Home
Accesso / Registrazione
 di 

Marcatura CE - dispositivi di protezione dai campi elettromagnetici (2/3)

Marcatura CE

"Marcatura CE - dispositivi di protezione dai campi elettromagnetici" è la seconda parte delle nostre linee guida alla Marcatura CE. In questo capitolo vengono affrontati dispositivi di protezione dai campi elettromagnetici.

I dispositivi di protezione principali sono gli scaricatori a gas ed i varistori.

FENOMENI TRANSITORI
1.1 GENERALE

Gli elementi sensibili dei circuiti possono essere danneggiati da eventuali impulsi di tensione e/o corrente che possono essere originati da molteplici cause due delle quali sono qui evidenziate:
a. Scariche atmosferiche
Hanno origine anche a molti Km di distanza ed inducono impulsi di corrente sulle linee di alimentazione che possono superare livelli di 10-15KA.
b. Scariche elettrostatiche
Hanno origine dalla vicinanza o contatto fra due corpi carichi di elettricità statica; tipica è la scarica che avviene quando una persona che ha camminato sopra un tappeto tocca un apparato.
Si tratta di impulsi di tensione che possono raggiungere valori dell'ordine di 20KV; la scarica elettrostatica (ESD) trasferisce energia ai circuiti direttamente per conduzione o per accoppiamento ed è un fenomeno che spesso si rivela distruttivo.

1.2 PROTEZIONE DA FENOMENI TRANSITORI

Per ridurre l'effetto della scarica atmosferica si ricorre a dispositivi che cortocircuitano verso terra la corrente transitoria in dotta sulle linee.
La protezione dalla scarica ESD consiste nell'allontanare la corrente di scarica dai circuiti che devono essere protetti deviandone per esempio il percorso oppure riducendo l'accoppiamento fra gli stessi ed il percorso della corrente di scarica.
Alcuni interventi di protezione dalle scariche elettrostatiche sono:

  • mettere a terra tutte le parti metalliche esposte;
  • se i circuiti sono racchiusi in un contenitore metallico continuo, collegare quest'ultimo a terra in un solo punto;
  • collegare la massa dei circuiti in un solo punto del contenitore che li racchiude;
  • se la capacità di accoppiamento contenitore-circuiti interni è elevata aggiungere uno schermo fra i due;
  • il collegamento fra la massa dei circuiti interni ed il contenitore ed il punto di messa a terra del contenitore è preferibile che sia in prossimità degli ingressi delle linee;
  • le linee di ingresso/uscita dal contenitore devono essere schermate con la connessione schermo-contenitore effettuata su tutta la circonferenza.

1.3 DISPOSITIVI DI PROTEZIONE

Fra i più comuni dispositivi di protezione dai disturbi di cui in 1.1a ed altri fenomeni impulsivi richiamiamo gli scaricatori a gas ed i varistori.

SCARICATORI A GAS
Detti dispositivi intervengono presentando praticamente un corto circuito verso massa durante il periodo di tempo in cui il gas è ionizzato, cioè dall'istante di innesco della scarica all'istante dello spegnimento della stessa. Il valore tipico di innesco va scelto in base alla tensione di lavoro, in genere va scelto pari alla tensione massima presente in quel punto del circuito con l'aggiunta di un margine di sicurezza del 10%. Se impiegato all'ingresso della linea di alimentazione 220Vca dell'apparato lo scaricatore dovrebbe essere scelto con tensione di innesco minima di circa 380V. Dopo l'innesco la tensione scende al valore (dipendente dalla corrente di scarica) di 5---30V convogliando tutta la corrente di disturbo indotta sulla linea verso terra. Terminato il transitorio la corrente scende a valori che dovrebbero estinguere la scarica. Può accadere che l'innesco del gas permanga fino al passaggio per lo zero della tensione alternata di alimentazione; questo fenomeno dovuto al fatto che al mantenimento della scarica contribuisce anche la corrente dell'impianto può surriscaldare il dispositivo ed anche distruggerlo. Per evitare ciò in genere allo scaricatore viene abbinato il varistore.

