Blindaje (ingeniería eléctrica)
El blindaje de dispositivos, instalaciones y locales electrotécnicos sirve para mantener alejados de ellos los campos eléctricos y / o magnéticos que se producen a frecuencias más altas o, a la inversa, para proteger el medio ambiente de los campos que emanan de la instalación.
Dado que las ondas electromagnéticas tienen un componente tanto magnético como eléctrico, con demasiada frecuencia deben protegerse para evitar o reducir su radiación o radiación .
El blindaje se utiliza para mejorar la compatibilidad electromagnética y también para garantizar la adquisición, transmisión y procesamiento de señales sin interferencias. En el caso de los cables en particular , las pantallas también protegen contra interferencias mutuas no deseadas ( diafonía ) entre canales de señal realmente independientes.
La eficacia de un blindaje se cuantifica mediante la atenuación del blindaje . En el caso de apantallamientos de cable, la medida del efecto de apantallamiento es la impedancia de transferencia .
Medidas de blindaje
Campos eléctricos estáticos y de baja frecuencia.
El blindaje electrostático funciona según el principio de influencia (ver también la jaula de Faraday ). El blindaje se consigue con materiales de blindaje conductores de electricidad. Se utilizan láminas metálicas , láminas conductoras o capas conectadas a tierra o potencial de referencia . Éstas incluyen B. también láminas de plástico metalizado, papel laminado con lámina de aluminio, grafito y capas de laca conductora . En las carcasas de plástico ( ABS ) se utilizan capas depositadas autocatalíticamente ( níquel químico ) y posteriormente reforzadas electrolíticamente con cobre.
La conexión al potencial de referencia se realiza mediante resortes de contacto o tornillos de fijación. El blindaje eléctrico es necesario para micrófonos y amplificadores de audio , entre otras cosas, o siempre que deban transmitirse o procesarse señales de alta impedancia y / o niveles bajos .
Campos magnéticos estáticos y de baja frecuencia.
Materiales magnéticos blandos, d. H. Los materiales ferromagnéticos de alta permeabilidad y baja remanencia también contrarrestan el paso de campos magnéticos de baja frecuencia o campos constantes. El blindaje magnético también tiene un efecto de blindaje eléctrico si es suficientemente conductor.
Se utilizan escudos magnéticos, p. Ej. B. utilizado en monitores CRT y osciloscopios con tubos de rayos catódicos , ya que las fuentes de interferencia magnética pueden causar interferencias en la imagen. Los imanes permanentes de los altavoces de los televisores con tubos de imagen suelen estar protegidos magnéticamente. Otras aplicaciones son el blindaje de transformadores de potencia y motores en grabadoras y tocadiscos con sistemas de escaneo magnético .
Un material adecuado para este propósito es el muy permeable, llamado mu - metal , que, sin embargo, es sensible a la deformación y, por lo tanto, a menudo tiene que ser recocido con gas protector después del procesamiento . También existen otros materiales para blindaje de cables flexibles que son en gran medida insensibles a la deformación y que el cliente puede utilizar sin tratamiento térmico.
El efecto del blindaje puede explicarse por la ruptura de las líneas de campo cuando los campos B entran en la materia. En el caso de sustancias con una permeabilidad del orden de magnitud de 10,000 y superior, cada línea de campo entrante se rompe prácticamente en la dirección tangencial y cada caída en la dirección de la perpendicular. Las líneas de campo se guían a lo largo del blindaje y no penetran. Como resultado, los escudos magnéticos deben ser autónomos para ser efectivos. En la ilustración adyacente de una pantalla de transformador, esto se logra mediante tres bobinas de chapa colocadas una dentro de la otra de tal manera que los planos de bobinado son ortogonales entre sí. Por tanto, ningún campo magnético, por muy dirigido que sea, puede penetrar al exterior.
Campos magnéticos de alta frecuencia
Los campos magnéticos de frecuencias más altas se pueden proteger con láminas conductoras de electricidad que no tienen que ser ferromagnéticas. La causa son las corrientes parásitas inducidas que contrarrestan el campo magnético generador. El espesor de la chapa debe ser mayor que la profundidad de la piel para evitar corrientes en el lado blindado.
Si conoce la dirección de los campos, posiblemente pueda reducir el blindaje a una especie de devanado de cortocircuito. Se utiliza, por ejemplo, para blindar los transformadores de las fuentes de alimentación conmutadas , que se envuelven con una cinta de cobre para este fin, que se suelda para formar un anillo. Dichos anillos deben encerrar las líneas de campo que se proyectarán.
campos electromagnéticos
Los campos electromagnéticos de alta frecuencia ( ondas electromagnéticas ) solo se pueden proteger completamente con cubiertas conductoras de electricidad que estén cerradas en todos los lados: debido al efecto piel , un campo magnético alterno en material conductor de electricidad disminuye exponencialmente. Hasta la profundidad de la piel, el campo magnético cae a la 1 / e-ésima parte (≈ 37%) del valor en el borde exterior. El efecto piel facilita el blindaje de los campos electromagnéticos a altas frecuencias, ya que incluso las chapas muy finas son eficaces.
