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EMC
en kabelkanalen
Gebruik van kabelkanalen
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Het ontwerp van kabelkanalen kan een belangrijke rol spelen in het realiseren
van EMC (ElektroMagentische Compatibilteit) van een installatie. Dit geldt
uiteraard alleen voor kabelkanalen uit metaal. Ze kunnen namelijk het aardvlak
onder de kabels vormen. Kabelkanalen uit kunststof hebben geen enkele invloed op
de EMC van de installatie. De constructie en de montage van de kabelkanalen
moeten aan een aantal voorwaarden voldoen om de EMC van de installatie te
verbeteren.
EMC is een gebied dat de laatste tijd steeds meer aandacht vereist. Dat geldt
ook bij de opbouw van systemen en installaties. Daarvoor zijn een aantal redenen
aan te wijzen. Het gebruik van gevoelige elektronica zoals PLC’s (Programmable
Logic Controllers) en computers, neemt steeds toe. Dit gebeurt echter samen met
het toenemende gebruik van sterk storende apparaten zoals frequentieregelaars
voor motoren. Ook storingen uit de omgeving spelen een rol. Daarbij moet
bijvoorbeeld gedacht worden aan het gebruik van draagbare communicatie
apparatuur. Daarnaast moeten elektrische en elektronische apparaten aan de door
de EU opgestelde EMC-richtlijn voldoen.
Dit heeft ertoe geleid dat ook systeembouwers een toenemende aandacht voor EMC
gekregen hebben. Naast het elektrische deel is namelijk ook de opbouw van het
mechanische deel van de installatie van invloed op de EMC. Vooral de samenbouw
van metalen delen kan een gunstige invloed hebben. Bij installaties zijn door
het hele systeem metalen delen aanwezig in de vorm van kabelkanalen. Als de
constructie en de samenbouw daarvan aan bepaalde eisen voldoen, zal dit de EMC
van de installatie gunstig beïnvloeden.
Laagimpedante verbinding
Het kabelkanaal moet een laagimpedante verbinding vormen van kast tot kast.
De zijwanden, waaruit de kabelkanalen zijn opgebouwd, hebben een lage
impedantie. Bij de overgangen tussen de delen moet de impedantie ook laag
gehouden worden. Dit kan bereikt worden door middel van een verbinding met
lippen of koppelplaat, die met één (tot h = 60 mm) of meer bouten vastgezet
worden. Daarbij is een laagohmig contact door een overlap of strippen, vastgezet
met bouten, belangrijk (fig. 1, 2 en 3). Dit laagohmig contact wordt bij
voorkeur bereikt door de delen blank op blank aan elkaar te bevestigen of anders
via bouten. Bij gelakte kanalen moeten krasringen gebruik worden. De
overgangsweerstand per complete verbinding tussen twee delen van een kabelkanaal
mag niet hoger zijn dan 0,01 Ohm. Van het kabelkanaal naar de kasten, waarop de
kabels aangesloten zijn, moet eveneens brede koppelplaten aangebracht worden.
Een verbinding met draden is niet voldoende vanwege de hoge impedantie van
draden bij hoge frequenties (fig. 4)
Transfer-impedantie
De laatste tijd wordt in de literatuur ook over de ‘transfer-impedantie’ van
kabelkanalen gesproken, dit in analogie met de transfer-impedantie van kabels.
De transfer-impedantie van een kabelkanaal is ruwweg de verhouding tussen de
spanning die over een kabel op een kabelkanaal gekoppeld wordt en de stroom door
het kabelkanaal, die deze spanning veroorzaakt. De transfer-impedantie wordt per
meter gegeven. Des te lager de transfer-impedantie des te beter, want des te
kleiner de ingekoppelde spanning. De transfer-impedantie hangt nauw samen met de
hoogfrequent-impedantie van het kabelkanaal. De delen waaruit een kabelkanaal is
opgebouwd, hebben elk een lage transfer-impedantie. In de praktijk zal de
transfer-impedantie van het totaal gemonteerde kanaal tussen twee kasten
hoofdzakelijk bepaald worden door de overgangen tussen de delen van de
kabelkanalen en de verbindingen met de kasten. Door deze laag-impedant te
houden, veroorzaakt een stroom een kleine spanning en zal de ingekoppelde
spanning in een kabel ook klein zijn.
Uit metingen aan een U-vormig kabelkanaal blijkt, dat een overgang van 4 naar 12
bouten per verbinding de transfer-impedantie laagfrequent met een factor 2 en
hoogfrequent met een factor 4 verlaagt. Bij het veel gebruikte aantal van 8
bouten is de verlaging ten opzichte van 4 bouten laagfrequent een factor 1,5 en
hoogfrequent een factor 2. De overgang van twee verbindingsstrippen aan de
zijkanten naar een U-vormige strip, vastgezet met hetzelfde aantal bouten, geeft
laagfrequent een verlaging met een factor 2 en hoogfrequent met een factor 4.
