Afscherming kabel

[Complexe Fred]

Beste,

Voor kabels te beschermen tegen laag frequente ruis wordt de afscherming van de kabel geaard. Iemand dat hier een wetenschappelijke verklaring voor kan geven?

Alvast bedankt.

[ukster]

Een coaxkabel heeft praktisch geen stralingsverliezen en is ongevoelig voor HF straling (en ruis) van buitenaf omdat het elektromagnetisch veldlijnenpatroon (EM veld) binnen de kabel blijft. Dit komt door de fysieke opbouw van een coaxkabel.
Doordat de buitenmantel ( -) van een coaxlijn aan massa ligt en de binnengeleider (+) door het centrum loopt heeft  het E-veld een stervormig patroon vanuit de binnengeleider naar de buitengeleider (veldlijnen lopen immers van + naar - en stoppen dan)
de H-lijnen zijn cirkelvormig (altijd gesloten veldlijnen) rondom de binnengeleider naar de buitenmantel toe..
Zowel E als de H lijnen treden dus niet uit de coaxkabel.
Een coaxkabel heeft wel Ohmse-en Dielectrische verliezen welke kabeldemping veroorzaken.

[Moab]

Dit 
 

 
en dit 
 

 
Berust in de natuurkunde op hetzelfde principe .

[Complexe Fred]

Oke, daarin volg ik. Maar waarom moet de afscherming dan geaard worden? 
 
Verder heb ik ook gelezen dat je voor bescherming tegen hoog frequente ruis de kabel langst beide kanten moet aarden, en voor bescherming tegen laag frequente ruis de kabel maar langs één kant mag aarden... Dit snap ik niet goed...

[ukster]

Om te voorkomen dat de buitengeleider van de coaxkabel een spanningsniveau (bijvoorbeeeld 400V) krijgt ten opzicht van aardpotentiaal (oVolt).
Dat leidt alleen maar tot gevaarlijke situaties.
 
Langs beide kanten aarden is mij onbekend. ik kan mej hier ook niets bij voorstellen.
De gehele buitengeleider ligt immers al aan aarde.

[Professor Puntje]

Langs beide kanten aarden is mij onbekend. ik kan mej hier ook niets bij voorstellen.
De gehele buitengeleider ligt immers al aan aarde.

 
Wanneer de golflengte van de ruis in de buurt van de lengte van de kabel komt is één aardpunt niet genoeg.

[ukster]

Ruis heeft geen golflengte.
Ruis bestaat uit heel veel verschillende frequenties elk met z'n eigen golflengte

[Moab]

Ruis heeft geen golflengte.
Ruis bestaat uit heel veel verschillende frequenties elk met z'n eigen golflengte

juist en wat leer de Fourier analyze ons , 
dat " ruis " is opgebouwd uit een veelvoud van sinus vormige golven met verschillende frequencies 
 
een mantel is geaard om de energie die zich zou kunnen opstapelen te kunnen "afvoeren" ,(naar een lagere potentiaal) 
energie is recht evenredig met frequency . E=hf 

[Professor Puntje]

Ik neem aan dat het Complexe Fred niet om een wiskundige analyse van ruis gaat maar om storende signalen die hij kwijt wil.

[ukster]

Laten we er van uitgaan dat de coaxlijn oorspronkelijk is ontwikkeld om voor hoge frequenties de stralingsverliezen en storingsinvloeden tot  een minimum te beperken. Bij frequenties in de Gigahertz gaan we over naar de golfpijp en bij golflengten van het zichtbare spectrum naar de glasvezel.

[klazon]

Een afscherming hoeft niet perse aan aarde te liggen. Dat hoeft alleen maar als dat uit oogpunt van veiligheid gewenst is. De afscherming moet wel verbonden zijn met een referentiepunt, bij voorkeur de commom ground van de schakeling. Dat is nodig om van buiten komende elektrische velden af te leiden.
Wat betreft enkelzijdig of tweezijdig aansluiten: eenzijdige aansluiting schermt af tegen elektrische invloeden, maar niet tegen magnetische invloeden. Een uitwendig magnetisch veld probeert een stroom te laten lopen in een geleider. Als de afscherming eenzijdig is geaard, dan kan dat niet, en zal het magnetische veld doordringen tot de binnenliggende geleider en daar een ongewenste stroom veroorzaken. Om ook voor magnetische velden af te schermen moet de afschermmantel dus tweezijdig worden aangesloten. De inductiestroom als gevolg van het magnetisch veld zal dan in de afscherming gaan lopen, wat in het algemeen minder kwaad kan.

[Olof Bosma]

Beste, Voor kabels te beschermen tegen laag frequente ruis wordt de afscherming van de kabel geaard. Iemand dat hier een wetenschappelijke verklaring voor kan geven? Alvast bedankt.

 
Een coaxiale kabel wordt meestal gebruikt om een wisselspanning van het ene eind naar het andere eind te brengen. De afscherming heeft tot doel te voorkomen dat een elektrisch veld niet naar binnen of naar buiten kan.
Stel dat het te transporteren signaal een frequentie heeft van 10 MHz. De golflengte is dan 30 meter. Wanneer de coax aan een zijde is geaard (of is verbonden met een referentie zoals het chassis van een apparaat), dan zal de coax aan die zijde het elektrisch veld afschermen. Aan de andere kant van de coax gebeurt wat anders. Op een kwartgolf afstand, dus 7,5 meter, gedraagt de mantel zich dan voor 30 MHz als geïsoleerd. Dus alsof die nergens aan vast zit. Hier is dus totaal geen sprake meer van afscherming. Dit verschijnsel treedt ook op kleinere afstand op, zij het in mindere mate. Zodra de golflengte van het signaal dat wordt getransporteerd niet meer verwaarloosbaar is t.o.v. de lengte van de coax moet aan beide einden de mantel worden aangesloten.
Ook wanneer de coax verwaarloosbaar kort is, kan het noodzakelijk zijn beide einden aan te sluiten. Dat is bv. het geval wanneer de afscherming wordt gebruikt om de referentie (chassis) mee te geven. De signalen zijn t.o.v. die referentie verzonden en wil je die storingsvrij uit de coax halen dan heb je die referentie weer nodig.
 
