10 praktiske metoder til at beskytte processignaler mod elektrisk støj

 

Elektrisk støj er en af de mest almindelige årsager til ustabile målinger i industrianlæg. Frekvensomformere, motorer, kontaktorer og håndholdte radioer genererer alle elektromagnetisk interferens (EMI), som kan overføres til signalkabler og vise sig som springende værdier, offset eller uforklarlige udkoblinger.

De fleste EMI-problemer kan forebygges gennem nogle få velovervejede valg i forbindelse med design og installation. De ti råd nedenfor er inddelt i tre områder – kabelføring, skærmning og jordforbindelse samt valg af signal og udstyr. Hvert råd forklarer kort, hvorfor det virker, så du kan anvende princippet i din egen installation.

 

Kabelføring

1. Afstand mellem signal- og effektkabler

Før instrumenteringskabler i separate kabelbakker eller -rør fra effekt- og motorkabler. Koblingen mellem kabler mindskes med afstanden og øges med den strækning, hvor kablerne løber parallelt – så begge dele har betydning.

En afstand på 10 centimeter eller mere er en almindelig tommelfingerregel, og producenter af frekvensomformere angiver typisk en minimumsafstand til motorkabler i deres installationsvejledninger. Hvis en fælles kabelbakke ikke kan undgås, bør der anvendes en jordet metalskillevæg.

Når signal- og effektkabler skal krydse hinanden, bør de krydse i en vinkel på 90°. Ved en ret vinkel kobles magnetfeltet fra effektkablet kun i meget begrænset grad ind i signalkablet. Den elektriske kobling reduceres også, fordi den strækning, hvor kablerne løber tæt på hinanden, minimeres.

 

2. Hold signal- og returledere samlet

Et magnetfelt inducerer en spænding i den sløjfe, der dannes af signallederen og dens returvej – og jo større sløjfearealet er, desto større bliver den inducerede spænding.

Før signalet og dets returleder i samme kabel, hold lederparret samlet hele vejen frem til terminalerne, og før dem aldrig ad forskellige veje.

Undgå at efterlade overskydende kabel oprullet ved siden af støjkilder som frekvensomformere eller transformere, da kabelspolen vil fungere som en antenne og opsamle støj fra omgivelserne.

 

3. Brug parsnoede ledere – og kend skærmens funktion

Snoning reducerer magnetisk kobling, fordi de spændinger, der induceres i de efterfølgende snoninger, har modsat polaritet og derfor i vid udstrækning ophæver hinanden. Skærmen har en anden funktion: Den beskytter primært mod elektrisk feltkobling (kapacitiv kobling) og højfrekvent interferens.

En tynd folieskærm giver kun begrænset beskyttelse mod lavfrekvente magnetfelter, eksempelvis 50/60 Hz-felter fra nærliggende effektkabler – her er snoning og afstand de relevante virkemidler. I miljøer med meget elektrisk støj bør der anvendes kabler, der både er parsnoede og skærmede.

Skærmning og jordforbindelse

4. Afslut skærme med en 360°-forbindelse

En skærm er kun så effektiv som dens terminering. En lang såkaldt “pigtail” – hvor skærmfletningen snos til en leder og forbindes til en terminal – tilfører induktans og kan gøre skærmen næsten virkningsløs ved høje frekvenser.

Tilslut skærmen hele vejen rundt om kablet ved hjælp af en skærmklemme eller EMC-kabelforskruning, og gør det dér, hvor kablet føres ind i kabinettet, så interferensen ledes til jord, inden den kommer ind.

5. Vælg en jordingsstrategi – og anvend den konsekvent

Jording af skærmen i begge ender giver den bedste beskyttelse mod højfrekvent interferens. Men hvis jordpotentialet er forskelligt i de to ender, vil der løbe en lavfrekvent strøm i skærmen.

Jording i kun én ende – typisk i kontrolrumsenden – eliminerer denne strøm, men giver mindre beskyttelse mod højfrekvent interferens.

Det rigtige valg afhænger af anlæggets potentialudligning. Med et velforgrenet potentialudligningsnet foretrækkes jording i begge ender generelt. Uden et sådant net er jording i én ende den traditionelle løsning inden for procesinstrumentering.

Uanset hvilken løsning du vælger, skal princippet anvendes konsekvent i hele installationen. I eksplosionsfarlige områder gælder der specifikke krav til jordforbindelse af skærme i egensikre kredsløb (IEC 60079-14), som skal overholdes.

6. Håndter støjen ved kilden

Frekvensomformere er den mest almindelige kilde til interferens i moderne industrianlæg. Brug skærmede, symmetriske motorkabler med 360°-skærmtilslutning ved både frekvensomformeren og motoren, behold frekvensomformerens indgangsfilter monteret, og overvej udgangsfiltre (du/dt- eller sinusfiltre) ved lange motorkabler.

Inde i kabinettet bør “støjende” områder med frekvensomformere, kontaktorer og switch-mode-strømforsyninger holdes adskilt fra “rene” områder med instrumentering og signalbehandling.

