Generellt om skyddsledare och EMC

Skyddsledare eller PE-ledare (protective earth, oftast gul-grön) har till uppgift att skydda människor och djur från elektrisk chock i apparater med farliga spänningar. PE-ledaren fyller sällan någon uppgift i något annat EMC-sammanhang; den krävs av ”Lågspänningsdirektivet”!

 

PE-ledarens uppgift är att lösa ut säkringen i matningsledningen, ifall det inträffar ett överslag i apparaten, som gör att åtkomliga ledande delar (chassi, kåpa etc) skulle kunna bli spänningsförande. Skyddsledaren har alltid gröngul färg och skall vara dimensionerad för uppgiften, dvs att den skall tåla den kortvariga kortslutningsströmmen och, för att säkerställa att säkringen löser ut, inte begränsa den senare. Vanligen ska PE-ledaren ha minst samma dimension som de matande fasledarna.

 

Förväntningarna på skyddsledarens positiva inverkan på EMC-egenskaper för frekvenser över 50 Hz är ofta överdrivna eller saknar grund.

PE-ledare som kortslutning

Under mina tidiga år som elektronikkonstruktör medverkade jag till att införa åtgärder i en apparats konstruktion, som med mina kunskaper i EMC idag ter sig mer eller mindre meningslösa ur EMC-synvinkel. Vi upptäckte att vissa delar av mekaniken inte hade tillfredsställande elektrisk anslutning till varandra, detta på grund av isolerande färg, eloxering mm. För att åtgärda detta förband vi de tveksamt anslutna delarna till ”nollpotential” via tre gröngula ledare på ca 100 mm vardera.

 

Vi tyckte då att det var en bra åtgärd. Vad jag inte var medveten då, men jag vet idag följande: Ledare, som avses att vara kortslutande, fungerar mot uppladdning av statisk elektricitet eller vid låga frekvenser (likström eller nätfrekvens 50 – 60 Hz).

 

Varför? En rak ledare har en egeninduktans som gör dess impedans frekvensberoende enligt formeln:

 

Z = jωL

 

Där ω är frekvensen ( 2πf ) och L är ledningens egeninduktans. Man brukar uppskatta L att vara i storleksordningen 1 nH/mm (eller 1 mikroH/m).

Enligt en vedertagen tumregel: en ledare vars längd är en tusendels våglängd har en impedans på ca 2 ohm vid aktuell frekvens.

 

Exempel: En 3 mm lång rak ledare representerar 2 ohm impedans vid 100 MHz. Alltså: våra tänkta kortslutningars impedans hamnade i storleksordningen 66 ohm vid denna frekvens. Ingen kortslutning!

 

Anslutning av filterhus

För att få de utlovade egenskaperna av ett nätfilter måste man se till att de ansluts på rätt sätt. Både skyddsledaranslutning och lågimpediv anslutning är nödvändiga för att erhålla önskade egenskaper.

 

Skyddsledaranslutningen behövs för elsäkerhet och den lågimpediva anslutningen behövs för att filteregenskaperna skall komma till sin rätt. Ett filterhus skall vara direktanslutet till apparatens chassi eller monteringsplåt, se Figur 2 och 3.

 

Avledning med tråd

En trådanslutning fungerar alldeles utmärkt för avledning av statisk elektricitet. Jag kan referera till ett intressant fall: under en tålighetsprovning avseende ESD inträffade följande:

 

I en frontpanel, bakom en tunn isolering, satt en displayenhet med en synlig metallram runt enheten. Vi skulle testa om spänningshållfastheten till metallramen var tillräcklig genom att föra en laddad ESD-pistol utanför nämnda isolerade metallramen. Vi fick inte omedelbar urladdning men efter en stund så small det innanför displayen med ”system reset” som följd. Vid närmare undersökning visade sig att displayens metallram inte var ansluten och därmed kunde laddas upp av ESD-pistolens starka E-fält, via influens.

Åtgärden blev att anbringa en tråd mellan displayens ram och dess nolledare, vilket förhindrade uppladdning av ramen.

 

Nästan som tråd

Figur 4 visar en slags adapter från en välkänd tillverkare av elektronik. I bägge ändan sitter 2 metallkontakter som är förbundna med varandra via en relativ smal metallskena på den övre sidan av adaptern. Resten av kapslingen är plast. Den smala skenan utgör en viss induktans vid högre frekvenser och försämrar överföringen. Det andra felet är att det saknas skärm, eftersom kapslingen är av oskärmad plast. Det kommer att vara stor induktiv koppling mellan strömmen i metallskenan och ledningarna i plastkapslingen: dvs både dålig ”jordning” och stor störningsinkoppling i signalledningarna!

 

Det hade, ur EMC-synvinkel, varit en mycket bättre konstruktion om adaptern hade helt metallhus eller åtminstone ytterligare parallella förbindningar mellan de metalliska kontaktramarna.

 

Apparatskåp och PE-ledare

Figur 5 visar ett apparatplåtskåp. Bilden visar anslutningen mellan apparatskåp och skåpdörr, som behövs med hänsyn till störningar vid måttligt höga frekvenser. Därav flätan, som är bred i förhållande till sin längd. Lågspänningsdirektivet föreskriver även en gröngul PE-ledare som förbinder skåp och dörr.

 

 

Miklos Steiner