Gaten en perforaties
De kabelkanalen zijn van gaten voorzien voor montagedoeleinden en soms voor
drainage. In de praktijk hebben deze gaten geen merkbare invloed op eventuele
stoorstromen in de kanalen.
Bij kabelkanalen zijn de bodems en opstaande randen soms van perforaties of
sleuven voorzien. De perforaties en sleuven moeten zodanig aangebracht worden,
dat in de lengterichting een stroom zo weinig mogelijk gehinderd wordt Sleuven
of perforaties dwars op de lengterichting zijn daarom ongewenst (fig. 5).
Leggen van kabels
Kabels kunnen worden ingedeeld in categorieën. In dit artikel behandelen we
drie kabelcategorieën:
§ indifferente kabels (voeding);
§ storende kabels (controle kabels);
§ stoorgevoelige kabels (data kabels).
De sterkst storende en meest stoorgevoelige kabels moeten zo dicht mogelijk
tegen het aardvlak gelegd worden. Als er veel kabels in elk van de categorieën
worden geïnstalleerd, kan elke kabelcategorie in een apart kabelkanaal gelegd
worden. Worden meerdere kabelcategorieën in één kabelkanaal gelegd, dan moeten
ze elk apart met een tussenruimte gelegd worden. De kabelcategorieën moeten in
volgorde van stooreigenschappen gelegd worden. Dus bijvoorbeeld bij drie
categorieën moeten de indifferente kabels in het midden gelegd worden als
afscherming tussen de storende en stoorgevoelige kabels (fig. 6)
Kabelladders en kabelbanen
Onder ‘normale’ omstandigheden kunnen kabelladders gebruikt worden. Dit is
de situatie wanneer er geen sterke stoorbronnen of zeer gevoelige apparaten
aanwezig zijn. Er kunnen zich echter bijzondere omstandigheden met betrekking
tot de EMC van de installatie of de omgeving voordoen, bijvoorbeeld als er sterk
storende kabels aanwezig zijn, die door een omgeving met stoorgevoelige kabels
of apparaten lopen; zeer stoorgevoelige kabels aanwezig zijn, die door een
omgeving met sterk storende kabels of apparaten lopen of wanneer zowel sterk
storende als zeer stoorgevoelige kabels aanwezig zijn. In deze gevallen kan het
voorkomen dat het gebruik van kabelladders niet voldoende is. Er moet gebruik
gemaakt worden van kabelbanen van geperforeerde of massieve plaat. Deze hebben
namelijk de volgende voordelen: meer kabels liggen direct op een geaard vlak of
er dicht tegenaan en bij kabelbanen is er een grotere afschermende werking naar
de omgeving dan bij kabelladders.
De afschermende werking bij kabelladders kan vergroot worden door ze niet
helemaal met kabels te vullen, maar minsten 1 cm onder de rand te blijven. De
afschermende werking kan eveneens versterkt worden door het aanbrengen van
deksels. Bij hoge eisen moeten de kabelbanen over de gehele doorsnede geleidend
verbonden worden op de verbindingsplaatsen. Dit kan o.a. gebeuren met
koppelsloffen.
Scheidingsschotten
Als er niet voldoende ruimte tussen de kabels van de verschillende
categorieën op een kabelkanaal kan worden gelaten, dan kunnen de categorieën
gescheiden worden door scheidingsschotten. Deze moeten op de verbindingsplaatsen
doorverbonden worden. Bij aftakkingen van kabels mogen de scheidingsschotten
onderbroken worden, bij voorkeur echter over een lengte van niet meer dan 0,5
cm.
Wil men bij de aanwezigheid van sterk storende of zeer stoorgevoelige kabels
toch gebruik blijven maken van kabelladders, bijvoorbeeld uit het oogpunt van
mechanische sterkte of eenvormigheid, dan kunnen onder storende of
stoorgevoelige kabels geperforeerde of massieve bodemplaten gelegd worden, die
als aardvlak voor de kabels dienen. Bij hoge eisen moet men kabelladders op de
verbindsplaatsen over de hele breedte doorverbinden en de kabels in één laag
leggen. Voor wandkanalen geldt hetzelfde als voor kabelkanalen.
Goede uitvoering
Om de kabelkanalen uit EMC-oogpunt goed uit te voeren, moeten de delen
onderling laagimpedant verbonden worden. Dit geldt ook voor de verbinding met
brede aardstrippen van de kabelkanalen naar de kasten. Er ontstaat zo een
laagimpedant aardvlak van kast tot kast. Dit is een eenvoudige en goedkope
maatregel om de EMC van installaties te verhogen en de kans op interferentie te
verkleinen.
