Informazioni tecniche sui filtri EMC

INFORMAZIONI TECNICHE
1. Generalità
L’impiego delle apparecchiature elettriche ed elettroniche è in rapida crescita e ciò comporta che un numero sempre
maggiore di impianti nei settori dell’Energia, del Controllo e dell’Elaborazione Dati vengano messi in prossimità l’uno con
l’altro influenzandosi reciprocamente durante il servizio.
Per un funzionamento privo di anomalie devono tuttavia sussistere condizioni di “compatibilità elettromagnetica”, cioè in
un ambiente elettromagnetico un apparecchio deve avere la possibilità di funzionare in modo soddisfacente senza
causare di per sé disturbi che risulterebbero inaccettabili da altri.
Questo criterio deve permettere il perfetto funzionamento simultaneo dei più diversi apparati.
I disturbi elettromagnetici possono causare diversi malfunzionamenti spesso peraltro non facilmente diagnosticabili.
Tali disturbi hanno come effetto il presentarsi di fruscii e crepitii in un ricevitore radio, di errori dati e blocco del processore
nei sistemi computerizzati, via via fino alla perforazione degli isolanti.
Per garantire il rispetto delle DIRETTIVE EMC è necessario utilizzare filtri rete con valori opportuni. I filtri REO vengono
normalmente consegnati pronti per essere montati e collegati. Sono adattati ai requisiti specifici del luogo di impiego.
1.1 Scelta dei filtri di rete
Nell’installazione di un filtro di rete vanno osservati i seguenti punti:
- tensione di alimentazione, corrente nominale e frequenza rete.
- valori limite in funzione del luogo d’impiego, ad esempio EN 55011 classe A.
- protezione meccanica contro i contatti e i getti d’acqua.
- condizioni climatiche nel luogo d’impiego (temperatura, umidità) e grado di protezione.
- corrente di dispersione ammissibile, tenendo presenti i valori massimi riportati nelle Norme VDE e nelle norme
internazionali.
1.2 Propagazione dei disturbi
I disturbi elettromagnetici possono propagarsi in diversi modi. Il tipo di propagazione dipende dalla frequenza. I disturbi a
bassa frequenza, al di sotto dei 10 MHz, si propagano principalmente a causa degli accoppiamenti galvanici fra i
conduttori. I disturbi a frequenza elevata, al di sopra dei 30 MHz, vengono in gran parte irradiati. Il campo intermedio è la
risultante dei due meccanismi di trasmissione.
I filtri EMC vengono utilizzati per la soppressione dei disturbi legati ai conduttori. Con il massimo disadattamento
dell’impedenza ne viene impedita la propagazione. L’azione filtrante agisce in entrambe le direzioni. Ciò significa che
vengono attenuati sia i disturbi dall’utilizzatore alla rete sia i disturbi dalla rete all’utilizzatore.
1.3 Valori limite per le tensioni di disturbo
I valori limite per le diverse tensioni di disturbo sono definiti in norme europee (EN) diverse.
Nelle norme EN viene stabilita una differenziazione per l’impiego residenziale o per le industrie leggere (classe A) e per
l’impiego industriale (classe B). Questa suddivisione è riportata nello schema seguente per una più semplice
identificazione dei filtri necessari.
Livello di emissione
[dBµV]
120
100
Quasi-picco massimo secondo EN 55011
80
60
Class A
Class B
40
EN 55011 Valori limite e procedure di misura per la soppressione di disturbi
di apparecchiature ad alta frequenza industriali, scientifiche e medicali.
20
EN 55022 Valori limite e procedure di misura per la soppressione di disturbi di
.01
.1
1
10
30
apparecchiature di sistemi informatici.
Frequenza [MHz]
EN 55013 Valori limite e procedure di misura per le caratteristiche di soppressione dei disturbi di ricevitori radio ed
apparecchi collegati.
EN 55014 Valori limite e procedure di misura per la soppressione di disturbi di elettrodomestici, utensili elettrici portatili ed
apparecchiature elettriche similari.
EN 55015 Valori limite e procedure di misura per la soppressione di disturbi di lampade fluorescenti e di apparecchi di
illuminazione di lampade fluorescenti.
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Sorgente
Disturbo di modo comune Utilizzatore
(Corrente di disturbo
asimmetrica)
1.4 Tipi di disturbo
Dist. di modo differenziale
Si distinguono diversi tipi di disturbo. In generale si verifica sempre una
combinazione di correnti di disturbo che si differenziano per le diverse
direzioni di propagazione.