 

Wat betreft enkelzijdig of tweezijdig aansluiten: eenzijdige aansluiting schermt af tegen elektrische invloeden, maar niet tegen magnetische invloeden. Een uitwendig magnetisch veld probeert een stroom te laten lopen in een geleider. Als de afscherming eenzijdig is geaard, dan kan dat niet, en zal het magnetische veld doordringen tot de binnenliggende geleider en daar een ongewenste stroom veroorzaken. Om ook voor magnetische velden af te schermen moet de afschermmantel dus tweezijdig worden aangesloten. De inductiestroom als gevolg van het magnetisch veld zal dan in de afscherming gaan lopen, wat in het algemeen minder kwaad kan.

 
Het magnetisch veld dat in de coax ontstaat bij signaaltransport kan niet naar buiten zolang het signaal tussen de mantel in de binnenader wordt aangesloten (de velden die de binnenader en de mantel opwekken heffen elkaar dan op).
De afscherming kan geen magnetisch veld dat van buiten komt tegenhouden. Wanneer de coax door een wisselend magnetisch veld gaat, wordt in de binnenader en de mantel dezelfde spanning geïnduceerd. Wanneer nu aan beide zijden de mantel aan aarde wordt gelegd, zal door de mantel een stroom gaan lopen waardoor de geïnduceerde spanning in de mantel daalt of zelfs vrijwel nul wordt. Dat gebeurt niet met de geïnduceerde spanning in de binnenader, hierdoor wordt in zo'n geval dus door het aan beide zijden aarden van de mantel juist storing binnengehaald. Overigens kan er op dezelfde wijze ook storing de coax binnenkomen wanneer er tussen de aardpunten een stoorspanning staat (aardlussen).
Kortom, het aan beide zijden aarden van een coax verbinding is niet zonder risico.
Om dit soort problemen te vermijden kun je de mantel van de coax beter niet aan beide zijden aarden, maar wel aansluiten als referentie. Dan heffen de stoorsignalen door het magnetische stoorveld elkaar op. Een voorbeeld is een elektrische gitaar. Het element zendt het signaal t.o.v. de mantel de coax in, maar de gitaar is zelf niet geaard. Bij een elektrische piano kan dat soms niet. Wanneer die is verbonden met een pc (bv. om geluiden te downloaden) dan is die piano via de pc geaard. Meestal is het dan verstandig dan een transformator tussen te schakelen (DI); die verbreekt de verbinding tussen beide aardpunten.
Bij meer hoogfrequente signalen kunnen dit soort problemen worden voorkomen door een ringkern over de coax te schuiven. Dit geeft plaatselijk een sterke verhoging van de zelfinductie die een zo hoge impedantie geeft dat op deze wijze de aardverbinding wordt onderbroken. Omdat zowel de mantel als de binnenader door dezelfde ringkern gaan, gebeurt er met het te transporteren signaal niets en dat blijft dus intact.

[klazon]

 
Wanneer nu aan beide zijden de mantel aan aarde wordt gelegd, zal door de mantel een stroom gaan lopen waardoor de geïnduceerde spanning in de mantel daalt of zelfs vrijwel nul wordt. Dat gebeurt niet met de geïnduceerde spanning in de binnenader, hierdoor wordt in zo'n geval dus door het aan beide zijden aarden van de mantel juist storing binnengehaald.

Niet mee eens. Als je de mantel aan beide zijden aansluit aan dezelfde referentie, dan maak je een pad waardoor de geïnduceerde stroom kan gaan lopen. Die stroom veroorzaakt een magnetisch veld dat tegengesteld is aan het uitwendige stoorveld, waardoor voor de binnenader het resultaat nul wordt, of in ieder geval sterk gereduceerd.
 
Overigens gebruik ik niet graag de term aarden, omdat de aarde hier geen rol speelt. Het gaat om dezelfde referentie en dat hoeft helemaal niet de arde te zijn.

[Olof Bosma]

Niet mee eens. Als je de mantel aan beide zijden aansluit aan dezelfde referentie, dan maak je een pad waardoor de geïnduceerde stroom kan gaan lopen. Die stroom veroorzaakt een magnetisch veld dat tegengesteld is aan het uitwendige stoorveld, waardoor voor de binnenader het resultaat nul wordt, of in ieder geval sterk gereduceerd.
 

 
Doordat de mantel weerstand heeft wordt het veld niet 100% procent gecompenseerd maar, zoals je zelf schrijft, "sterk gereduceerd". Hierdoor wordt het veld dus niet nul en daardoor haal je door aan beide kanten de mantel te aarden toch storing naar binnen.
 

Overigens gebruik ik niet graag de term aarden, omdat de aarde hier geen rol speelt. Het gaat om dezelfde referentie en dat hoeft helemaal niet de arde te zijn.

 
Heb je gelijk in, maar om veiligheidsredenen ontkom je er vaak niet aan dat de mantel juist wel aan beide kanten geaard is, wanneer die de verbinding vormt tussen twee apparaten. In audiotoepassingen geeft dat dermate veel problemen dat bij professioneel gebruik alleen coax wordt toegepast wanneer een kant niet geaard is. Is dat wel zo, dan wordt een afgeschermd getwist paar gebruikt waarbij de afscherming geen rol speelt bij het symmetrische signaaltransport.