H.L.
CEM et gaines/chemines à câbles
Utilisation des gaines et chemins à câbles
La conception des gaines et chemins à câbles peut jouer un rôle important dans
la réalisation de CEM (compatibilité électromagnétique) d’une installation. Ceci
est valable uniquement pour les gaines métalliques. Elles peuvent, en effet,
fonctionner comme mise à la terre des câbles. Les gaines à câbles en matière
synthétique n’ont aucune influence sur la CEM de l’installation. La construction
et le montage des gaines à câbles doivent répondre à certaines conditions afin
d’améliorer la CEM de l’installation.
La CEM est un domaine qui attire de plus en plus l’attention ces derniers temps.
C’est également valable pour le montage de systèmes et d’installations. Il y a
quelques raisons à cela. L’utilisation d’électronique sensible tels les PLC
(Programmable Logic Controllers) et les ordinateurs ne cesse d’augmenter. Cela
va de pair avec l’utilisation croissante d’appareils très perturbateurs tels les
régulateurs de fréquence pour les moteurs. Les perturbations de l’environnement
jouent également un rôle. Il faut par exemple songer aux appareils de
communication portables. En outre, les appareils électriques et électroniques
doivent répondre à la directive CEM européenne.
Ceci a fait en sorte que les constructeurs de systèmes se sont de plus en plus
intéressés aux CEM. Outre la partie électrique, le montage de la partie
mécanique de l’installation influence la CEM. L’assemblage de parties
métalliques peut avoir une influence positive. Dans les installations, il y des
éléments métalliques dans tout le système, sous forme de gaines à câbles. Si la
construction et l’assemblage répondent à certains critères, cela influencera
favorablement la CEM de l’installation.
Raccord à faible impédance
La gaine de câblage doit représenter un raccord à faible impédance d’une
armoire vers l’autre. Les parois latérales, faisant partie des gaines à câbles
ont une faible impédance. Lors du passage entre les éléments les impédances
doivent rester faibles. Ceci peut être atteint au moyen d’un raccord avec lèvres
ou gousset, que l’on fixe à l’aide d’un ou plusieurs boulons (jusqu’à une
hauteur = 60 mm). Par ailleurs, il est important de prévoir un contact
faiblement ohmique par chevauchement ou par plaques, fixés au moyen de boulons
(fig. 1, 2 et 3). Ce contact faiblement ohmique est atteint en fixant les
éléments blanc sur blanc les uns aux autres ou au moyen de boulons. Pour des
gaines vernies, il faut utiliser des anneaux rainurés. La résistance de passage
par raccord complet entre deux éléments d’une gaine de câblage ne peut pas être
supérieure à 0,01 ohm. Il faut également prévoir de larges goussets entre la
gaine de câblage et les armoires, auxquelles les câbles sont raccordés. Un
raccordement par fils n’est pas suffisant en raison de l’impédance élevée des
fils à hautes fréquences (fig. 4).
Impédance de transfert
Ces derniers temps, il aussi beaucoup question d’impédance de transfert des
gaines à câbles dans la littérature, par analogie avec l’impédance de transfert
des câbles. En gros, l’impédance de transfert d’une gaine de câblage est le
rapport entre la tension qui est reliée par un câble à une gaine de câblage et
le courant qui passe par cette gaine de câblage, qui provoque cette tension.
L’impédance de transfert est exprimée par mètre. Plus l’impédance de transfert
est basse, au mieux, car plus petite est la tension couplée. L’impédance de
transfert est étroitement liée à l’impédance de haute fréquence de la gaine de
câblage. Les éléments dont est composée une gaine de câblage ont chacun une
faible impédance de transfert. En pratique, l’impédance de transfert de la gaine
complètement montée entre deux armoires sera essentiellement déterminée par les
passages entre les éléments des gaines à câbles et les raccordements avec les
armoires. En maintenant cette impédance basse, un courant provoque une petite
tension et la tension couplée d’un câble sera aussi faible. Des mesures
effectuées sur une gaine de câblage en U, il apparaît que le passage de 4 à 12
boulons par raccordement diminue l’impédance de transfert à basse fréquence avec
un facteur 2 et à haute fréquence avec un facteur 4. En cas d’utilisation la
plus courante de 8 boulons, la diminution par rapport à 4 boulons est d’un
facteur 1,5 à basse fréquence et d’un facteur de 2 à haute fréquence. Le passage
de deux plaques de raccordement sur les côtés vers une plaque en U, fixée avec
le même nombre de boulons, donne à basse fréquence une diminution avec un
facteur 2 et à haute fréquence avec un facteur 4.