Los huecos o aberturas reducen la atenuación del blindaje o incluso la destruyen si la dimensión más grande de los huecos o huecos alcanza o excede el orden de magnitud de la mitad de la longitud de onda a blindar. Como regla general, las aberturas ya reducen significativamente el blindaje cuando tienen aproximadamente una décima parte de la longitud de onda. El deterioro se produce porque la corriente generada por el campo que se proyectará en la superficie de la pantalla fluye alrededor de las aberturas (aberturas) y actúa como una antena transmisora. Estas corrientes superficiales hacen que el campo penetre a través del blindaje y produzca un campo que corresponde al de un dipolo o multipolo electromagnético en el punto de la abertura. Si los componentes o cables sobresalen en esta área, un eje puede desprenderse.
Por esta razón, las puertas y partes de la carcasa de una pantalla, un armario de distribución o una carcasa se sellan con laminillas conductoras o trenzas metálicas, lo que da como resultado un contacto eléctrico lo más continuamente cerrado posible.
El efecto de blindaje de las carcasas metálicas puede verse afectado significativamente por cables y líneas que penetran en la pared de la carcasa. Por lo tanto, tales entradas de cables , conectores y puntos terminales requieren un diseño mecánico cuidadoso para proteger las señales de interferencia de alta frecuencia:
- Las pantallas de los cables se aplican (conectan) en ambos lados para proteger contra los componentes magnéticos de los campos electromagnéticos para que pueda fluir una corriente de compensación que contrarreste el campo incidente.
- Las pantallas de los cables no deben penetrar la carcasa de protección de forma aislada, sino que deben conectarse a la pared de la carcasa directamente en el punto de entrada en toda su circunferencia.
- Los cables sin blindaje deben tener filtros ( condensadores de paso , filtro de línea ).
Disipación de interferencias en el blindaje del cable.
Las normas VDE 0113-1 y DIN EN 60204-1 prescriben la conexión equipotencial para el equipo eléctrico de una máquina. Esto solo puede evitar parcialmente las consecuencias no deseadas de las interferencias electrostáticas , electromagnéticas y relacionadas con la red. Por el contrario, la conexión a tierra de protección a menudo crea bucles de tierra , ya que las pantallas de los cables crean conexiones adicionales. Por el contrario, ayuda a una conexión a tierra neutra de la señal que cubre una transmisión de señal balanceada , un interruptor de tierra o un aislamiento eléctrico .
Las conexiones a tierra deben ser tan cortas, grandes y gruesas como sea posible para reducir la inductancia y la resistencia efectiva y así mantener bajas las diferencias de potencial entre las conexiones a tierra de diferentes partes del sistema.
Para desviar eficazmente las posibles perturbaciones en el blindaje del cable, es necesario contactar el blindaje del cable con la mayor frecuencia y en un área grande como sea posible.
Los valores de la impedancia de transferencia del cable blindado deben ser lo más bajos posible. Particularmente en el caso de interferencia de línea de alta frecuencia, una pequeña impedancia de transferencia asegura que los voltajes de interferencia inducidos en el interior por la corriente de cubierta se mantengan bajos.
Atenuación de blindaje
El efecto de blindaje generalmente se mide utilizando el tamaño de la atenuación de blindaje del número de dimensión . Para el componente del campo magnético, la atenuación del blindaje es la relación entre el campo externo no amortiguado H a en una ubicación dada y el campo residual restante H i en el mismo lugar después de que se ha insertado un blindaje. El blindaje de las líneas coaxiales cuantifica la impedancia de transferencia ; Coloquialmente, la impedancia de transferencia también se llama resistencia de acoplamiento.
literatura
- H. Kaden: Corrientes de Foucault y blindaje en ingeniería de comunicaciones . 2ª edición completamente revisada. Springer Verlag, 2006, ISBN 3-540-32569-7 (primera edición: 1959).
- H. Wolfsperger: Blindaje electromagnético: teoría y ejemplos prácticos . Springer Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-76912-5 .
enlaces web
- Blindaje contra campos electromagnéticos (archivo PDF; 1,8 MB)
- - Todo sobre el material según Mu Metal Permalloy material RNi5
- Teoría y práctica en el cálculo de factores de blindaje para blindaje magnético, conferencia UKMAG, Hanau 2010 (archivo PDF; 256 kB)
- Enfoques teóricos para el cálculo de factores de blindaje: diseño de blindaje