Elektromagnetische interferentie ondanks afscherming: Wat kan de oorzaak zijn?

EMC-problemen in machines en installaties zijn doorgaans lastig te diagnosticeren. Ze uiten zich in sporadische sensorstoringen, onverklaarbare veldbusfouten of onregelmatigheden in servoaandrijvingen. Vaak ligt de oorzaak bij elektromagnetische storingen in moderne installaties. Frequentieregelaars en motoren werken met snelle schakelflanken, terwijl tegelijkertijd visionsystemen, IO-Link-componenten en industriële Ethernet-communicatie actief zijn. Dit vereist dat afscherming, aarding en kabelgeleiding consequent en correct worden uitgevoerd.

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) draait om contactvlakken, overgangen en vooral impedantie. Impedantie is de totale weerstand die een elektrische geleider of component biedt aan wisselstroom, afhankelijk van de frequentie. Hierbij spelen ohmse weerstand, inductantie en capaciteit gezamenlijk een rol.

Een veelgestelde vraag is: moet de kabelafscherming aan beide uiteinden of slechts aan één uiteinde worden aangesloten? Het antwoord hangt af van het type storing dat moet worden tegengegaan. In industriële toepassingen spelen hoogfrequente storingsstromen een dominante rol. Deze worden doorgaans het effectiefst gereduceerd wanneer de afscherming aan beide uiteinden wordt aangesloten. Een afscherming die slechts aan één zijde is aangesloten, kan deze stromen niet betrouwbaar afvoeren. Hierdoor neemt het risico toe dat kabels zelf elektromagnetische storingen uitstralen of storingen overdragen op aangrenzende kabels.

Bij zeer gevoelige analoge signalen met lage frequenties kan een aansluiting aan één zijde in specifieke gevallen zinvol zijn om aardlussen te voorkomen. In moderne systemen gaat de voorkeur echter uit naar een andere aanpak: een zorgvuldig ontworpen potentiaalvereffeningssysteem in combinatie met een duidelijk gedefinieerde aansluiting van de afscherming. Dit vormt een essentieel onderdeel van een stabiele EMC, vooral bij modulaire machines.

De effectiviteit van een afscherming staat of valt met de aansluiting ervan. Een veelgemaakte installatiefout is de zogenaamde pigtail-aansluiting. Hierbij wordt de afscherming losgemaakt, tot een afzonderlijke draad getwist en vervolgens met de aarde verbonden. Dit is problematisch bij hoge frequenties, omdat de draad inductantie aan het circuit toevoegt en daarmee de werking van de afscherming juist tegenwerkt.

Een betere oplossing is een volledig rondom aangesloten 360°-verbinding, bijvoorbeeld met EMC-kabelwartels, afschermklemmen of afschermbeugels op een afschermingsrail. Bij voorkeur wordt de aansluiting rechtstreeks op een geleidend montageoppervlak gerealiseerd.

De vuistregel luidt: breed in plaats van lang. Daarnaast moeten de contactvlakken elektrisch betrouwbaar zijn. Lak, oxidatielagen en vuil verminderen de effectiviteit van de afscherming aanzienlijk.

Bij de engineering van schakelkasten zijn motorkabels een van de belangrijkste bronnen van elektromagnetische storingen. Daarom is het raadzaam om deze kabels goed af te schermen en de afscherming aan beide uiteinden op een duidelijk gedefinieerde manier aan te sluiten, zo dicht mogelijk bij de uitgang van de frequentieregelaar en bij de motor of, indien van toepassing, bij de connector. Daarnaast zijn een correct aangesloten beschermingsleiding (PE) en een goede potentiaalvereffening noodzakelijk. Als de deur van de schakelkast, de montageplaat, de PE-rail en het machineframe niet goed met elkaar zijn verbonden, blijft de effectiviteit van zelfs een goed aangesloten afscherming beperkt.

Ook de manier waarop kabels worden gelegd, speelt een belangrijke rol. Voedings-, signaal- en datakabels moeten altijd gescheiden van elkaar worden geleid. Wanneer deze kabels parallel in dezelfde kabelgoot liggen, neemt het risico op elektromagnetische koppeling aanzienlijk toe. Als kabels elkaar moeten kruisen, blijkt in de praktijk dat kruisingen onder een hoek van 90° doorgaans een betrouwbaardere oplossing bieden.

Door deze richtlijnen tijdens de installatie te volgen, kunnen veel EMC-problemen worden voorkomen en kan de beschikbaarheid van de installatie merkbaar worden verhoogd.