Hvordan forbindes skærme?

I de gode gamle radiorørs tid var det god latin, at skærmen omkring ledere kun skulle forbindes i den ene ende.

I dag skal alle skærme forbindes til stel/chassis/motorer i begge ender. Det gælder både for signalledninger som for effektledninger mellem frekvenskonvertere og motorer.

Jeg har søgt mange steder og kan ikke finde på skrift, at skærmen i røropstillinger kun skal forbindes i en ene ende.

Er der nogen der kan henvise til en lærebog eller lignede hvor det er beskrevet? Eller er det bare gammelt ammestue snak?

73 OZ1ASF Søren

Svar til #1:
hej

jeg havde et problem med støj på 80 meter , 9+60 , periodisk
det viste sig at det var en skærm i et styrekabel til en hejseport
Hos Aldi ca 100 meter væk , kablet var kun jordet i den ene ende
og virkede derved som en slags antenne, den blev jordet og problemet løst
det var støjtjenesten er udførte arbejdet

mvh
Pma

Svar til #1:

Hej Søren

Skal du måle/registrere meget små DC/LF-signaler, vil leder-loops/løkker/sløjfer/(fx trekant) kunne genere dig.

Forbinder du på denne måde har du lavet en stel-/jord-leder trekant:
- grammofon med elnet jord
- RIAA-pickup forstærker med elnet jord
- forbinder grammofonpickup stel med RIAA-pickup forstærker stel via signalkabel

Løber der bare lidt strøm (fx 50 Hz brum med overtoner) i stelskærmen mellem grammofonpickup og forstærker vil dette blive lagt til signalet på forstærkerindgangen.

Det kan være medvirkende til at hifi-folk kan høre at signalet er bedre hvis elnetstikket vendes.

Man skal helst jorde elektrisk udstyr af sikkerhedmæssige grunde. Så man "snyder" med pickupsignalet ved at undlade at jorde/stele pickupsignalstel med chassisstel (tror jeg).

Jeg mener at have set at et pickup kabel fra en grammofon havde flere skærme. En per signal - og en ydre skærm, der kun er forbundet i en ende - faradaybur-virkning. Kan ikke huske hvordan det var forbundet.

How To Eliminate Ground Loop Noise In Guitar Amps:
https://www.fuelrocks.com/how-to-eliminate-groun d-loop-noise-in-guitar-amps/
https://web.archive.org/web/20230903120740/https ://www.fuelrocks.com/how-to-eliminate-gr ound-loop-noise-in-guitar-amps/
"...
Avoiding ground-loop induced hum in audio connections
..."

-

I printplader har man samme udfordring med svage LF/DC-signaler - her anvender man i så fald stjernestel - mange gange kombineret med en separat stelflade i printpladen:

What Is a Star Ground Layout and Why Do You Need It?:
https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-what -is-a-star-ground-layout-and-why-do-you- need-it
backup:
https://web.archive.org/web/20230607015034/https ://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-w hat-is-a-star-ground-layout-and-why-do-y ou-need-it


SMPS/switch-mode strømforsyninger er svære at lave printlayout til. Lidt lemfældig design og der er støj. Her er en blanding af DC, LF og HF kombineret med store pulsstrømme - og på indgange og udgange vil man nærmest have nul støj for LF og HF. Man har næsten en Gordisk stelknude :-)

The Hidden Schematic: EMC Threats in Medical Power Supplies:
https://web.archive.org/web/20081020031125/http: //www.ce-mag.com/archive/01/11/Kimmel.ht ml
http://www.ce-mag.com/archive/01/11/Kimmel.html
Quote: "...
Nevertheless, controlling CM [common-mode] currents starts by controlling DM [differential-mode] interference.
The sources of internally generated CM interference are caused by ground impedance and capacitive and inductive coupling. Figure 1 shows an example of CM generation due to ground currents
...
Note that this noise is on ground, and thus it is on all signals referenced to the same ground. Capacitive filtering between signals or on voltage to ground, therefore, would have no effect.
...
Minimizing Ground Impedance. This is one of the few cases in which we champion single-point ground [stjernestel, star ground] concepts.
...
[det er grunden til at der nogle gange laves en eller flere revner i lederplaner]
Keep loop areas small. Magnetic field coupling is directly proportional to the loop areas. The most critical loop for emissions is the power-level switched current path.
...
Conclusion...Laying Out the Circuit Board
..."

Ten Common EMI Problems:
https://web.archive.org/web/20131003011851/http: //www.ce-mag.com/archive/05/07/kimmel.ht ml
http://www.ce-mag.com/archive/05/07/kimmel.html

EMI/RFI Shielding, Ferrites, and Gaskets
https://web.archive.org/web/20111216081346/http: //ce-mag.com/archive/02/03/showcase_emi. html
http://www.ce-mag.com/archive/02/03/showcase_em i.html

-

Rørudstyr har typisk en kraftig metalplade med bukkede sider, som virker meget mekanisk stabilt. Denne anvendes typisk som chassisstel.