(Corrente di disturbo
simmetrica)
Cp=capacità
parassita
Corrente verso terra
1.5 Struttura fondamentale
Cy
I componenti fondamentali essenziali dei filtri rete sono le induttanze
e i condensatori. Entrambi questi elementi sono disposti in modo
tale che il filtro effettui la massima attenuazione possibile a seconda
del tipo di disturbo presente (di modo comune o differenziale).
L
Cx 1
Cx 2
Cy
Corrente di disturbo simmetrica
Corrente di disturbo asimmetrica
L IN E
Collegando in serie più stadi passa basso, il filtro può essere realizzato
con valori elevati di attenuazione. Nel caso dei filtri trifase vengono uniti
insieme stadi analoghi collegati in serie.
PE
R
Cx1
Cy2
L2
Cx2
L'
Cx3
N
LOA D
Cy1
L1
L
N'
Cy1
Cy2
A causa dei diversi tipi di disturbo che si possono presentare, non è in genere sufficiente un unico metodo di filtraggio per
attenuare tutti i valori. Per soddisfare tutte le esigenze è necessario usare una combinazione di condensatori X,
condensatori Y, induttanze compensate in corrente e induttanze non compensate. Questi componenti devono essere
accordati tra di loro per raggiungere l’azione di filtraggio ottimale nel campo di frequenza richiesto ( 150 kHz - 30 MHz ).
1.6 Soppressione singola o combinata
Soppressione combinata
A
B
C
Soppressione singola
D
A
FILTRO
B
C
D
FILTRO
FILTRO
REO
L’aspetto economico richiede un sistema per la soppressione dei disturbi a basso costo. Con un sistema di soppressione
combinata può essere ridotta la quantità dei filtri necessari a più utilizzatori all’interno, ad esempio, del quadro elettrico.
Svantaggi della soppressione combinata:
- questa soluzione è problematica quando si debbano installare componenti aggiuntivi
- la corrente nominale del filtro non deve essere superata.
- i cavi di collegamento più lunghi devono essere schermati
- il filtro non è efficace per i disturbi che vengono trasmessi direttamente da un utilizzatore all’altro non sono da escludere
influenze contrapposte
A causa di questi problemi in molti casi si preferisce utilizzare la soppressione singola come metodo da utilizzare per una
soluzione efficace.
1.7 Condensatori soppressori di disturbi
Per ridurre i guasti del ricevitore di disturbi, che vengono generati dal mezzo elettrico in funzione, vengono impiegati
condensatori soppressori di disturbi. Nell’impiego nei filtri antidisturbo, devono soddisfare i requisiti richiesti dalla Norma
DIN 57565 Parte 1 / VDE 0565 Parte 1.
Nel marzo del 1995 è stata presentata pubblicamente la norma europea EN 132400. Questa norma corrisponde alle
indicazioni internazionali IEC 384-14-2.
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I condensatori per la soppressione dei disturbi che vengono oggi utilizzati, corrispondono alle condizioni della norma
europea e sono contrassegnati come componenti singoli.
Condensatori X, sono condensatori di capacità illimitata per applicazioni nelle quali il loro guasto per cortocircuito non
debba portare ad una scarica elettrica pericolosa.
I condensatori di classe X vengono suddivisi in due sottoclassi in base alle tensioni di picco a cui sono sottoposti oltre alla
tensione di rete.
Condensatori Y, sono condensatori per una tensione di isolamento (secondo la VDE 0550 Parte 1) pari a Ueff = 250 V
con sicurezza meccanica ed elettrica maggiorata e capacità limitata.
1.8 Componenti induttivi
Induttanze compensate in corrente (produzione propria di “REO“) servono alla soppressione di disturbi di apparecchiature
azionate da tiristori con parzializzazione della tensione uscita e componente di disturbo asimmetrica relativamente
elevata. Con una scelta ottimale del materiale pregiato del nucleo, è possibile raggiungere, nonostante valori di corrente
più elevati, piccoli valori a elevati valori di induttanza.
Grazie all’introduzione di una nuova tecnica di avvolgimento, ciò è diventato possibile. Bobine a singolo, doppio o triplo
avvolgimento, possono essere avvolte in modo tale da far coincidere il diametro del filo con il foro interno. – Piccolo
diametro esterno, piccolo diametro interno -.