VARISTORI
Detti dispositivi si comportano come resistenze con valore dipendente dalla tensione applicata. A bassa tensione la resistenza assume valori ben oltre 10MOhm; appena la tensione supera il valore della soglia d'intervento la resistenza scende a valori trascurabili scaricando a terra la corrente dell'impulso. A differenza degli scaricatori la soglia d'intervento come pure lo spegnimento non sono legati a fenomeni secondari ma solo al valore della tensione ai capi del varistore. Sono disponibili varistori con valori di tensione d'intervento fino ad oltre 1000V e correnti fino ad oltre 20KA. I varistori sono più rapidi degli scaricatori, questi ultimi presentano il vantaggio di dissipare meno energia ed avere una vita più lunga.

Leggi anche: DISPOSITIVI DI PROTEZIONE

2. CAMPI ELETTROMAGNETICI

2.1 GENERALE

L'onda e.m. nasce dalla coesistenza delle due grandezze, campo elettrico e campo magnetico costantemente variabili e sfasate fra loro di 90°, essa si propaga nel vuoto alla velocità della luce.
Quando incontra un circuito l'onda e.m. vi induce correnti e tensioni dipendenti dalla vicinanza della sorgente e dalle dimensioni ed orientamento del circuito, se questi segnali indotti superano il livello di sensibilità del circuito ne deriva un malfunzionamento.
A distanze ridotte dalla sorgente i campi magnetico ed elettrico agiscono indipendentemente ed in tale condizione, definita come "campo vicino", si può avere un disturbo dovuto ad accoppiamento magnetico e/o elettrico indipendentemente.
Vicino alla sorgente pertanto si ha un "campo di induzione" le cui caratteristiche sono legate a quelle della sorgente; l'accoppiamento sarà di tipo magnetico se la sorgente è ad alta corrente, di tipo elettrico se è ad alta tensione.
La condizione di campo vicino termina a distanza dalla sorgente dell'onda pari a d = l/2p; dopo di che si entra nella regione definita di "campo lontano" dove l'onda e.m. si comporta come onda piana e si manifesta attraverso un "campo di radiazione".
Quando incontra un ostacolo l'onda e.m. subisce una riflessione nell'impatto con la superficie e poi una perdita di energia per assorbimento nell'attraversare l'ostacolo, la parte che ha attraversato l'ostacolo prosegue il suo cammino dopo aver subito una seconda deviazione.
L'entità delle parti riflessa ed assorbita è legata alle caratteristiche elettriche e magnetiche dell'ostacolo oltre che alle sue dimensioni e dipende anche dalla distanza dell'ostacolo dalla sorgente.
L'onda e.m. si propaga subendo una attenuazione proporzionale alla distanza percorsa, in particolare: Il campo radiato si riduce di un fattore proporzionale a 1/r Il campo di induzione elettrico si riduce di un fattore proporzionale a 1/r. Il campo di induzione magnetico si riduce di un fattore proporzionale a 1/r.

2.2 PROTEZIONE DEI CAMPI ELETTROMAGNETICI

2.2.1 Protezione dei circuiti

Per ridurre il livello dei segnali indotti sui circuiti dall'onda e.m. si ricorre ad appropriati interventi come da elenco seguente:

  • riduzione dell'area del circuito colpito dall'onda, cioè avvicinamento dei conduttori attivo e di ritorno;
  • nei circuiti stampati questo impone l'impiego di più strati e di una massa distribuita;
  • ricorso a circuiti bilanciati;
  • ricorso a cavi schermati, meglio se con doppio schermo, con schermo opportunamente collegato;
  • ricorso a cavi coassiali, meglio se semirigidi;
  • ricorso alla schermatura dell'intero circuito.

