EMC är ett komplext ämne . Många människor i ett företaget eller projekt är involverade. Detta kräver samarbete. EMC berör många problemområden från elläran via el- och elektronik, högfrekvensteknik till mekanik och juridik.

 

EMC-egenskaper uttrycks förvisso i elektromagnetiska termer, men har stor inverkan på det mekaniska utförandet; allt från mikrokretsar, kretskort och kablage till apparathöljen och installationer. EMC är också relaterad till: säkerhet, tillförlitlighet, signalintegritet och produktkvalitet.

 

Anslutningskablarnas inverkan på EMC-egenskaper

Först skall vi resonera kring kablarnas inverkan på EMC-egenskaper hos en apparat i allmänhet.

En fristående apparat utan anslutande kablar (t ex batteridriven) har ofta inte så stor inverkan på på elmiljön runt densamma och den är inte heller lättstörd. Detta på grund av avsaknaden av effektiva ”antenner” (= kablar) eller kopplingsvägar. För att mekaniska maskindelar, metallkapslingar eller kablar skall bli någorlunda effektiva som antenner bör de ha dimensionen större än en tjugondels våglängd (> 150 mm vid 100 MHz och 15 mm vid 1 GHz). Det innebär att eventuella emissions- eller tålighetsproblem oftast endast visar sig vid högre frekvenser.

 

Den grundläggande orsaken till radiofrekvent fältemission är ofta överlagrad common-mode-ström på kablar orsakade av övertoner, som genereras av switchfrekvenser. Det är en vanlig missbedömning att anta, att eftersom kablarna agerar som antenner, då måste emissionen orsakas av de signaler som kablarna är avsedda att bära. Det är vanligen inte fallet. Nyttosignalen uppträder differentielt, dvs i normal mod, men fältemissionen orsakas av oönskade överlagrade högfrekventa ”common mode”-signaler.

 

För att förhindra att kablarna agerar som antenner måste vi avkoppla (kortsluta vid aktuell frekvens) till ”jord”, tillika skärm. Trixet är att hitta rätt jord! Vi behöver ej en signaljord utan en gemensam jordreferens vars potential inte varierar i förhållande till marken eller närmaste metallstruktur. En sådan del strålar inte. Vi måste ofta skapa ett sådant jord-referensplan (eller skärm). Metallhöljet kan tjäna som en lokal jordreferens. Anslutningen måste vara lågimpediv för att filtreringen skall fungera.

 

Nätanslutning

De flesta apparater får sin spänningsförsörjning via lågspänningsnätet. (230 Vac i Europa). Den matande spänningens kvalitet kan variera, ofta förekommer det störningar överlagrat på nätspänningen. Möjlig elkvalitet specificeras av standarder, se t ex Figur 3.

 

Standarderna anger två olika generella elmiljöer: hushåll, kontor och lätt industri samt industri. I industrimiljö förekommer och det är tillåtet att emittera högre nivåer av störningar än i kontorsmiljö. De flesta störningskällor finns i samma anläggning som störningsoffret. En mycket stor andel av felfunktioner i industrimiljö orsakas av störningar, som kopplas via nätanslutningen.

 

Ett effektiv sätt att minska denna oönskade koppling är att undvika gemensam matning av olika användarkategorier. Till ex maskiner och datorer. Det rekommenderas att dra fram separata matningsledningar till olika grupper av förbrukare för att undvika svårlösta problem (se Figur 4 och 5).

De störningsproblem som man kan stöta på är t ex kopplingstransienter, åska, avbrott, olika typer av radiosändare. Dessa störningar orsakas av t ex termostater, kontaktorer, motorer, svetsar, växelriktare, ESD, mobiltelefoner, mm. Några specifika problemställningar måste också nämnas i sammanhanget: Common mode spänningsskillnader och Magnetfält pga vagabonderande strömmar.

 

Stora spänningsskillnader kan uppträda i vissa specifika miljöer där flera spänningsmatningssystem skall samsas och apparaterna samarbeta. Sådana är t ex tunnelbanestationer eller tågstationer. Var och en av dessa spänningsmatningssystem har sina egna referenser som kan permanent eller temporärt avvika från varandra. Detta måste tas i beaktande!

 

Lågspänningsmatningssystemen kan vara utformade enligt olika principer. Här skall vi beröra två 4-ledarsystem (Figur 6) och det modernare 5-ledarsystemet (Figur 7).

Med fyrledarsystem avses system med fyra ledare (tre fasledare och PEN-ledare), vilket används mellan transformator, huvudcentral och undercentraler. Detta system betecknas TN-C system. Lastströmmen i PEN-ledaren genererar ett spänningsfall i densamma, vilket medför störning av signalförbindelser med dubbla ”jordanslutningar”. Dessa sk vagabonderande strömmarna ger dessutom upphov till nätfrekvent magnetfält.

5-Ledarsystem (TN-S) har flera fördelar

• Inga vagabonderande belastningsströmmar
• Obs dock felströmmar vid dubbla jordanslutningar!
• Försumbar summaström ger litet magnetfält
• Ökad person- och brandsäkerhet
• Lägre gemensam-mod-störningsspänningar mellan apparater
• 5-ledarsystem bör övervakas
• Lägg märke till att PE- och N-ledarna endast får vara sammankopplade i EN punkt, vid t.e.x transformatorns noll-punkt
• Lägg märke till att N-ledarsystemet är ”trädformigt”
• Kabelskärmar, skyddsledare och andra ”jordledare” kan knytas samman till ett jordnät; ju tätare desto bättre
• Kabelskärmar kan vara anslutna till apparatjord i båda ändar utan att de brinner av pga vagabonderande nätfrekvent ström
• Observera att filterkondensatorer ger upphov till låg läckström i PE-ledare och i byggnad (Se: Byggnadsstyrelsen, ”Femledarsystem”, Tekniska byråns information nr 97, 1988-06)

 

Miklos Steiner

miklos@justmedia