Tutte le bobine sono costruite conformemente alla VDE 0160 e alla EN 50178. Nelle applicazioni si costruisce
conformemente alla VDE 0565 e alla EN 138000. Tutti i materiali sono elencati nelle UL.
Induttanze non compensate (Induttanze per la soppressione dei disturbi, produzione propria di “REO“ ) sono induttanze
che presentano bassa impedenza alla frequenza di rete ed alta impedenza a frequenze elevate. In questo modo esse
limitano le correnti ad alta frequenza che si sovrappongono alla corrente di esercizio. Nell’impiego nei filtri per la
soppressione dei disturbi devono essere conformi alle norme DIN 57565 Parte 2/VDE 57565 Parte 2.
Attenuazione
[dB]
100
1.9 Caratteristiche di attenuazione
Per descrivere l'efficienza di un filtro, vengono impiegati i diagrammi di attenuazione.
Da questi diagrammi si può stimare, per un disturbo noto, se un particolare filtro
è adatto alla soppressione del disturbo. Una previsione precisa può essere fatta
solamente dopo una misura fisica.
Modo differenziale
Modo comune
80
60
40
20
Queste caratteristiche vengono misurate alimentando il filtro, attraverso circuiti
prescritti, con segnali definiti. Le misure in uscita forniscono il livello dei disturbi.
0
.15
1.10 Installazione ottimale
1
10
30
Frequenza [MHz]
Oltre alla qualità del filtro è importante il modo in cui esso viene montato.
Lunghezze dei cavi ridotte e messe a terra con superfici piane, possono portare ad un ulteriore guadagno di
attenuazione.
Per sopprimere i disturbi legati alle radiazioni (ca. 10 MHz-100 MHz) è consigliabile inserire agli ingressi e alle uscite dei
grani di ferrite che attenuano le frequenze elevate.
1.11 Corrente di dispersione
Uno dei parametri più importanti nei filtri rete è la corrente di dispersione. Durante il funzionamento delle apparecchiature
elettriche, la corrente di dispersione scorre, ed è presente, a causa delle capacità parassite e dei condensatori inseriti
nell’apparecchio, collegati tra i conduttori percorsi da corrente ed il potenziale di massa.
Per motivi di sicurezza non si devono superare determinati valori della corrente di dispersione (valori limite specifici per
apparecchi e Paesi).
La corrente di dispersione nei filtri rete dipende:
- dalla somma dalle capacità parassite e dalle capacità tra i conduttori percorsi da corrente e la custodia (metallica)
- dalla tensione d’esercizio
- dalla frequenza
- dall’esistenza di eventuali resistenze di scarica.
La corrente di dispersione del filtro di rete monofase si riferisce alla corrente che può scorrere tra ciascun conduttore
percorso da corrente ed il potenziale di terra.
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Le correnti di dispersione dei filtri di rete trifase, riportate nei dati tecnici, presuppongono le seguenti condizioni (caso più
sfavorevole):
- tolleranza della tensione nominale +10%
- tolleranza della capacità dei condensatori +20%
- una fase percorsa da corrente (due fasi interrotte).
Se viene superato il valore ammesso della corrente di dispersione per un apparecchio elettrico o per un impianto ( p.es.
3.5 mA per apparecchi fissi di classe di protezione I ), questa deve essere “rimossa in modo controllato” sec. DIN VDE
0100 e DIN VDE 0160.
Si hanno a scelta le seguenti possibilità:
2
- sezione del conduttore di protezione ≥ 10 mm Cu
- controllo del conduttore di protezione e spegnimento automatico in caso di anomalia
- posa di un ulteriore conduttore facendo attenzione alla sezione necessaria
1.12 Correnti di dispersione ammissibili
Elettrodomestici
Apparecchi Mobili
di Classe di Protezione I
0,75 mA
Apparecchi Motorizzati Fissi
di Classe di Protezione I
3,5 mA
Apparecchi Termici Fissi
di Classe di Protezione I
5 mA
Apparecchi
di Classe di Protezione II
0,25 mA
Apparecchi Coperti
5 mA
Altri Apparecchi
3,5 mA
Industria
Industria
VDE 0100
IAbl <1/10 INenn
Rispettare le norme di messa a terra!
