Cavi di potenza schermati e come sceglierli

Le schermature sono note soprattutto nell’ambito della trasmissione dati, infatti i dati che vengono trasmessi tipicamente a frequenze medio-alte sono fonte di disturbi e a loro volta molto soggetti ai disturbi esterni.

Anche per alimentare apparecchiature motori a velocità variabile, una delle opzioni più comunemente utilizzate per proteggere dai disturbi elettromagnetici è quella di utilizzare cavi schermati. Quindi le schermature vengono impiegate anche per i cavi di potenza e di alimentazione.

I cavi di potenza schermati sono quelli che incorporano nella loro costruzione elementi conduttori, tipicamente metallici, proteggendo dalle interferenze elettromagnetiche o dai disturbi elettrici in entrambe le direzioni.
Dal cavo verso l’ambiente circostante, riducendo le emissioni, oppure dall’ambiente al cavo, riducendo interferenza. Lo scopo della schermatura dei cavi di potenza è quindi quello di non far uscire o non far entrare il flusso elettromagnetico, agendo così sia sull’emissione che sulla ricezione dei disturbi.

Solitamente l’effetto schermante sui cavi di potenza schermati può essere ottenuto mediante calze metalliche (tipicamente di rame stagnato), fili avvolti o fogli metallici, ciascuna con proprietà schermanti differenti.

La schermatura può essere multipla, quindi in alcuni casi la combinazione di due schermature può essere la soluzione migliore. È questo il caso dei cavi di potenza schermati LAPP ÖLFLEX SERVO 2XSLCY e simili, che hanno una schermatura in foglio di alluminio ed inoltre una schermatura in calza di rame stagnato.

L’efficacia dello schermo dipende dal materiale di cui è composto, dal tipo di interferenza elettromagnetica a cui è sottoposto, dalla sua frequenza, dalla distanza dalla sorgente di disturbo, dalla continuità dello schermo e dal sistema di terra.
I valori che meglio caratterizzano una schermatura sono la copertura ottica, la sezione equivalente della calza⁽¹⁾ (ad es. nel caso di schermo in calza di rame stagnato) e l’impedenza di trasferimento.
La copertura ottica rende l’idea di quanto la nostra “gabbia” è fitta ed è quindi in grado di fare da barriera, mentre la sezione equivalente e l’impedenza di trasferimento danno indicazione di quanto è efficiente il mio schermo a drenare le correnti che circolano sullo schermo stesso.

La schermatura dei cavi di potenza schermati in calza di rame stagnato ha un valore di impedenza di trasferimento che aumenta con la frequenza⁽²⁾.
Nelle schermature a fili avvolti l’aumento del valore dell’impedenza di trasferimento è addirittura maggiore.

La scelta del tipo di schermatura dipenderà dall’uso a cui è destinata.

Alle basse frequenze, originate da campi elettrici, la schermatura a calza è più efficace, mentre per le alte frequenze (oltre 10 MHz), la schermatura a foglio risulta essere la migliore.

Gli schermi a calza hanno coperture ottiche inferiori al 100% (circa 80~85%), il che facilita da un lato la flessibilità del cavo ed inoltre la sua dissipazione di calore.
Per gli schermi in foglio la copertura ottica è tipicamente maggiore del 100%, in fase di costruzione e di avvolgimento del foglio è infatti normale avere una “sovrapposizione” del foglio stesso.

La tematica EMC è di particolare rilievo nel contesto dei servo-azionamenti, infatti il rischio di interferenze o guasti ai sistemi elettrici, causati da motivi elettromagnetici, è aumentato notevolmente nel corso degli anni.

I produttori di questi sistemi (Power Drive System) hanno l'obbligo di informare i loro clienti. Devono fornire al loro cliente, ad es. produttore di macchine/impianti, tutte le informazioni rilevanti necessarie per l'installazione e il funzionamento in conformità alla compatibilità elettromagnetica EMC.
Ciò vale anche per la scelta o i criteri di selezione del tipo di cavo motore più appropriato per il Power Drive System.

