Экранированные кабели и соединители с ЭМС для промышленного применения

В настоящее время трудно найти или создать продукт или промышленное предприятие без современной технологии соединения. Индустрия 4.0, Big Data и полностью автоматизированные процессы у всех на устах.

Части этих процессов управляются или контролируются преобразователями частоты, трансформаторами, электрическими переключателями и устройствами связи.

Однако такие виды процессов коммутации всегда сопряжены с риском помех. Для идеальной работы оборудования необходимы точность и правильный выбор компонентов.

Цель состоит в том, чтобы все процессы выполнялись четко и без ошибок. Ведь даже небольшие помехи, например на радио, могут иметь гораздо более серьезные последствия в контексте медицинских технологий, если система выйдет из строя.

Вот почему в промышленных условиях требуется еще большая защита от электромагнитных помех или электромагнитная совместимость (ЭМС).

У электромагнитных помех всегда есть источник. Это может быть элемент оборудования, через который проходит большой ток, например двигатель с частотным регулированием или кабель.

Источник помех соответствует неисправной части оборудования, известной как приемник помех. Приемником помех может быть, например, датчик или кабель сети передачи данных.

Механизм связи между ними вызывает помехи. Его можно разделить на четыре различных типа соединения:

• Проводящая связь (Conductive coupling)
  Источник помех и приемник помех связаны друг с другом, например, с помощью общего заземляющего провода. Электрический ток через общий заземляющий провод вызывает электромагнитные помехи.
• Емкостная связь (Capacitive coupling)
  Источник помех и приемник помех расположены близко друг к другу, но физически не связаны. При емкостной связи электромагнитные помехи (ЭМП) создаются электрическим полем.
• Индуктивная связь (Inductive coupling)
  При индуктивной связи источник и приемник помех также находятся близко друг к другу, но не связаны друг с другом. Однако помехи вызываются магнитным полем.
• Радиосвязь (Radiative coupling)
  Радиосвязь обычно возникает, когда источник помех и приемник помех находятся далеко друг от друга, а проводники выступают в качестве антенны и вызывают помехи от электромагнитного излучения.

На практике это, как правило, сочетание этих 4 механизмов связи, которые необходимо устранить, например, с помощью экранированных кабелей.

В статье 3 Директивы по электромагнитной совместимости 2014/30/ЕС электромагнитная совместимость определяется как:

«[...] способность части оборудования удовлетворительно работать в своей электромагнитной среде, не вызывая электромагнитных помех, что было бы неприемлемо для другого оборудования в этой среде».

Согласно этому определению, ЭМС имеет два основных аспекта:

• Оборудование не должно создавать электромагнитных помех.
• Оборудование не должно подвергаться электромагнитным помехам из-за окружающей среды.

Для проектирования вашей системы передачи данных в соответствии с требованиями директивы по электромагнитной совместимости мы рекомендуем ознакомиться с PNO по электромагнитной совместимости.

Защита от электромагнитных помех измеряется и указывается с использованием сопротивления связи [мОм/м] и / или экранирующего затухания [дБ]. Сопротивление связи кабелей и проводов обычно указывается при определенной частоте 30 МГц. А экранирующее затухание, напротив, используется для высоких частот от 50 МГц.

Сопротивление связи и экранирующее затухание рассчитать невозможно. Это означает, что значения могут быть определены только с помощью измерений. Для определения значений используется метод трехосной измерительной трубы, определенный в EN 50289-1-6.

Кабели, соединители и кабельные вводы очень редко упоминаются в Директиве по электромагнитной совместимости, что означает, что к этим компонентам часто применяются специализированные нормативные требования, например, из стандарта проектирования DIN EN 50525-2-51:2012.

Этот стандарт требует доказательства соответствия минимальной эффективности медной оплетки для экранированного варианта кабеля. Эта эффективность иллюстрируется вышеупомянутым сопротивлением связи.

Стандартные экранированные версии обозначаются как H05VVC4V5-K. В ассортименте LAPP это кабели:

• ÖLFLEX® 140 CY
• ÖLFLEX® 150 CY

СОВЕТ: В поиске по артикулам можно найти все версии экранированных кабелей по обозначению стандарта «H05VVC4V5-K»

Везде, где используются электродвигатели, переключатели и кабели, они вызывают электромагнитные помехи. Последние могут оказывать негативное влияние на кабели передачи данных, датчики и другое подобное оборудование.

Другими словами, это означает, что вы должны использовать кабели питания и управления или кабели данных с электромагнитной защитой во всех областях, которые подвержены электромагнитным помехам.

