Miksi EMC-suojaus on tärkeää?

Nykyään on vaikea löytää tai kehittää tuotetta tai teollisuuslaitosta, jossa ei olisi modernia kaapeliteknologiaa. Kaikkialla puhutaan sellaisista asioista kuin Teollisuus 4.0, Big Data ja täysin automatisoidut prosessit.

Osia näistä prosesseista hallitaan tai ohjataan taajuusmuuttajilla, muuntajilla, sähkökytkimillä ja tietoliikennevälineillä.

Tällaisissa kytkentäprosesseissa on kuitenkin aina toimintahäiriön vaara. Koneiden ongelmaton toiminta vaatii tarkkuutta ja oikeiden komponenttien valintaa.

Tavoitteena on varmistaa, että kaikki prosessit toimivat sujuvasti ja virheettömästi. Radiovastaanotossa kuuluvat häiriöt voivat olla ärsyttäviä, mutta sopivissa olosuhteissa tällaiset häiriöt voivat aiheuttaa paljon dramaattisempia seurauksia esimerkiksi lääkinnällisen tekniikan järjestelmävikoina.

Sen vuoksi teollisuusympäristössä vaaditaan aina vain parempaa suojausta sähkömagneettisia häiriöitä vastaan. Sitä kutsutaan sähkömagneettiseksi yhteensopivuudeksi (EMC).

Miten EMC toimii?

Sähkömagneettiset häiriöt ovat aina peräisin jostakin häiriölähteestä. Se voi olla suurta virtaa käyttävä laite, esimerkiksi taajuusohjattu moottori tai kaapeli.

Häiriölähteen vastapuolena on häiriöitä vastaanottava laite. Tällainen häiriön vastaanottaja voi olla esimerkiksi anturi tai datakaapeli.

Näiden kahden laitteen välinen kytkeytymismekanismi aiheuttaa häiriön. Nämä kytkeytymismekanismit voidaan jakaa neljään tyyppiin:

Häiriölähde ja häiriön vastaanottaja ovat yhteydessä keskenään esimerkiksi yhteisen maadoitusjohtimen kautta. Yhteisen maadoitusjohtimen kautta johtuva häiriövirta aiheuttaa sähkömagneettisia häiriöitä.

Induktiivinen kytkeytyminen
Induktiivisessa kytkeytymisessä häiriölähde ja vastaanottaja ovat lähellä toisiaan, mutta eivät yhteydessä keskenään. Häiriön aiheuttaja on magneettikenttä.

Käytännössä kyseessä on tavallisesti näiden neljän mekanismin yhdistelmä, joka on estettävä esimerkiksi käyttämällä suojattuja kaapeleita.

Mikä on EMC-direktiivi?

EMC-direktiivin 2014/30/EU 3 artiklassa määritellään, että sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) tarkoittaa

”[...] laitteiston kykyä toimia tyydyttävästi sähkömagneettisessa ympäristössään aiheuttamatta kohtuuttomia sähkömagneettisia häiriöitä muulle samassa ympäristössä olevalle laitteistolle”.

Tämän määritelmän mukaisesti sähkömagneettisella yhteensopivuudella on kaksi pääasiallista osa-aluetta:

- Laitteiston ei pidä synnyttää sähkömagneettisia häiriöitä.

- Laitteiston ei pidä vastaanottaa sähkömagneettisia häiriöitä ympäristöstään.

EMC-suojaus mitataan ja määritellään käyttäen kytkentäimpedanssia [mΩ/m] ja/tai suojavaimennusta [dB]. Kytkentäimpedanssi määritellään tavallisesti taajuudella 30 MHz. Yli 50 MHz:n taajuuksilla käytetään tavallisesti suojausvaimennusta.

Kytkentäimpedanssia ja suojausvaimennusta ei voi laskea. Se tarkoittaa, että arvot voi määrittää vain mittaamalla. Nämä arvot määritetään standardissa EN 50289-1-6 määritellyllä kolmiakselisella mittauksella.

LAPP tarjoaa muiden tuotteiden ohella myös kaapeleita ja liittimiä. Laitteistojen sähkömagneettista yhteensopivuutta koskevien säädösten mukaan ne ovat komponentteja, joilla ei ole suoranaista toimintaa. EMC-direktiivi 2014/30/EU ei koske näitä komponentteja eikä niissä näin ollen ole EMC-direktiiviä koskevaa CE-merkintää.

LAPP-tuotteissa olevat CE-merkinnät koskevat esimerkiksi heikkojännitedirektiivin, RoHS-direktiivin ja rakennustuoteasetuksen CE-vaatimustenmukaisuutta.