Possono esistere guasti agli impianti elettrici causati da cause elettromagnetiche o interferenze; quindi, dovrebbero essere prese in considerazione le seguenti raccomandazioni:

• Cavi non schermati solitamente solo in caso di utilizzo di filtri di uscita SINUS
• Cavi con calza di rame ad alta copertura (singola schermatura)
• Cavi con “doppia” schermatura: (foglio metallico e calza di rame stagnato)
• Cavi a bassa capacità (3) (basse correnti di dispersione capacitive)
• Cavi con struttura concentrica o simmetrica (riduce le correnti parassite sul cuscinetto)

Ecco qualche esempio dei cavi di potenza schermati LAPP:

ÖLFLEX^® SERVO FD 796 P (non schermato)

ÖLFLEX^® SERVO 2XSLCY (versione simmetrica + doppio schermo)

ÖLFLEX^® SERVO FD 796 CP (schermatura in calza di rame stagnato)

ÖLFLEX^® SERVO FD zeroCM (schermatura in calza di rame stagnato + costruzione simmetrica)

La bontà di una schermatura è vana se non corrispondono dei buoni collegamenti alle estremità del cavo. Una delle pratiche più comuni per collegare la schermatura del cavo schermato, è quella di rimuovere la guaina esterna del cavo, aprire lo schermo e intrecciarlo e configurando un conduttore, questo viene poi collegato a massa come se fosse un semplice conduttore (non isolato) con un terminale ad occhiello.

Come e dove la schermatura di un cavo schermato è collegata a terra può cambiare radicalmente le sue prestazioni, indipendentemente dalle caratteristiche intrinseche della schermatura e del cavo stesso. Il collegamento a terra di una schermatura del cavo può essere l’anello più debole della catena, soprattutto alle alte frequenze.

Un altro modo di collegare lo schermo a terra è tramite il pressacavo, esistono infatti SKINTOP^® che sono predisposti per facilitare questa operazione garantendone un’ottima efficienza.
Da molto si usa la versione SC, che nella famiglia SKINTOP^® identifica appunto il sistema di ripresa dello schermo a lamelle.

Più moderna ed ancora migliore, in quanto offre un contatto completo sui 360°, è la versione BRUSH, ad esempio lo SKINTOP^® MS-M BRUSH, in cui è implementato un innovativo collegamento dello schermo con una spazzola.

Questo sistema ha la migliore e più efficace ripresa dello schermo (connessione massima e sicura) ed ha come grande vantaggio la praticità di montaggio. Infatti, rispetto alla versione a lamelle offre grande libertà di montaggio, permettendo la regolazione ed il posizionamento e nel caso sia necessario sfilare il cavo non ci sono problemi.

Vantaggi:

• Soluzione EMC innovativa
• Montaggio rapido
• Ampio campo di serraggio
• Facile (de-)installazione
• Contatto EMC a 360° per la migliore protezione

Per garantire la giusta continuità sulla parete di fissaggio, può servire un controdado speciale come lo SKINDICHT^® SM-PE-M, che se viene stretto su una superficie verniciata o su un involucro rivestito “graffia” la vernice in modo da scalfire il rivestimento e portare il pressacavo a contatto elettrico con la superficie, riducendo la resistenza di contatto.

Nel caso ad una estremità del cavo ci sia un connettore, è fondamentale che questo abbia un adeguato sistema per la gestione dello schermo.

Nel migliore dei casi, il metodo per la messa a terra della schermatura fornisce prestazioni quasi simili alle prestazioni complessive del cavo schermato, di certo non le migliora mai.

Ci sono connettori circolari specifici per collegare i servo-azionamenti, LAPP ne produce alcuni dei più comuni, ad esempio EPIC^® LS1 (nella versione 5+PE oppure 3+PE+4) per il collegamento di potenza e EPIC^® M23 per il collegamento del cavo di retroazione (feedback).

Per il collegamento dello schermo nei cavi per servomotori è necessario attenersi sempre alle raccomandazioni del produttore del servo-azionamento. Il produttore dell'azionamento è inoltre colui che ha responsabile della conformità alle disposizioni di legge.

Salvo diverse raccomandazioni, generalmente lo schermo dovrebbe essere collegato su larga scala e su due lati.

Per agevolare la lavorazione, la continuità e l’integrità dello schermo in prossimità del collegamento può essere un valido aiuto un nastro schermante, un nastro adesivo che ha la capacità di schermare (il contrario del nastro isolante).

Se ad esempio usiamo uno SKINTOP^® nella versione SC questo nastro può aiutare ad avere la ripresa sui 360° ed una copertura totale. È l’ideale con schermi fragili per il fissaggio e la protezione della calza.

Queste sono le caratteristiche dei cavi di potenza schermati e delle loro schermature. Visita il nostro sito e scopri tutti i prodotti LAPP dedicati.

Nel caso dei connettori rettangolari, LAPP ha sviluppato EPIC^® ULTRA, delle custodie specifiche per garantire accresciute caratteristiche EMC, un pressacavo BRUSH è inserito nella custodia volante ed un sistema speciale di collegamento tra le custodie riduce la resistenza di contatto tra loro, perché ogni sistema è buono quanto il suo punto più debole.