Trous et perforations
Les gaines de câblage sont pourvues de trous, pour le montage et parfois
aussi pour le drainage. En pratique, ces trous n’ont pas d’influence
significative sur les éventuels flux de courant dans les gaines. Pour les gaines
à câbles, les fonds et les parois droites sont parfois pourvus de perforations
ou de rainures. Ces perforations et ces rainures doivent être positionnées de
manière à gêner le moins possible le courant dans le sens de la longueur. Les
rainures ou les perforations perpendiculaires au sens de la longueur sont
indésirables. (fig. 5)
Pose des câbles
Les câbles peuvent être répartis en catégories. Dans cet article, il sera
question de trois catégories de câbles:
§ les câbles indifférents (alimentation);
§ les câbles perturbateurs (câbles de contrôle);
§ les câbles sensibles aux perturbations (câbles de données)
Les câbles les plus perturbants et ceux sensibles aux perturbations doivent être
posés le plus près possible de la surface de terre. S’il y a plusieurs câbles
dans chacune des catégories, il est préférable de les placer séparément, par
catégorie, dans une gaine de câblage. Si plusieurs catégories de câbles sont
posées dans une seule gaine de câblage, ils doivent être posés avec des
séparations. Les catégories de câbles doivent être posées selon leurs
particularités de perturbation. Par exemple, lorsqu’il y a trois catégories, les
câbles indifférents doivent être posés au milieu, pour séparer les câbles
perturbateurs et ceux sensibles aux perturbations (fig. 6)
Echelles à câbles et chemins de câbles
Dans des conditions ‘normales’, les échelles à câbles peuvent être
utilisées. C’est le cas lorsqu’il n’y a pas de fortes sources perturbatrices ou
d’appareils très sensibles. Toutefois, des conditions particulières relatives
aux CEM de l’installation ou de l’environnement peuvent se présenter, par
exemple, en présence de câbles très perturbateurs, qui passent par un
environnement avec des câbles ou des appareils sensibles aux perturbations; s’il
y a des câbles très sensibles aux perturbations et qui traversent un
environnement de câbles ou appareils très perturbateurs ou en présence aussi
bien de câbles très perturbateurs ou très sensibles aux perturbations. Dans ces
cas, il ne suffit pas d’éviter d’utiliser des échelles à câbles. Il faut avoir
recours aux chemins de câbles en tôle perforée ou massive. Celles-ci ont les
avantages suivants: plus de câbles sont posés directement sur une surface mise à
la terre et toute proche et les chemins de câbles offrent une plus grande
protection contre les effets de l’environnement que les échelles à câbles.
L’effet protecteur des échelles à câbles peut être augmenté en ne les
remplissant pas complètement de câbles, mais en restant au moins 1 cm sous le
bord. L’effet protecteur peut également être renforcé en utilisant un couvercle.
En cas d’exigences importantes, les gaines à câbles doivent être raccordées de
manière conductible sur tout le profil aux endroits de raccordements. Cela peut
se faire au moyen de semelles de raccordement.
Cloisons de séparation
S’il n’est pas possible d’avoir suffisamment d’espace entre les câbles de
différentes catégories dans une gaine à câbles, les catégories peuvent être
séparées par des cloisons de séparation. Celles-ci doivent être reliées aux
endroits de raccordement. En cas de dérivations des câbles, les cloisons de
séparation peuvent être interrompues, de préférence, toutefois, sur une longueur
qui ne dépasse pas 0,5 cm.
Si, en présence de câbles très perturbateurs et très sensibles aux
perturbations, on souhaite néanmoins utiliser des échelles à câbles, par exemple
du point de vue de la résistance mécaniques ou pour l’uniformité, on peut poser
sous les câbles perturbateurs ou sensibles aux perturbations, des plaques
perforées ou massives qui serviront de surface de terre aux câbles. En cas
d’exigences élevées, les échelles à câbles doivent être reliées sur toute la
largeur aux endroits de raccordement et les câbles doivent être posés en une
seule couche. Pour les gaines sur des parois, les mêmes règles que pour les
caniveaux de câbles sont de mise.
Exécution correcte
Afin d’exécuter les gaines de câbles correctement du point de vue CEM, les
éléments doivent être reliés entre eux à faible impédance. C’est également
valable pour le raccordement avec de larges plaques de mise à la terre des
gaines de câbles aux armoires. On obtient ainsi un plan de mise à la terre à
faible impédance d’une armoire à l’autre. C’est une mesure simple et bon marché
pour augmenter la CEM des installations et diminuer le risque d’interférence. <<
(H.L.).
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