EMC-direktiivi ei juurikaan käsittele kaapeleita tai liittimiä. Sen vuoksi tällaisiin komponentteihin sovelletaan pääasiassa EMC-standardien vaatimuksia, kuten suunnittelustandardia DIN EN 50525-2-51:2012.

Tämä standardi edellyttää osoitusta suojatuissa kaapeleissa käytettävien kuparisten häiriösuojien tehokkuutta koskevien vähimmäisvaatimusten täyttämisestä. Tehokkuus mitataan kytkentäimpedanssina edellä kerrotulla tavalla. Harmonisoidut, häiriösuojatut versiot merkitään standardin mukaan tunnuksella H05VVC4V5-K.

LAPP-tuotevalikoimaan kuuluvat seuraavat harmonisoidut kaapelit, nämä löydät sivuiltamme kohdasta PVC-vaippaiset kaapelit

• H05VVC4V5-K

• ÖLFLEX® 150 CY

Aina kun sähkömoottoreita, kytkimiä ja kaapeleita käytetään sähköenergian siirtoon, ne synnyttävät sähkömagneettisia häiriöitä. Sähkömagneettiset häiriöt voivat haitata datakaapelien, anturien ja vastaavien laitteiden toimintaa.

Sen vuoksi kaikilla häiriöherkillä aloilla pitäisi käyttää ohjaus- ja virransyöttökaapeleina sekä datakaapeleina vain sähkömagneettisella suojauksella varustettuja kaapeleita.

Virta- ja ohjauskaapelien suojana käytetään neljää päätyyppiä. Niistä kolme sopii erityisesti EMC-suojaukseen.

Kuparipunossuojus

Yleinen tapa suojata kaapeleita on käyttää kuparipunosta sydämen ja vaipan välissä. Tinatuista kuparilangoista muodostuva punos peittää noin 80 prosenttia johtimen pinta-alasta ja muodostaa tehokkaan suojan sähkömagneettisia kenttiä vastaan. LAPP-tuotteissa tällaiset kaapelit tunnistaa tuotenimessä olevasta lyhenteestä C, esim. ÖLFLEX® Classic 110 CY tai ÖLFLEX® Servo 719 CY. Kuparipunossuojus voi olla punottu eri tavoin. Yksi merkittävä tekijä on punoskulma. Huomattavaa liikkuvuutta edellyttävissä käyttökohteissa, kuten kaapeliketjuissa, kuparipunos on jyrkemmässä kulmassa kaapelin sydämien ympärillä niin, että se kiertää 360 astetta sydämen ympäri lyhyemmällä matkalla. Robottikaapeleissa, joiden pitää kestää miljoonia kiertokertoja, punokset eivät ole hyvä ratkaisu, sillä niihin syntyy silloin ajan mittaan aukkoja.

Robotiikassa käytettävissä liikkuvissa johtimissa, joiden on kestettävä kiertoliikettä, käytetään usein suojana kierrettyä tinattua kuparilankaa. Koska suojan muodostavat kuparilangat ovat samansuuntaisia, kaapelin kiertyminen ei aiheuta ongelmia. Toisaalta sähkömagneettisten häiriöiden suojaus on usein huonompi, sillä suojalangat eivät limity keskenään. LAPP-tuotteissa tällaiset kaapelit tunnistaa tuotenimessä olevasta lyhenteestä D, esim. ÖLFLEX® Robot 900 DP.

Yksittäiset johtimet tai kaapelin kaikki johtimet voidaan kääriä muovilaminoituun alumiinifolioon. Foliosuojaus suojaa kaapeleita erityisesti suuremmilla taajuuksilla. Kaapeleissa voi usein olla monenlaisia suojuksia, esimerkiksi  ÖLFLEX® SERVO 2XSLCH-J  on varustettu muovilaminoidulla alumiinifoliolla ja kuparilankapunoksella.

Periaatteessa datakaapelien suojaamiseen käytetään samantyyppisiä suojia kuin virransyöttö- ja ohjauskaapelienkin, mutta EMC-suojattujen datakaapelien nimissä käytetään tavallisesti erilaisia lyhenteitä:

Kuparipunossuojus S (”screened”)

Foliosuojaus F (”foiled”)

Lisäksi datakaapeleista on EMC-suojauksen suhteen vielä kaksi eri versiota:

Tiedonsiirto on erityisen häiriöaltista, joten datakaapeleina käytetään pääsääntöisesti aina häiriösuojattuja kaapeleita. Tietyillä signaalinsiirron osa-alueilla käytetään kuitenkin suojaamattomia datakaapeleita, jotka on merkitty lyhenteellä U (”unscreened”).
Tällaisia ovat esimerkiksi Cat.6-verkkokaapeli  ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH, Cat.5e-Ethernet-kaapeli  ETHERLINE® LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24 tai kenttäverkkojärjestelmiin tarkoitetut  UNITRONIC® BUS ASI  kaapelit.

