10 EM-niveaus en zone-indeling
10.5 Voorbeelden van zone-indelingen
Enige voorbeelden van een zone-indeling worden gegeven.
kast Een zone-indeling voor één kast is op afbeelding 12 gegeven. Dit is tevens een voorbeeld van meervoudige zone. Binnen de kast kan zone 3 aangehouden worden met afgeschermde compartimenten voor zone 2 en zone 4. Bij grote systemen moet bij voorkeur voor elk EM-niveau een aparte kast gebruikt worden (afbeelding 13).
Een voorbeeld een zone-indeling in het horizontale vlak van een gebouw gebouw wordt gegeven op afbeelding 14 en voor een fabrieksterrein
op afbeelding 15.
Voor een gebouw kan eveneens een zone-indeling in de hoogte gemaakt worden. Een voorbeeld is gegeven op afbeelding 16.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 23
5798-040-012-D
zone 3 neutraal
zone 3 neutraal
4 3 2
stoorgevoelig zone 2
zone 4 storend
bedrading en bekabeling kabelaansluitpaneel Afbeelding 12
Zone-indeling in een kast
5798-040-013-D
neutraal zone 3 stoorgevoelig
zone 2
storend zone 4
bekabeling Afbeelding 13
Zone-indeling bij gebruik van meerdere kasten
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 24
5798-040-014-D
kantoren hal laboratorium
controleruimte productieruimte
magazijn en opslagruimte
1 1 1
3 2
3
3 MV/LV
zone nummer Afbeelding 14
Zone-indeling van een fabrieksgebouw
5798-040-015-D
kantoren
laboratorium
1
2
3
MV/LV 3
zone nummer
besturingsruimte controle- en
hal werk- of productieruimte
magazijn en opslag
1
1
2
MV-lijn
Afbeelding 15
Zone-indeling van een gebouw
Samenvatting
Een aantal verschijnselen zijn besproken, waarvan de kennis nodig is bij de bespreking van de EMC-maatregelen. Dit zijn het skineffect, de statische elektriciteit en de karakteristieken van bliksemontladingen.
De toepassing van EMC-maatregelen en de zwaarten daarvan zijn afhankelijk van de EMC-eisen, die aan de apparaten, systemen en installaties gesteld worden en de EM-zones, waarin ze staan opgesteld. Om de zwaarte van de maatregelen in getalwaarden te kunnen aangeven, is het gebruik van dempingswaarden besproken. Tevens is aangegeven welke nauwkeurigheden daarbij gehanteerd moeten worden.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 25
Toetsing
Oefenstof
Uitwerkingen niet ter correctie inzenden
1. Bereken voor een roestvaststaalplaat met een dikte van 1 mm de frequentie, waarvoor deze dikte 6δ is.
2. Welke maatregelen kunnen genomen worden om het ontstaan van statische elektriciteit te vermijden?
3. Welke soorten bliksemontladingen zijn er?
4. In een lus met een oppervlak van 0,3 dm2, waarbinnen zich staal met eenµr= 800 bevindt, wordt door een bliksemstroom met een dI/dt = 3⋅1010A/s op een afstand van 0,4 m een spanning genduceerd.
Bereken deze.
5. a. Bereken hoeveel dB een spanningsverhouding 49 is.
b. Bereken de verhouding tussen de ingaande en de gedempte spanning bij een demping van 36 dB.
6. In welke soorten kunnen EM-omgevingen ingedeeld worden?
7. Als zowel storende als stoorgevoelige apparaten dicht bij elkaar opgesteld, welke maatregelen kunnen dan genomen worden?
Antwoorden op de vragen in de leskern
Bij de formules wordt de betekenis van de letters niet vermeld, deze moet uit de les gehaald worden.
1. Uit tabel 1 volgt voor de skindiepte van koper de formule:
δ= 67/√MMf [mm]
Voor f = 30 MHz = 30⋅106Hz volgt:
δ= 67/√MM M M M M30⋅106 = 0,012 mm
Voor koper is bij een frequentie van 30 MHz de skindiepte 0,012 mm.
2. Een storend apparaat behoeft niet storend te zijn. Een voorbeeld is een motor.
Een stoorgevoelig apparaat behoeft niet storend te zijn. Een voorbeeld is een sensor of opnemer.
3. Voor de berekening van de elektrische veldsterkte geldt de formule:
E = U/d Hierin is:
U = 10 kV = 104V d = 1 cm = 0,01 m zodat:
E = 104/0,01 = 106V/m = 1 MV/m
De elektrische veldsterkte heeft de zeer hoge veldsterkte van 1 MV/m.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 26
4. Voor de berekening van de magnetische veldsterkte in een draad geldt de formule:
H = I/2πr
a. Voor de indirecte inslag geldt met:
I = 60 kA = 60⋅103A r = 10 m
voor de magnetische veldsterkte:
Ha= 60⋅103/2π10 = 950 A/m
De magnetische veldsterkte aan de rand van het gebouw bedraagt 950 A/m.
b. Voor de directe inslag geldt met:
I = 10 kA = 104A voor de afstand:
r = I/2πHa= 104/2π⋅950 = 1,7 m
Op een afstand van 1,7 m van de bliksemafleider is de magnetische veldsterkte evengroot als voor de indirecte inslag.