Trækker man skærmede kabler tæt på metalpladen, er der ikke grund til at stelle i begge ender, for små DC/LF-signaler. I så fald virker skærmen som en slags faradaybur.

-

En hyppigt benyttet taktik er at benytte balancerede kabler, typisk med skærm om til, små LF-signaler og benytte transformatorer eller balancerede forstærker indgange. Transformator registrerer næsten kun strømforskellen mellem de to signaledninger og kan give en elektrisk isolation på fx 100V og op mellem primærside og sekundærside.

-

Med HF-signaler via ubalancerede kabler er det helt anderledes. Her skal man jorde HF-mæssigt i begge ender. Der behøver ikke at være DC-jordet men er det typisk.

Her benyttes typisk strømbaluner et eller flere steder på ubalancerede kabler, da kablets yderside virker som antenne og evt. indstrålede signaler (common-mode) ønskes dæmpet.

-

Med HF-signaler via balancerede kabler er det igen helt anderledes. Her kan benyttes strømbaluner et eller flere steder på balancerede kabler, da de to ledere også virke som antenne og evt. indstrålede signaler (common-mode) ønskes dæmpet.

-

Selvom man fx kun er interesseret i DC/LF-signaler i en RIAA-forstærker vil der indstråles HF-signaler (incl. radioamatørsignaler) direkte på kablerne eller grundet stelsløjfer (loop-antenne). Dette kan gøre at man utilsigtet kan høre HF-radiosignaler. Dette løses typisk ved at lave lavpasfiltre foran RIAA-forstærkeren og/eller evt. strømbaluner.

-

Computernetværk har for længe siden gået bort fra ubalanceret antennekabler som fx cheapernet (RG-58). ( https://en.wikipedia.org/wiki/10BASE2 ) En af grundene er at der let blev induceret stelstøj. Bare een PC mangler en stelforbindelse og der er støjproblemer (dårligt netværk). En anden grund til at man er gået bort fra 10BASE2 er at elektronik er meget billigere idag end kabler.

Idag anvendes typisk fire balancerede antennekabler (8 leder; TP-kabler):
https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_over_twis ted_pair
Citat: "...
100BASE-TX, 1000BASE-T and 10GBASE-T.
..."

Internt i netudstyr (netkort, switch, routere) er der fire integrerede transformatorer og strømbaluner per TP/PDS-stik. Disse integrerede transformatorer og strømbaluner kaldes LAN-transformatorer og pulstransformatorer, som typisk kan isolere op til 500V.

LAN-transformatorer benyttes i begge ender af TP-kablet; "her benyttes både livrem og seler". Herudover er der typisk midterben på transformatorene som benyttes til Power-over-Ethernet(fx IEEE 802.3af, 802.3at...) og/eller overspændingsbeskyttelse:

Datablad - diagram er på side 6:
https://www.taoglas.com/datasheets/TM7008NL.pdf
backup:
https://web.archive.org/web/20230103205442/https ://www.taoglas.com/datasheets/TM7008NL.p df
https://www.digikey.dk/da/products/detail/taogla s-limited/TM7008NL/16729439

-

Mange producenter (og radioamatører) jorder jordledning og jordskærm forkert - selv i dag:

A Ham's Guide to RFI, Ferrites, Baluns, and Audio Interfacing
Revision 7 Jan 2019
by Jim Brown K9YC
https://web.archive.org/web/20220614093229/http: //www.audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Citat: "...
The basis of this tutorial is a combination of my engineering education, 60 years in ham radio, my work as vice-chair of the AES Standards Committee working group on EMC, and extensive research on RFI in the pro audio world where I made my living
...
The Pin 1 Problem:
...
Summary RF is coupled into equipment on wiring that acts as receiving antennas – loudspeaker wiring, telephone wiring, audio interconnect wiring, antenna wiring, even wiring inside equipment that is poorly shielded. The pin 1 problem is a widespread design defect in computer gear, audio and video equipment, and even ham gear, and is a major cause of RFI. Imperfect construction of cables also converts RF to a differential mode signal. Once "inside the box," RF is detected by semiconductor junctions, and added to the signal where it is heard as interference. Most antenna action outside the box can be suppressed by suitable ferrite chokes that block the current.
...
Thus we state three general rules about the use of ferrites as chokes.
1) More impedance is better.
2) All ferrite chokes should be designed to operate in the frequency range where their series equivalent resistance is large and their series equivalent reactance is small.
3) These conditions are satisfied at or near the choke's resonant frequency. We do this by selecting a suitable material, core size, and number of turns. These rules apply to both single turn and multi-turn chokes, and they apply to chokes (but not transformers) used for transmitting as well.
...
Threshold effect is the reason why adding a few clamp-on beads doesn't make a dent in RFI at HF— you need turns to hit the threshold!
...
Most common mode noise on 120/240V power wiring is caused by a Pin One-like problem with the green wire where it connects to equipment. It SHOULD go straight to the shielding enclosure, not to the circuit board. Often it does not.
...
Commercial AC power line filters (Fig 29) are generally a waste of money, because they provide only differential mode filtering. Common mode current, nearly all of which is on the ground conductor (the green wire), goes right past the filter – it goes to the filter chassis at input and output.
The filters of Fig 29b have a built-in standard IEC power connector, and it is primarily the bonding of the green wire to the chassis (by mounting the filters to the chassis) that solves RFI problems, not the components inside the filter!
..."