Toinen datakaapelityyppi on niin kutsuttu kierretty parikaapeli. Kaksi erillistä datakaapelia on kierretty toistensa ympärille pariksi. Sen ansiosta kenttävaikutukset kumoavat toisensa. Nämä kaapelit tunnistaa lyhenteestä TP (”twisted pair”).

Esimerkiksi kaapelimerkintä ETHERLINE Cat 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP tarkoittaa seuraavaa: ScreenedFoiled/UnscreenedTwistedPair (punos- ja foliosuojattu / suojaamaton kierretty parikaapeli). Tässä verkkokaapelissa on kuparipunoksesta ja alumiini-muovifoliosta muodostuva yleishäiriösuoja. Johdinpareja ei ole suojattu (suojaamaton kierretty parikaapeli).

Tiesitkö, ettei häiriösuojaus toimi, jollei sitä ole maadoitettu? Häiriösuojan ja maan välisen sähköisen vastuksen pitää olla mahdollisimman pieni. Sen vuoksi kontaktipinnan pitää olla mahdollisimman suuri. Kasaan kierretty suojapunos, joka on kiinnitetty liitinkoteloon yhdestä kohdasta muutamalla ohuella langalla, synnyttää huonoimmassa tapauksessa suuren impedanssin lyhyellä matkalla. Sen vuoksi tällainen maadoitus ei ole suositeltava.

Sen sijaan suojan pitäisi olla kosketuksessa joka puolelta kohdassa, jossa kaapeli kulkee läpiviennistä liittimeen. Vain silloin liitinkotelo voi toimia Faradayn häkkinä ja torjua luotettavasti ulkoa tulevat häiriösignaalit. Lisäksi on tärkeää, että tämä suojus on kytketty maahan kaapelin kummassakin päässä.

LAPP-läpiviennit, kuten SKINDICHT® SHVE-M, tarjoavat vastukseltaan pienen 360 asteen kontaktin suojapunokseen. Mukana on vedonpoistaja, joten se tarjoaa hyvän suojan maadoittavana kaapeliläpivientinä. Ominaisuuksiensa ansiosta SKINDICHT®-läpiviennit sopivat erityisen hyvin ympäristöön, jossa on voimakasta tärinää.

Jos kaapelien halkaisijat ovat keskenään erilasia, kannattaa käyttää SKINTOP®-sarjan läpivientejä. Niille on ominaista helppo ja nopea kokoonpano ja laaja tiivistysalue. SKINTOP® MS-SC-M  läpiviennin joustava häiriösuojakontaktijousi muodostaa hyvin sähköä johtavan, impedanssiltaan pienen kosketuksen kaapelin häiriösuojukseen.

Mahdollisimman monipuolisia asennusvaihtoehtoja kaipaavilla on tarjolla  SKINTOP® BRUSH  holkkitiiviste, jossa on tuhansista harjaksista muodostuva rengasmainen harja. Laaja ja monipuolinen kiristysalue tekee asentamisesta, purkamisesta ja käyttöönotosta helppoa ja nopeaa. Kaapelin keskittäminen, kiinnitys, vedonpoisto ja ilmatiivis tiivistys tapahtuvat kaikki kerralla samalla toimenpiteellä. Ulkoisten häiriösignaalien indusoimat virrat kulkeutuvat tehokkaasti johtavuudeltaan erinomaisen 360 asteen harjasuojauksen kautta. Tämä on erityisen tärkeää herkkien signaalien siirrossa. Ja vaikka liitintä ja kaapelia kierrettäisi tai käänneltäisi miten tahansa, kaapelin suojapunoksen ja tiivisteen liitinharjan välinen kosketus säilyy aina yhtä hyvänä.

Jos asennat kaapelin maalatun tai pulverimaalatun kotelon läpi,  SKINDICHT® SM-PE-M tiivisteen leikkaavat reunat takaavat kiristettäessä parhaan mahdollisen maadoituskontaktin kotelon eristävän kerroksen läpi.

Jokainen järjestelmä on vain niin hyvä kuin sen heikoin lenkki. LAPP-liitinjärjestelmissä on se etu, että niissä käytetään kaikkia edellä mainittuja häiriösuojan kytkentäkonsepteja. EMC-läpiviennit on usein integroitu liittimeen, niissä on mahdollisuus kaapelinsuojaletkun kytkemiseen ja niiden kautta voi kytkeä kaapelin häiriösuojan liitinjärjestelmän toimivaan tai PE-kontaktiin.