2.2.2 Schermatura

Lo schermo, per essere efficace, non deve lasciare aperture all'onda e.m., come soddisfare questa condizione se il contenitore deve avere una apertura di accesso, aperture per ventilazione, passaggio cavi eccetera?
L'apertura di accesso (coperchio o portello) quando è chiusa deve presentare dei punti di buon contatto elettrico distanziati fra loro di almeno 1/10 della massima lunghezza d'onda da abbattere.
Per frequenze che superano 500MHz è conveniente ricorrere a guarnizioni RF installate lungo il perimetro dell'apertura in modo che a portello chiuso vengono compresse assicurando un buon contatto elettrico su tutto il perimetro.
L'apertura della ventilazione viene schermata interponendo tra la stessa ed il ventilatore un filtro a "nido d'ape" costituito da tanti fori con rapporto spessore /diametro tale da assicurare l'effetto guida d'onda.
L'ingresso delle linee di alimentazione e/o segnali viene schermato con l'impiego di opportuni filtri e/o connettori filtrati
Lo schermo va scelto in base al campo da cui ci si deve difendere.
Per i campi radiati ( condizione di campo lontano) l'attenuazione è principalmente per riflessione alle basse frequenze e per assorbimento alle alte frequenze (oltre 10MHz).
Ad alte frequenze diminuisce la profondità di penetrazione e pertanto sono sufficienti schermi sottili in genere per ottenere l'abbattimento desiderato.
Nella condizione di campo vicino invece i campi elettrico e magnetico vengono abbattuti come segue:

  • il campo elettrico, principalmente per riflessione alle basse frequenze e per assorbimento alle alte frequenze;
  • il campo magnetico, principalmente per assorbimento alle frequenze più basse dove, per aumentare l'attenuazione vengono impiegati materiali ad alta permeabilità che convogliano più facilmente le linee di flusso deviandole dal volume protetto.

Detti materiali però già a frequenze inferiori a 100KHz perdono le loro proprietà . Pertanto ad alte frequenze, lontano dalla sorgente, è quasi ininfluente il tipo di materiale schermante purché¨ metallico e ad alta conducibilità .
A basse frequenze, vicino alla sorgente, occorre selezionare il materiale più adatto a seconda che sia da ridurre il campo elettrico, quello magnetico od entrambi.

2.2.3 Protezione dei circuiti stampati

I problemi di interferenza e.m. più comuni nascono già a livello di circuito stampato dove diffuso è l'impiego di circuiti logici e conseguenti segnali digitali sempre più veloci e pertanto di contenuto armonico sempre più esteso.
I maggiori problemi che sorgono a livello di circuito stampato scaturiscono dai seguenti motivi :

  • la corrente dei segnali scorre lungo le piste di alimentazione richiudendosi attraverso l'alimentatore; dette piste, assimilabili a delle induttanze per la r.f., si comportano come elementi radianti;
  • correnti di diversi dispositivi (per esempio circuiti integrati) percorrono tutte insieme un tratto comune di pista causando una d.d.p. ai suoi estremi; questo tratto di pista diviene una impedenza comune a più circuiti.

Come intervenire sul circuito stampato

  • Tenere le piste dei segnali logici più corte possibile, può essere necessario raggrupparle e racchiuderle staccate dal circuito stampato e lontane dai punti di I/O del circuito stesso
  • Impiegare clocks con tempi di salita/discesa più lenti possibile;
  • Impiegare circuiti stampati "multistrato" per avere massa estesa e ridurre l'area di accoppiamento con l'onda e.m.
  • Separare le varie linee di alimentazione e massa (ritorno) relative a circuiti diversi ritenuti critici;
  • Alternare conduttori di segnale e massa sia nel cavo ( impiego di flat cable) che nel connettore;
  • Impiegare connettori di segnale filtrati;
  • Impiegare anelli di ferrite.

Vedi anche: Marcatura CE - EMC direttive CEE e norme di prodotto (1/3) e Marcatura CE - Marchio CE o Certificazione CE (3/3)

RICHIEDI SUBITO UN PREVENTIVO: o contattaci per email ce@emcelettronica.com

 

 

