Jording og skjerming i elektro og automatiseringsanlegg Gardermoen 2012 Eric Veng Andersen

Transkript

1 Jording og skjerming i elektro og automatiseringsanlegg Gardermoen 2012 Eric Veng Andersen 1

2 EMC direktiv 2004/108/EC 2

3 Elektromagnetisk kompatibilitet EMC (electromagnetic compatibility) - eller forenlighet: Et utstyrs evne til å arbeide tilfredsstillende i sin elektromagnetiske omgivelse uten å introdusere elektromagnetiske forstyrrelser for annet utstyr. EMC-direktivet/Forskrift om elektrisk utstyr stiller krav til støyimmunitet emisjon Konkrete krav er spesifisert i harmoniserte europanormer. 3

4 Støybarrierer 4

5 Basisnormer: Normer Generelle, grunnleggende betingelser eller regler for realisering av EMC (terminologi, beskrivelse av elektromagnetiske fenomen, beskrivelse og klassifisering av miljøet, spesifikasjon av kompatibilitetsnivåer, generelle grenser for emisjon, anbefalte testklasser med henblikk på immunitet, måleteknikk). De kan brukes mot produkter, men tjener i første rekke som referansedokumenter for produktkomiteene. EN/IEC normseriene er basisnormer. Generiske normer: Spesifiserer tester og krav på generell basis. De benyttes når produktnormer mangler. Produkt-/produktfamilienormer: Disse er tilpasset de spesifikke produkter og har gyldighet foran de generiske normene. 5

6 Basisnormer immunitet EN x: EMC Part 4: Testing and measurement techniques Section 2: Electrostatic discharge immunity test Section 3: Radiated, radio-frequency, electromagnetic field immunity test. (ENV 50140/50204). Section 4: Electrical fast transient/burst immunity test Section 5: Surge immunity test Section 6: Immunity to conducted disturbances induced by radio-frequency fields. 6

7 Produktnormer/generiske normer For samsvarsvurdering mot EMC-direktivet: Harmonisert produktnorm eller Harmonisert generisk norm Harmoniserte generiske normer for industrimiljø: EN : EMC Generic emission standard Part 2: Industrial environment EN : EMC Generic immunity standard Part 2: Industrial environment 7

8 EMC-produktnorm for regulerte motordrifter EN : Adjustable speed electrical power drive systems Part 3: EMC product standard including specific test methods Omfatter både emisjons- og immunitetskrav. Ut fra emisjonsaspektet skilles det mellom produkter for fritt salg (restricted sale) og avgrenset salg (unrestricted sale). Miljømessig skilles det mellom first og second environment. Om emisjon i second environment og restricted sales: Produsenten skal informere om støynivåer. Brukeren skal vurdere om støy kan bli overført til lavspenningsnett som forsyner boligområder. 8

9 Mellomfrekvent støy 9

10 Mellomfrekvent støy 10

11 Hurtige transienter 11

12 Hurtige transienter 12

13 Støyfenomener Lavfrekvent støy : f< 10kHz. - Støykildene er her for det meste knyttet til energiforsyningen og tilhørende jordsystem, med strømmer ved normal drift (grunnharmoniske og harmoniske strømmer), ved kortslutninger og jordslutninger. Normene går lite inn på disse forhold. Mellomfrekvent støy: 10kHz <f<3mhz. -Støy fra tyristorstrømrettere, fra bryterkoblinger (effekt- og skillebrytere), samt atmosfæriske forstyrrelser. Høyfrekvent støy: f>3 MHz. - Rele- og kontaktorkoblinger - Radiofrekvent elektromagnetisk stråling - walkie talkies, mobiltelefoner, trådløse telefoner 13

14 Linje drossel 2% 14

15 Støykoblingsmekanismer 15

16 Funksjonsjording 16

17 Galvanisk innkobling av støy 17

18 Galv. og induktiv kobling på skjerm 18

19 Symmetrisk signaloverføring A A S B B M C C 19

20 Støykoblingsmekanismer 20

21 Sentralt jordingspunkt 21

22 Skjerming Skjermvirkning: Refleksjon og absorpsjon. Absorpsjonstapene i db er for kobber: A = 132t t = 0,3 mm gir absorpsjonstap på 40 db for f = 1 MHz 400dB for 100 MHz. Åpninger utsparinger for instrumenter, kabelinnføringer etc. reduserer skjermvirkningen. Resulterende skjermingseffektivitet: SE = 20 log /2d (d = største dimensjon i åpningen >> ) Dempning > 60 db: Åpningen < / MHz ( = 300 m): Åpning < 0,15 m. 100 MHz <1,5 mm. (walkie-talkies, mobiltelefoner MHz). 22

23 Skjermtilkobling 23

24 Skjermtilkobling 24

25 Magnetfelt - monitorer i H= i 2 r i 2 r H= ia 2 r 2 i a 25

26 Skjerming ved lavfrekvente felt Magnetfelt materialer med høy permeabilitet Elektrisk felt _ Hu Hi < Hu E=

27 Frekvensomformeranlegg Skap 1 Skap 2 Skap 3 Regel 13 Regel 17 Regel 14 ~ = ~ = Regel 12 Kontroll Regel 9, 10 Regel 4, 5, 7 Regel 19 Regel 2 Jordskinne Regel 16 Regel 8 Skjermtilkobling 27

28 Signalkablenes skjermjording 28

29 Skjermjording Signalkabelen til venstre har flettet skjerm. Til høyre er vist hvordan god kontaktflate oppnås ved folieskjerm 1 - kabelmantel 2 - folieskjerm 3 - følgetråd, som trekkes tilbake og surres rundt 29

30 Regulert motordrift parasitære impedanser 30

31 Nettspenningsforvrengning 31

32 Motorens parasitære kapasitanser 32

33 Lagerstrøm arter Kapasitiv strøm fra statorvikling til stator er ujevnt fordelt og induserer en spenning som kan resultere i sirkulasjonstrømmer. Den kapasitive strømmen kan lade opp stator til å anta et høyere potensial enn rotor slik at det oppstår en spenning over lagrene. Dersom rotor er galvanisk skilt fra omverdenen, f. eks. ved reimdrift, vil den kapasitive koblingen mellom statorvikling og rotor føre til at rotor antar et høyere potensial enn stator. 33

34 Målte spenninger 1: Klemmespenning fase - jord (500V/div) 2: Spenning aksel - jord (20V/div) 50ms/div 34

35 Isolert rotor kapasitiv spenningsdeling rotor/stator 35