Ook kan de volgende berekening gemaakt worden:
Voor de twee gevallen a en b geldt:
Ha= Hb De gevraagde afstand is dus 1,7 m.
5. Voor de berekening van de spanning in een lus, geïnduceerd door een bliksemstroom geldt de formule:
In de lus wordt een spanning van 160 V geïnduceerd.
6. a. De demping D voor de elektrische veldsterkte E is:
D = 20 log (Ein/Euit)
De demping van de afschermwand bedraagt 30 dB.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 27
b. De demping D voor een spanning U is:
D = 20 log (Uin/Uuit)
De formule kan ook geschreven worden als:
Uin/Uuit= 10(D/20) Hierin is:
D = 40 dB Uin= 2 V zodat:
Uuit= Uin/10(40/20)= 2/102= 0,02 V = 20 mV
De waarde van de stoorspanning na het filter bedraagt 20 mV.
Opmerking:
Beide waarden zijn ook met behulp van tabel 2 af te leiden.
7. Alle apparaten en systemen moeten voldoen aan:
– EMC-eisen van de EMC-richtlijn;
– mogen andere apparaten in het systeem of in de EM-omgeving niet storen;
– mogen niet door andere apparaten in het systeem of in de EM-omgeving gestoord worden.
Uitwerking van de oefenstof
1. Uit tabel 1 volgt voor de skindiepte van roestvaststaal de formule:
δ= 440/√MMf [mm]
Hieruit volgt voor de frequentie:
f = {440/δ}2
Er geldt voor de dikte:
d = 6δ= 1 mm
Voor de skindiepte geldt:
δ= 1/6 mm
Wordt deze waarde in de formule voor de frequentie ingevuld, dan volgt:
f = {440⋅6}2= 7,0⋅106Hz = 7 MHz
Bij een frequentie van 7 MHz is dikte van de roestvaststaalplaat gelijk aan 6 skindieptes.
2. Het ontstaan van statische elektriciteit kan vermeden worden door:
– het niet gebruiken van oplaadbare stoffen;
– als dit niet te vermijden is, bijvoorbeeld bij de fabricage van isolerende stoffen, het afleiden van de statische elektriciteit;
– het nemen van maatregelen aan elektronische apparaten om de gevoeligheid voor elektrostatisch ontladingen te verkleinen.
3. De volgende soorten bliksemontladingen zijn er:
– directe ontlading;
– indirecte ontlading;
– wolk-tot-wolk ontlading.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0 28
4. De spanning in de lus wordt berekend met de formule:
U = 2⋅10−7⋅µr⋅A⋅(dI/dt)/d Hierin is:
µr= 800
A = 0,3 dm2= 3⋅10-3m2 dI/dt = 3⋅1010A/s d = 0,4 m
Ingevuld volgt:
U = 2⋅10−7⋅800 . 3⋅10−3⋅3⋅1010/0,4 = 36000 V = 36 kV De in de lus geïnduceerde spanning bedraagt 36 kV.
5. De demping voor een spanning wordt berekend met de formule:
D = 20 log (Uin/Uuit)
a. In de formule is Uin/Uuit= 49 zodat:
D = 20 log (Uin/Uuit) = 20 log 49 = 34 dB b. In de formule is: D = 36 dB
zodat:
Uin/Uuit= 10D/20= 1036/20= 63.
De verhouding tussen de spanning is dus een factor 63.
Uit tabel 2 volgt met de globale waarden:
30 dB komt overeen met factor 30
6 dB factor 2
30+6 = 36 dB 2⋅30 = 60
en met de preciese waarden:
30 dB factor 31,6
6 dB factor 2
30+6 = 36 dB 2⋅31,6 = 63
Cijfers achter de komma worden weggelaten.
6. EM-omgevingen kunnen ingedeeld worden in 5 EM-niveaus:
EM-niveau 1 goed beschermde omgeving;
EM-niveau 2 beschermde omgeving;
EM-niveau 3 typische industriële omgeving (storend);
EM-niveau 4 sterk storende industriële omgeving;
EM-niveau X speciale situaties; meestal zeer sterk storende omgeving, maar ook zeer stoorgevoelige omgeving.
PBNA/eiyt30/EP
57.98-04.0
297. Bij de aanwezigheid van storende en stoorgevoelige apparaten, die dicht bij elkaar opgesteld staan, kan gebruik gemaakt worden van:
– EM-zone-indeling;
– gebruik van meervoudige EM-zones, zoals zones binnen andere zones.