Существует четыре различных типа экранирования силовых кабелей и кабелей управления. Три из них особенно подходят для защиты от электромагнитных помех.:

Кабели передачи данных имеют практически такое же экранирование как силовые кабели и кабели управления, но в обозначениях продуктов используются другие сокращения:

Луженая медная оплетка «S» (экранированная).
Ламинированная алюминием пластиковая пленка «F» (Foiled).

Кабели для передачи данных также имеют две особенности с точки зрения степени экранирования и для защиты от помех:

• Неэкранированные
  Передача данных особенно чувствительна к помехам, поэтому кабели для передачи данных, как правило, всегда экранированы. В определенных областях применения для передачи сигналов существуют неэкранированные кабели передачи данных, специально обозначенные аббревиатурой «U» (неэкранированные), такие как сетевой кабель Cat.6 ETHERLINE® LAN Cat.6 U/UTP 4x2xAWG24 LSZH, кабель Cat.5e ETHERLINE® LAN Cat.5e SF/UTP 4x2xAWG24 или наши кабели UNITRONIC® BUS ASI для сетевых систем в полевых условиях.
• Витая пара
  Другой дизайн кабелей для передачи данных – это кабели с витой парой. Здесь скручиваются отдельные пары жил. Скручивание гарантирует, что эффекты поля компенсируют друг друга. Эти кабели можно идентифицировать по аббревиатуре «TP» (витая пара). Например, кабель ETHERLINE Cat 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP расшифровывается следующим образом: Screened Foiled / Unscreened Twisted Pair (экранированная фольга / неэкранированная витая пара). Таким образом – это сетевой кабель с экранированием вокруг всех жил с помощью проволочной оплетки и ламинированной алюминием пластиковой фольги под ней (screened / foiled – экранированная / фольгированная оплетка). Пары жил скручены попарно и не снабжены дополнительным экранированием пар жил (Unscreened Twisted Pair).

Знаете ли вы, что экранирование не имеет никакого эффекта, если оно не заземлено? Электрическое сопротивление между экраном кабеля и потенциалом земли должно быть как можно меньше. Для этого площадь контакта должна быть как можно больше. Если соединение между экраном и компонентом выполнено правильно и, прежде всего, на максимально возможной площади, оно не создает или создает только очень низкие значения импеданса даже на больших расстояниях. Таким образом, ваше соединение будет обладать максимальной электромагнитной совместимостью.

• Медная экранирующая оплетка покрывает всю поверхность (на большой площади) и без зазоров на переходе в корпус.
• Кабельный ввод соединяется с металлической стенкой корпуса с низким импедансом.
• Монтаж и демонтаж кабеля можно производить быстро, легко и без повреждения медной экранирующей оплетки.
• Оптимальный контакт экрана обеспечивается на обоих концах кабеля и заземляется.

Распространенный метод заключается в экранировании по всему периметру без зазоров, т. е. при переходе от кабельного сальника к разъему или при вводе кабеля в корпус с помощью экранированного ввода. Только в этом случае соединение может работать как клетка Фарадея и надежно защищать от помех извне. Также важно, чтобы этот оптимальный контакт экрана имел место на обоих концах кабеля и был заземлен.

Кабельные вводы серии SKINTOP® лучше подходят для кабелей разного диаметра. В LAPP мы предлагаем вам вводы двух типов. Оба характеризуются быстрой и легкой сборкой и большим диапазоном зажима. Кабель центрируется, фиксируется, разгружается и герметизируется за один шаг. Гибкая контактная пружина для ЭМС создает высокопроводящий контакт с низким сопротивлением с экраном кабеля в SKINTOP® MS-SC-M.

Наша серия SKINTOP® BRUSH особенно подходит для кабелей разного диаметра. Кабельные вводы этой серии можно быстро и легко устанавливать, в то же время обеспечивая широкий диапазон зажима для вашей медной экранирующей оплетки.

• Тысячи ворсинок щетки в форме кольца надежно защищают ваши данные от внешних помех.
• Большой регулируемый диапазон зажима упрощает и ускоряет сборку и разборку.
• Кабель центрируется, фиксируется, снимается натяжение и герметизируется за один шаг.

Каждая система хороша настолько, насколько хорошо ее самое слабое место. Преимущество соединительных систем LAPP заключается в использовании всех вышеупомянутых концепций экранирующих соединений. Очень часто кабельные вводы c ЭМС уже встроены в разъем, дают возможность подключения защитного шланга и позволяют соединить экран кабеля с рабочим контактом или контактом заземления (PE) разъема.