Vakiokotelo on pulverimaalattu ja varustettu sähköä johtamattomalla tiivisteellä kotelon osien välillä, mikä eristää ne toisistaan. EPIC® EMC -liittimet tarjoavat 360 asteen suojauksen ja tärinää kestävän liitoksen häiriösuojalle. EMC-liittimet tunnistaa niiden sähköä johtavasta metallisesta, yleensä nikkelöidystä, pinnasta. Tiivisteiden rakenne on sellainen, että kotelon kaksi toisiinsa kiinni ruuvattua tai puristettua puoliskoa muodostavat vastukseltaan vähäisen kosketuksen metalli metallia vasten. Läpivientiä koskee sama periaate kuin asennusseinääkin.

Suorakaiteen muotoisissa liittimissä on integroitu BRUSH-holkkitiiviste. Siksi EPIC® ULTRA H-A 3 ja EPIC® ULTRA H-B 6-24 ovat helppoja koota ja niiden rakenne tarjoaa laajan kiristysalueen häiriösuojatuille kaapeleille.

Jos taas tarvitset tilaa säästävää rakennetta esimerkiksi apukäyttöön, toimilaitteeseen tai anturiin, suosittelemme LAPPin POWER- ja SIGNAL-pyöröliittimiä. Ne on varustettu niihin sovitetuilla EMC-läpivienneillä toimilaite- ja datakaapeleita varten.

Jos tarvitset tärinänkestävää liitosta virtalähteeseen, siihen sopivat integroidulla EMC-läpivientitiivisteellä varustetut EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1 25A, EPIC® POWER LS1.5 70A tai EPIC® POWER LS3 pyöröliittimet.

Anturi-, kenttäväylä-, resolveri- ja kooderikaapeleihin LAPP tarjoaa esimerkiksi EPIC® SIGNAL M17 tai EPIC® SIGNAL M23 -liittimiä.

Jos järjestelmässä olevaa suojaamatonta kaapelia ei jostakin syystä voi vaihtaa tai jos kaapelien on oltava suojattuja sähkömagneettisilta häiriöiltä vain tietyissä osissa järjestelmää, kaapelit voidaan varustaa erikseen hankittavilla kuparipunoksilla tai päällystää 3M Scotch 1183 screening tape -suojateipillä suojaavien LAPP-kaapeliletkujen lisäksi. Tällaisiin järjestelmiin LAPP tarjoaa kaksiosaisen SHIELD-KON®  häiriösuojaliittimen, jolla voi kytkeä kuparipunoksen kotelon seinään tai liitinkontaktiin yhdistettäväksi kaapelin häiriösuojaan.

Optimaalinen suojausteho saadaan kaapelilla, jossa on kaksoishäiriösuoja tai joka asetetaan kupari- tai teräsputkeen. EMC-mielessä tällaiset suojat ovat täysin tiiviitä. Tällaiseen käyttötarkoitukseen LAPP SILVYN® antaa optimaalisen EMC-suojauksen. SILVYN®-tuotesarjan  EMC AS-CU-suojaletku on kuparipunoksella varustettu metallinen kaapelinsuojaletku. Se sopii erityisen vaativiin olosuhteisiin, jossa on hyvin tiukat sähkömagneettiset vaatimukset. EMC-suojatun järjestelmän viimeistelee EMC-suojauksella ja integroidulla vedonpoistolla varustettu  SILVYN® MSK-M BRUSH -holkkitiiviste suojaletkuille.

Huono sähkömagneettinen yhteensopivuus on usein seurausta huonosta asennuksesta. Teollisuudessa on pitkään ollut normaali käytäntö hankkia kaapelit ja liittimet erikseen ja kytkeä ne toisiinsa vasta, kun ne asennetaan koneeseen tai tuotantolaitokseen.

Tämä on joustava toimintatapa, mutta sillä on monia haittapuolia: Työn laatu jättää usein toivomisen varaa: asentaja voi esimerkiksi leikata liian syvältä ja vaurioittaa johtimen eristettä tai kytkeä häiriösuojan liitinkoteloon vain joistakin kohdista, mikä voi aiheuttaa sähkömagneettisen yhteensopivuuden ongelmia.

Tämän vuoksi valmiskaapelit ovat yleistymässä. LAPP-mallistossa ne kulkevat nimellä ÖLFLEX® CONNECT. Kaapeli ja liitin on liitetty toisiinsa jo tehtaalla. Asiakas voi jopa saada täydelliset kaapeliketjut, joissa on valmiiksi asennetut kaapelit ja suojaletkut. LAPP vastaa myös suunnittelusta. Näin asiakas saa aina varmasti parasta mahdollista laatua samalta toimittajalta ja voi keskittyä varsinaiseen työhönsä, koneen rakentamiseen.

Ota meihin yhteyttä, me löydämme parhaan ratkaisun tarpeisiisi!