantels nodig zijn. Dit is bijvoorbeeld het geval als er naast afscherming voor EMC-doeleinden ook rekening gehouden moet worden met koppeling van laagfrequent signalen, zoals de netfrequentie en harmonischen daarvan (‘brom’).
In andere gevallen moeten deze kabels niet gebruikt worden, omdat er in dit soort kabels resonanties kunnen optreden door capacitieve koppeling tussen de beide mantels.
– meervoudige mantels uit verschillende materialen
Een voorbeeld van een kabel met meervoudige mantels is de superscreen zogenaamde ‘superscreen’ kabel. Deze heeft drie mantels. De
buitenste en de binnenste mantels zijn van gevlochten koperdraad met daartussen een mantel van gewonden band. Het materiaal van de band heeft een hoge magnetische permeabiliteit, en is
bijvoorbeeld van mu-metaal. Deze kabel heeft een hoge
afschermdemping, zowel laag- als hoogfrequent, en is toch soepel, zeker vergeleken met een massieve afscherming, waarmee de afschermdemping te vergelijken is.
PBNA/eiyt23/EP
57.98-06.0 4
2.4 Coaxiale kabels
Kabels met één coaxiale ader met daarom een mantel, hebben een karakteristieke impedantie. Deze ligt meestal in het impedantiegebied Z0= 50 - 100Ω.
retourgeleider De mantel dient zowel als retourgeleider voor het signaal op de binnenader, waarbij de stroom aan de binnenkant van de mantel loopt, afscherming als voor afscherming van stoorsignalen, waarbij de stroom aan de
buitenzijde van de mantel loopt.
Kabels met één coaxiale binnengeleider en twee van elkaar
triaxiale kabel geïsoleerde mantels heten triaxiale kabels. De ader en de binnenste mantel werken als coaxiale kabel en de binnenste mantel vormt met de buitenste mantel een twee coaxiale kabel.
Soms wordt deze kabel gebruikt als dubbel afgeschermde coaxiale kabel.