1.13 Caratteristiche dei filtri REO
- Dimensioni ridotte
- Montaggio semplice e rapido
- Piccole superfici di appoggio, particolarmente per filtri sottoapparecchio e filtri con forma a libro
- Produzione propria delle bobine
- Esecuzioni speciali delle custodie con produzione propria
- Disponibili a magazzino fino 25 A
- Allacciamenti diversi per richieste particolari
- Esecuzioni speciali fino a 1000 V
2. Dati tecnici
2.1 Caratteristiche
In caso di assenza di accordi espliciti diversi con il Cliente, costruiamo i nostri prodotti in base alle seguenti prescrizioni:
VDE 0565 Parte 1-3
/ DIN EN 133200 / IEC 68-1
Tutti i materiali sono elencati nelle UL.
2.2 Categoria climatica ( IEC 68-1 )
Per classificare i componenti con diverse condizioni
climatiche e meccaniche.
Temperatura limite
superiore + 85°C
Temperatura
limite
Inferiore - 25°C
⇑
⇐ 25/85/21⇒
Umidità relativa
95% 21 Giorni/Anno
2.3 Frequenza
Tutti i filtri REO lavorano anche con frequenze inferiori a fN =50/60 Hz ( anche corrente continua ). A richiesta possono
essere forniti filtri con frequenze superiori.
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2.4 Carico di corrente
Riduzione di corrente sopra i 40°C di temperatura ambiente
I = I N (85 − ϑ) / 40
Il carico di corrente ammesso è funzione della temperatura ambiente. Fino a 40°C un filtro può funzionare con la sua
corrente nominale. Per temperature più elevate la corrente ammissibile si riduce. A 85°C si raggiunge il punto zero di
carico (a 25/85/21).
Prove di tensione dei filtri antidisturbo ( conformemente alla EN133200 )
I N2[ A2]
ϑ
40°C
Umgebung
Tensione nominale
Tra i morsetti
150 ≤ UN
≥ 250V
4,3 UN (DC)
250 ≤ UN
≥ 500V
4,3 UN (DC)
Isolamento interno ed esterno
C > 1µF
C ≤ 1µF
1500 V AC oppure
4,3 UN DC
2250 V DC
2kV AC oppure
4,3 UN DC
3 kV DC
85°C
3. Assistenza tecnica
3.1 Disturbi legati ai conduttori
Parallelamente alla vendita dei filtri, offriamo anche, come servizio per la parte elettronica, la possibilità di effettuare
misure. Con queste misure vengono determinati i disturbi legati ai conduttori, con una stazione di misura a norme. Per la
grande disponibilità di filtri di rete, può essere trovata rapidamente una soluzione economica e tecnicamente ineccepibile.
3.2 Misurazioni ausiliarie ( Simulazione di disturbi transitori )
Oltre le misure dei disturbi legati ai conduttori, a richiesta possono essere effettuate le seguenti misure:
- misure con scariche transienti
- rapide scariche transienti, fino a più kV, 2,5/5 kHz (IEC 801-4)
- misure con disturbi impulsivi
- disturbi impulsivi ad elevata energia, Surge, fino a più kV, 1,2/50 µs 5kA 8/20 (IEC 801-5) monofase e trifase
Serie speciali
Grazie alla lavorazione propria delle lamiere, alla fabbricazione delle custodie, alla produzione di bobine e ad un
magazzino con tutti i componenti necessari, in un breve periodo può essere progettato e prodotto il filtro adatto
per l’impiego specifico del Cliente. Per tali richieste, o per domande sulla EMC, Vi preghiamo di mettervi in
contatto con noi.
4. Legenda dei simboli utilizzati
Simbolo Significato
Simbolo
Significato
UN [V]
Tensione nominale in Volt
Uk [V]
Tensione di corto circuito in Volt
IN [A]
f [Hz]
Corrente nominale in Ampere
Frequenza in Hertz
IAbl[mA]
UP L-L
Corrente di dispersione ( o di fuga ) in Milliampere
Tensione di prova fra i conduttori in Kilovolt
L [mH]
Induttanza in Millihenry
UP L-PE
Tensione di prova conduttore-terra in Kilovolt
C [µF]
R [kΩ]
Capacità in Microfarad
Resistenza in Kiloohm
∅ [mm]
L1, L2, L3, N, PE
Diametro in mm
Morsetti di ingresso
T [µs]
a [dB]
Tempo in micro secondi
Attenuazione in Decibel
L1´, L2´, L3´, N´, PE´
Morsetti di uscita
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