Valg af signal og udstyr

7. Konverter lavniveausignaler tæt på sensoren

Termoelementsignaler ligger i området på nogle få tiendedele mikrovolt pr. grad. For et type K-termoelement svarer blot 1 mV opsamlet støj til en fejl på cirka 24°C. At sende et så svagt signal gennem et langt kabel i et støjfyldt industrianlæg øger risikoen for målefejl markant.

Ved at montere en transmitter i følerhovedet – eller tæt på målepunktet – konverteres signalet til 4–20 mA over den kortest mulige afstand.

Et strømsignal er langt mere robust: Strømmen påvirkes ikke af kabelmodstanden, og strømsløjfens lave impedans gør den langt mindre følsom over for induceret interferens end et høj-impedant millivoltsignal.

Sådan kan PR electronics hjælpe: PR electronics' hovedmonterede temperaturtransmittere konverterer RTD-, termoelement- og mV-signaler til 4–20 mA direkte ved målepunktet – med galvanisk isolation mellem indgang og udgang (2,5 kVAC for PR 5437). Se hovedmonterede temperaturtransmittere.

8. Bryd jordsløjfer med galvanisk isolation

Når en målesløjfe er jordet mere end ét sted, kan forskelle i jordpotentiale drive strøm gennem signalledningerne og vise sig som offset eller støj. Jordede termoelementer, hvor målepunktet er i kontakt med en jordet følerlomme, er et klassisk eksempel.

Galvanisk isolation bryder denne strømvej: Indgang, udgang og forsyning er elektrisk adskilt, mens målesignalet overføres hen over isolationsbarrieren. Men ikke al isolation er ens.

Hurtige common-mode-transienter kan stadig kobles hen over barrierens interne kapacitans, og derfor er isolatorens egen EMC-immunitet (elektromagnetisk kompatibilitet) lige så vigtig som dens isolationsspænding. Hvis sløjfen overfører HART-kommunikation, skal du vælge en isolator, der er HART-transparent.

Sådan kan PR electronics hjælpe: Galvanisk isolation er en central del af PR electronics' portefølje inden for signalbehandling – fra smalle DIN-skinneisolatorer til universalkonvertere og HART-transparente repeatere til eksplosionsfarlige områder. Se signalisolatorer.

9. Vælg udstyr med dokumenteret EMC-immunitet (elektromagnetisk kompatibilitet)

CE-mærkning viser, at et produkt opfylder minimumskravene – ikke hvor godt det fungerer i dit anlæg. Tjek derfor databladet: EMC-immunitetspåvirkningen angiver, hvor meget målingen kan afvige under test.

NAMUR NE21, som anvendes bredt i procesindustrien, stiller yderligere krav ud over dem, der findes i grundstandarden IEC 61326-1, mens IEC 61326-3-1 gælder for udstyr, der udfører sikkerhedsfunktioner.

Virkelige industrianlæg er ofte mere krævende end testlaboratoriet. En håndholdt radio tæt på et kabinet kan nemt overstige feltstyrken på 10 V/m, der anvendes ved industriel immunitetstest.

Sådan kan PR electronics hjælpe: Produkter fra PR electronics er designet til at overgå standardkravene til EMC, og vores datablade angiver EMC-immunitetspåvirkningen – eksempelvis mindre end ±0,5 % af span ved standard EMC-test og mindre end ±1 % af span ved udvidet test i henhold til NAMUR NE21 for PR 3103-isolatoren.

10. Brug filtrering som en sidste udvej – ikke som den første løsning

De fleste transmittere og styresystemer giver mulighed for at tilføje dæmpning eller øge reaktionstiden for at udglatte et støjfyldt signal.

Det kan være nyttigt, men det skjuler symptomet i stedet for at fjerne årsagen – og det gør samtidig målingen langsommere, hvilket kan påvirke reguleringens ydeevne og sikkerhedsfunktioner. Find og afhjælp først støjkilden, og brug derefter filtrering til finjustering.

Robuste målinger designes – de tilføjes ikke bagefter

Der findes sjældent ét enkelt tiltag, der fjerner EMI. Kabelføring, skærmning, jordforbindelse, signaltype og valg af udstyr påvirker hinanden, og en svaghed på ét område kan ophæve indsatsen på de øvrige.

Brug de ti råd som en tjekliste ved design af nye installationer – og som et udgangspunkt ved fejlfinding på eksisterende installationer. Et godt første spørgsmål er: Opstår støjen, når en bestemt frekvensomformer, pumpe eller radio er i brug?

Hos PR electronics bliver EMC-ydeevne tænkt ind i vores produkter lige fra den første designfase – for en signalbehandlingsenhed er kun så god som det signal, den leverer i et virkeligt industrianlæg.

Vil du gå mere i dybden? Deltag i vores kommende webinar

Deltag i vores webinar om elektromagnetisk interferens med vores egen EMC-specialist, Michael Breer, den 22. oktober 2026, og lær, hvordan interferens kobles ind i instrumenteringssignaler, hvordan du identificerer kilden, og hvad du skal tage højde for, når du designer robuste målesystemer.

Tilmeld dig EMI-webinaret