De wereld van de elektromagnetische compatibiliteit
EMC kwam kortstondig in de publieke belangstelling toen 'storende velden' werden genoemd in verband met het noodlottige ongeval met de Stint op de spoorwegovergang in Oss. In de radiostilte gedurende het ongevallenonderzoek werd er geen aandacht meer aan geschonken door de media, misschien omdat het een onwaarschijnlijk geachte oorzaak werd geacht, misschien omdat er te grote belangen spelen om te speculeren. Bij beïnvloeding van elektronische systemen door velden is de schuldvraag niet eenvoudig te beantwoorden. Bovendien is EMC voor velen een ongrijpbaar fenomeen.
Wat is EMC?
EMC is het vermogen van (elektrische) apparatuur of systemen om naar behoren te werken in hun elektromagnetische omgeving zonder zelf onaanvaardbare elektromagnetische storingen te veroorzaken in of aan andere apparaten of systemen. Nagenoeg alle elektrische en elektronische apparaten en installaties moeten voldoen aan de geharmoniseerde Europese EMC-Richtlijn 2014/30/EU. Ze moeten voldoende immuun zijn voor elektromagnetische velden in hun omgeving en mogen zelf slechts beperkt storende velden produceren. Of ze aan de eisen voldoen is vast te stellen door gespecialiseerde metingen. Er zijn slechts enkele bedrijven geaccrediteerd voor het uitvoeren van dergelijke metingen, waaronder het Nederlandse DARE!! in Woerden.
EMC-tests
Of een apparaat voldoet aan de EMC-eisen vergt twee soorten metingen/beproevingen: de emissietests en de immuniteitstests.
EMC emissiemetingen
Emissiemetingen worden uitgevoerd door een werkend apparaat op te stellen in een zogenaamde anechoische ruimte, een meetkamer waar velden niet in of uit kunnen treden en waar alle straling die in de ruimte wordt geproduceerd door speciaal koolstofhoudend schuim wordt geabsorbeerd. Er mogen geen reflecties tegen de wanden optreden die metingen zouden vertroebelen. Bij de emissietesten wordt het werkende apparaat in de ruimte opgesteld en wordt rondom met gevoelige breedband-meetontvangers en spectrum-analyzers gemeten welke velden het produceert. Daarna wordt beoordeeld of die binnen de toegestane grenzen blijven. Apparaten worden geroteerd op een speciale draaitafel, terwijl de meetontvanger (de ontvangstantenne) op en neer wordt verplaatst, zodat er een driedimensionaal 'beeld' ontstaat.
EMC immuniteitsbeproeving
De andere kant van het verhaal is de gevoeligheid (susceptibiliteit) van een apparaat. De mate waarin het bestand is tegen externe velden. Dat is een vergelijkbare rondom-beproeving, maar dan met een zender die in een zeer breed frequentiegebied elektromagnetische velden 'afvuurt' op het apparaat, met forse vermogens. Op zeker moment zal bijna elk apparaat daar last van krijgen en zich anders gaan gedragen dan de bedoeling was. Immuniteitseisen zijn voorgeschreven in verschillende productnormen, onder andere specifiek voor medische apparaten, maar ook voor bijvoorbeeld audiovisuele apparatuur. Voertuigen en hun componenten moeten ook aan EMC-eisen voldoen, maar die vallen niet onder de CE-markeringsplicht maar kennen de E-keur en zijn onderworpen aan een (in vele opzichten strenger) regime. Hoewel de voorgeschreven beproevingen anders van opzet zijn is het principe hetzelfde: ze mogen geen storing veroorzaken en niet 'van slag raken' door velden in hun omgeving.
Hoe raakt een apparaat van slag door velden?
Elk wisselend elektromagnetisch veld zal een stroom veroorzaken in een geleider in dat veld. Die geleider kan het kabeltje tussen een microfoon en een voorversterker zijn, een kabel van een sensor naar een procesbesturingseenheid of de bedrading van een PLC. Doorgaans zijn die stoorsignalen hoogfrequente stroompjes die geen kwaad kunnen omdat ze vanzelf worden gedempt en zeer zwak zijn ten opzichte van de nuttige signalen. Een radio-ontvanger zal ze wél versterken, vooral als de elektronica erop is 'afgestemd'. Maar: elke diode-overgang (de elektronicus spreekt van een component met niet-lineair gedrag) zal werken als gelijkrichter en AM-detector. Dat betekent dat een sterktevariatie in het opgepikte signaal leidt tot een veranderende gelijkspanning, of liever gezegd een spanning die mee varieert met de 'nuttige' informatie op de opgepikte draaggolf, of met het schakeleffect tussen verschillende signalen, die 'digitaal' worden meegegeven door de zender (bijvoorbeeld een gsm, waar dat het karakteristieke 'geknor en geratel' oplevert). Die 'gelijkgerichte' spanningen kunnen zo groot worden dat ze foutief worden geïnterpreteerd als het signaal van bijvoorbeeld een sensor. Bingo. De elektronica reageert anders dan op grond van ‘harde’ input zou moeten.
EMC-veilige engineering
Het binnendringen van (met name hoogfrequente) EM-velden in apparatuur wordt onder andere voorkomen door goede filtering, afscherming (metalen omkasting zonder grote sleuven of openingen) en aarding. Gedrukte bedradingen (prints) houd je veilig door ‘gevoelige’ spoortjes zo kort mogelijk te houden en liefst uit te voeren met een geaard vlak aan de andere printzijde, of (bij meerdere koperen lagen) tussen geaarde lagen in en door elke ingang van een IC, transistor of diode-overgang te voorzien van een zeer klein condensatortje of hoog-af-filter. Omdat bekabeling zich noodzakelijkerwijs ook buiten apparaten kan bevinden en daar als (zend- en) ontvangstantenne werkt, zal die (bij lage signaalniveaus) ook moeten zijn afgeschermd en/of zogenaamd 'symmetrisch' worden uitgevoerd. Symmetrische bekabeling: bij 'signaal' tussen twee parallelle, liefst innig getwiste draadjes is opgepikt stoorsignaal 'in fase' en nuttig signaal in tegenfase, waardoor het kan worden gescheiden. Binnendringen of uittreden van hoogfrequent signaal kan verder worden tegengegaan door toepassing van ferrietringen rond kabels of van ontstoorfilters; condensatoren parallel en spoeltjes in serie. Dergelijke 'afgestemde kringen' kunnen zelfs zeer selectief bepaalde stoorsignalen dempen, de zogenaamde 'zuigkringen'. In uitgestrekte installaties en voertuigen wordt signaalbekabeling niet in dezelfde kabelgoten aangelegd als vermogensbekabeling, worden kruisingen tot een minimum beperkt en alleen haaks gemaakt. Daders (zenders) en mogelijke slachtoffers (ontvangers) moeten zo ver mogelijk uit elkaars buurt blijven. Gebruik optische glasvezelkabel in plaats van koper. De beste en voordeligste oplossing is bronaanpak: zorg dat je zo min mogelijk ongewenste velden maakt. Pas op met bijvoorbeeld frequentieregelaars, inverters, dimmers en schakelende voedingen.
In DeVeiligheidskundige nummer 4 van 2018 een uitgebreid interview met René Dijkstra van DARE!!, de grootste gespecialiseerde NoBo op EMC-gebied in de Benelux. In het artikel zijn voorbeelden te vinden van EMC-problemen en -incidenten, van leerzame uitleg voorzien door Dijkstra en de redactie van DeVeiligheidskundige.