Scrivi un commento all'articolo esprimendo la tua opinione sul tema, chiedendo eventuali spiegazioni e/o approfondimenti e contribuendo allo sviluppo dell'argomento proposto. Verranno accettati solo commenti a tema con l'argomento dell'articolo stesso. Commenti NON a tema dovranno essere necessariamente inseriti nel Forum creando un "nuovo argomento di discussione". Per commentare devi accedere al Blog
ritratto di t-tommj

info

Buongiorno , io ho da risolvere un problema piuttosto serio , porto una protesi ortopedica elettronica alla gamba sinistra e faccio il fabbro di mestiere.
L' anno scorso mi e' stata invalidata la visita medica del lavoro in quanto il medico afferma che i campi elettromagnetici delle saldatrici a TIG possono danneggiare la parte elettronica della protesi. Quindi ho perso questo lavoro , ma ora ne' inizio un' altro dove ogni tanto mi capitera' di dover usare la saldatrice a TIG , a questo punto ho pensato ad un sistema per proteggere l' elettronica della protesi tramite una sorta di calza che andrei a mettere e togliere ogni qual volta ce ne fosse il bisogno.
Chiedo agli esperti di che genere di materiale avrei bisogno per poter fare una protezione simile , teniamo conto che deve potersi piegare per riuscire a girarla intorno alla protesi , pensavo di poterla poi fermare con del velcro , ma quello che devo capire bene e' quale materiale posso usare !!!

E' una cosa molto importante e vi sarei infinitamente grato se mi sapeste aiutare , non so' se della gomma da 2mm. di spessore possa servire a qualcosa , pero' , insomma puo' essere anche multistrato purche' pieghevole…

Grazie

ritratto di Emanuele

Schermatura RF

Ciao Tommy,
l'elettronica della protesi dovrebbe essere marcata CE, quindi dovrebbe essere disponibile il fascicolo tecnico con il test report.
Se cosi non fosse, sarebbe illegale...

Comunque posso consigliarti di fare una prova (per quanto possibile) con della comune carta argentata in alluminio, quella da cucina. Collaborando con un laboratorio CE ho potuto sperimentare di persona questa soluzione, non molto ortodossa ma sufficiente per avere un idea di come poi intervenire.

Tra l'altro esistono anche materiali specifici che puoi trovare a catalogo, sicuramente piu performanti del "cookie pack" vedi questo esempio
http://it.farnell.com/laird-technologies/ws-8463-na/shielding-sheet-rfi-emi/dp/1219144

Comunque da qui puoi trovare molti materiali schermanti
http://it.farnell.com/emc-rfi-suppression

segui la parola "shielding" o "shield"

ritratto di t-tommj

graazie!!!

Prorio di una cosa del genere ho bisogno , quella specie di gomma potrebbe essere una soluzione , poi ho cercato nel resto del sito ma non ho trovato niente se non lastre , ma quelle non le piego e in piu' saranno pesanti…
Visto che sei stato così gentile , credi di riuscire ad aiutarmi con altri consigli?
Sai questa cosa per me' e' di vitale importanza , se pensi che e' da 2 anni che sbatto la testa per trovare un lavoro , capirai che giocarmi la protesi adesso che ne ho trovato uno ha dell' incredibile.
Questa e' la mia mail ( tom.ta@alice.it ) e se a tempo perso hai voglia di aiutarmi te ne sarei infinitamente grato davvero , ho messo in moto anche mio cugino che e' un professore di elettrotecnica e lui a sua volta un suo collega ingegnere che ha studiato per un periodo proprio qualcosa riguardo ai campi elettromagnetici….
Qualsiasi cosa puo' essere utile , come ad esempio se dovessi fare una calza multistrato , puo' essere utile sapere se certi materiali unendoli con delle cuciture , perderebbero di efficacia o cose simili…i campi elettromagnetici comunque non sono fortissimi , un esperto del settore che rileva dati tramite apposite attrezzature , dice che ha gia' controllato una ditta dove venivano usate a livello industriale queste saldatrici e che i dati non erano particolarmente allarmanti…meglio così , pero' io devo ugualmente tutelarmi..

Vado a cercare le carte della protesi e vediamo se c'e' qualcosa di interessante che potrebbe aiutarci….intanto grazie mille..

Thomas

 

 

Login   
 Twitter Facebook LinkedIn Youtube Google RSS

Chi è online

Ci sono attualmente 8 utenti e 82 visitatori collegati.

Ultimi Commenti