Kabelscherm aarden — enkelzijdig of tweezijdig, en waarom dat verschil maakt

De gids over EMC-scheiding tussen voedings- en datakabels behandelt waarom stroom- en signaalkabels fysiek gescheiden worden gelegd. Dit artikel gaat over een gerelateerde maar aparte keuze: hoe het scherm (afscherming) van een kabel wordt geaard — aan één uiteinde, of aan beide — en waarom die keuze niet willekeurig is, maar afhangt van het type kabel en de frequentie van het probleem dat wordt bestreden.

Wat het scherm doet

Een afgeschermde kabel heeft een geleidende laag (folie, vlechtmantel of beide) rond de aders, bedoeld om elektromagnetische koppeling tussen de aders en de omgeving te beperken — in beide richtingen: het scherm houdt externe storing buiten de aders, en het houdt de eigen straling van de aders (bijvoorbeeld de schakelflanken van een frequentieomvormer) binnen de kabel. Om die functie te vervullen moet het scherm zelf op een laagimpedante manier met aarde zijn verbonden — maar "verbonden" kent twee varianten met een tegenovergesteld effect.

Enkelzijdig aarden

Bij enkelzijdig aarden wordt het scherm slechts aan één uiteinde met aarde verbonden; aan het andere uiteinde blijft het scherm zwevend (of alleen capacitief gekoppeld).

• Voorkomt een aardlus: met twee aardpunten die niet exact op hetzelfde potentiaal liggen (in een groot gebouw of tussen twee gebouwdelen kan dat al enkele volt schelen), ontstaat bij tweezijdige aarding een lusstroom door het scherm op netfrequentie, die via magnetische koppeling ruis in de aders induceert.
• Typische toepassing: laagfrequente instrumentatie- en signaalkabels (sensor, meetkring), waar het vermijden van een bromlus zwaarder weegt dan afscherming tegen hoogfrequente straling.

Tweezijdig aarden

Bij tweezijdig aarden wordt het scherm aan beide uiteinden — bij voorkeur met een volledige 360°-omvattende wartelverbinding, niet met een enkel "pigtail"-draadje — met aarde verbonden.

• Laagste impedantie voor hoogfrequente storing: bij hogere frequenties (globaal boven ~100 kHz, of wanneer de kabellengte een aanmerkelijk deel van de golflengte van de storing wordt) is een tweezijdige, laagimpedante scherm-aarding nodig om het scherm zijn afschermende werking te laten behouden; een enkelzijdige aarding laat het scherm dan als antenne fungeren in plaats van als schild.
• Typische toepassing: motorkabels van frequentieomvormers, waar de snelle schakelflanken (IGBT) hoogfrequente storing opwekken die zonder tweezijdige, laagimpedante scherm-aarding via straling en geleiding naar andere kabels en apparatuur kan koppelen.

Praktische relevantie

• Wartelkeuze: voor tweezijdige EMC-aarding is een EMC-wartel met 360°-klemming van het scherm nodig (zie de gids over kabelwartels); een pigtail-aansluiting introduceert extra zelfinductie die de hoogfrequente afscherming juist tegenwerkt.
• Stroombelastbaarheid: bij een gepantserde vermogenskabel die tweezijdig geaard is, kan een circulerende stroom door het pantser ontstaan (geïnduceerd door de belastingsstroom in de aders). Deze circulerende stroom draagt bij aan de opwarming van de kabel en kan de toelaatbare stroombelastbaarheid uit de installatiemethode-tabellen (zie de gids over referentiemethoden) verlagen ten opzichte van een kabel met enkelzijdig geaard pantser.
• Frequentieomvormerinstallaties: zie de gids over aarding en EMC bij frequentieomvormers voor de volledige EMC-aardingsstrategie rond de omvormer zelf, waarvan de motorkabelscherm-aarding een onderdeel is.

Veelgemaakte fouten

1. Een lange instrumentatiekabel tweezijdig aarden "voor de zekerheid" — dit veroorzaakt juist een bromlus die zonder tweezijdige aarding niet zou zijn opgetreden.
2. Een frequentieomvormer-motorkabel enkelzijdig aarden in de veronderstelling dat één aardpunt voldoende is — bij hoogfrequente schakelstoring faalt de EMC-afscherming dan grotendeels.
3. Een pigtail-draadje gebruiken in plaats van een 360°-wartelverbinding voor de scherm-aarding van een EMC-gevoelige kabel — de toegevoegde zelfinductie van het pigtail-draadje ondermijnt de laagimpedante verbinding die bij hoge frequentie nodig is.
4. De stroombelastbaarheidstabel van de kabelfabrikant niet raadplegen bij een tweezijdig geaard gepantserd vermogenskabeltracé — de circulerende pantserstroom kan een derating vereisen die niet in de generieke installatiemethode-tabel is verwerkt.
5. Scherm-aarding beschouwen als een simpele "wel of niet"-keuze zonder rekening te houden met het type signaal (laagfrequent versus hoogfrequent) — de juiste keuze hangt af van de toepassing, niet van een vaste regel die voor elke kabel geldt.

Gerelateerd

• EMC-scheiding tussen voedings- en datakabels
• Referentiemethoden & stroombelastbaarheid
• Kabelwartels — IP-klasse, trekontlasting, EMC-afscherming
• Frequentieomvormer — aarding en EMC