Стандартный корпус с порошковым покрытием и непроводящим уплотнителем между частями корпуса, который изолирует их друг от друга. Соединители EPIC® EMC обеспечивают 360-градусное экранирование и виброустойчивое экранирующее соединение. Соединители ЭМС можно отличить по их металлической проводящей, обычно никелированной поверхности. Уплотнители разработаны таким образом, чтобы обе части корпуса, спрессованные или собранные, находились в контакте с низким сопротивлением металла к металлу. Соединение кабельного ввода со стенкой оборудования происходит по тому же принципу.

Прямоугольные соединители оснащены встроенным кабельным вводом SKINTOP® MS-M BRUSH. Таким образом, EPIC® ULTRA H-A3 и EPIC® ULTRA H-B6-24 просты в сборке и рассчитаны на широкий диапазон зажимов экранированных кабелей.

EPIC® ULTRA коннекторы

Если вам нужна компактная конструкция, например, для использования в сервоприводах, исполнительных механизмах и датчиках, мы рекомендуем круглые разъемы POWER и SIGNAL от LAPP. Они оснащены специальным кабельным вводом с ЭМС для кабелей сервопривода и передачи данных

Круглые разъемы EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1, EPIC® POWER LS1.5 или EPIC® POWER LS3 со встроенным кабельным сальником с ЭМС особенно подходят для вибростойких соединений для электропитания.

Например, LAPP предлагает разъемы EPIC® SIGNAL M17 или EPIC® SIGNAL M23 для кабелей датчиков, полевых шин, преобразователей и энкодеров.

Если невозможно использовать экранированный кабель в системе по каким-либо причинам или если кабели должны иметь электромагнитное экранирование только на определенных участках системы, могут быть использованы защитные рукава SILVYN® совместно с медной оплеткой или оплеткой на экранирующей ленте 3M Scotch 1183.

Для таких систем компания LAPP предлагает одно- и двухсоставное соединение экрана для соединения медной оплетки со стенкой корпуса или соединительный контакт для прохода через экран кабеля.

Наш экранированный зажим EMC-Guard предназначен для надежного заземления экранов кабелей / заземления экрана особенно при недостатке места в шкафах управления, а также на блоках управления двигателем, корпусах или стенках оборудования. Зачищенные экранированные кабели можно быстро и без инструментов смонтировать с помощью экранированного зажима EMC-Guard. Зачищенный кабель вдавливается в зажим и надежно соединяется с пружиной. Это обеспечивает постоянный контакт экранированных кабелей с заземлением и надежную защиту от помех.

В дополнение к контакту с экраном большой площади он обеспечивает компактную установку с различными зонами зажима и подходит в вариантах «DINrail» для монтажа на DIN-рейку или «MOUNT» для прямого монтажа, например, на монтажные пластины с помощью винта M4.

Для обеспечения оптимального экранирования кабели могут иметь двойное экранирование или прокладываться в медных или стальных трубах. С точки зрения электромагнитной совместимости эти экраны полностью герметичны. LAPP SILVYN® обеспечивает оптимальную электромагнитную совместимость. Защитный рукав EMC AS-CU торговой марки SILVYN® представляет собой металлический защитный рукав с медной оплеткой и поэтому подходит для особо суровых сред с высокими электромагнитными требованиями. Кабельный ввод SILVYN® MSK-M BRUSH с защитой от электромагнитных помех и встроенным фиксатором натяжения дополняет вашу экранированную систему защиты от электромагнитных помех.

Плохая электромагнитная совместимость часто является следствием ошибок при установке. Долгое время в промышленности было принято покупать кабели и разъемы отдельно и подключать их только при установке, например, в оборудовании или на производстве.

Однако у такого решения есть несколько недостатков: качество обработки часто оставляет желать лучшего. Например, если монтажник делает слишком глубокие надрезы при зачистке и повреждает изоляцию жилы или лишь частично соединяет экран с корпусом разъема, вызывая проблемы с ЭМС.

Вот почему наблюдается тенденция к использованию готовых кабельных соединений, которые мы в LAPP продаем под брендом ÖLFLEX® CONNECT. Кабель и разъем поставляются сразу в сборке. Клиенты даже получают буксируемые цепи, полностью укомплектованные кабелями и шлангами, а LAPP берет на себя работы по проектированию и предварительному монтажу. Таким образом, клиенты всегда получают оптимальное качество из одних рук и могут сосредоточиться на собственном производстве.