Svar til #1:

En skærm der kun er forbundet i den ene ende, har absolut ingen funktion. Den er helt og aldeles virkningsløs.
De der taler om "jordsløjfer" som argument imod at forbinde skærmen i begge ender, har bare ikke fattet noget som helst.

Hvis du vil finde noget (seriøs!) litteratur om emnet, skal du søge på "transfer impedance".
Transfer impedance er et mål for en kabelskærms evne til at virke som ja, kabelskærm!

Mvh
Hans-Jørgen

Svar til #1:
Citat: I de gode gamle radiorørs tid var det god latin, at skærmen omkring ledere kun skulle forbindes i den ene ende.

Øeh?! Hvilken virkning skulle dette have for en ‘kobbersok’?! ;)
Men ja, I rørenes tid med hhv. U- og P-rør, mangel på HFi-relæ og samtidig evnen til, at kunne vende et 220V stik: Så var jording nok lidt flygtbart begreb, der ellers måtte ske igennem transformatorer eller kondensatorer. ;)

Vy 73 de OZ0LTT

Svar til #4:
Det må du meget gerne uddybe.
Hilsen
Frank

Svar til #6:

Hvad skal jeg uddybe?
Kendskab til elementær elektromagnetisk feltteori eller hvad?
Hvis man kan sin elektromagnetiske feltteori er det ret indlysende.
Hvis ikke, må man jo sætte sig ind i stoffet.

Du kan få lidt ideer om hvad det handler om her:
https://eprints.nottingham.ac.uk/13832/1/Modelli ng_of_Interconnects_including_Coaxial_Ca bles_and_Multiconductor_Lines.pdf
https://core.ac.uk/download/pdf/37374531.pdf

Ellers er der vel kun at sige, at jeg har brugt år for at forstå dette i dybden (inclusive et studie på DTU).
Så jeg må nok skuffe dig. Der er ingen nemme genveje!

Til gengæld er det faktisk ret let at lave en opstilling til måling af en kabelskærms effektivitet ved hjælp af transfer impedance metoden.
En simpel NanoVNA og en clamp bygget med en ringkerne (strømtransformer) gør underværker her.

Bygger du en sådan opstilling, kan du selv overbevise dig ved at lave sammenlignende målinger, selvom din opstilling ikke er kalibreret til absolutte målinger.

Du vil i så fald se, at en enkeltsidet terminering af din kabelskærm er totalt virkningsløs.

God fornøjelse :-)

Mvh
Hans-Jørgen

1. I omtalte gamle dage levede vi jo alle uden rigtig jord i stikkontakterne. Når man talte om "jord" var det i virkeligheden "lokal signal jord", dvs. stel/nul internt i forstærkeren/radioen.

Jeg husker faktisk også, at det var god latin at skærmen kun blev stellet i modtager enden - uden at have personlig erfaringer der viste det virkede bedst.
Omvendt ser jeg ikke nogen fordel ved at "stelle" 5-10 cm skærmkabel i begge ender - med mindre det ene forstærkertrin har dårlig stelforbindelse.


2. Jeg undrer mig over tesen "en kabelskærm er totalt virkningsløs, hvis den kun er jordet i den ene ende".

Jeg vil ikke gå i debat med nogen, blot konstatere at følgende kan forstås af de fleste radioamatører, uanset faglig uddannelse:

Naturligvis virker den mod kapacitivt overført uønsket signal/støj!
Og det er typisk det største "interne støjproblem" i højimpedansede rørforstærkere. Det stemmer også med mine egne erfaringer i min ungdom, privat såvel som i arbejdslivet.

Nogen glemmer nok også, at der i forbindelse med gammeldags rørforstærkere oftest er tale om meget korte skærmkabler ift. de uønskede signalers frekvens/bølgelængde (ofte 50 Hz).

Tilbage er så, om kabelskærmen evt. virker bedre ved at jorde den i begge ender.
Når der er tale om (meget) lange kabler, stiger den induktivt opsamlede støj. Og den kapacitive afskærmning bliver dårligere, idet den uafsluttede ende og deraf følgende meget høje "SWR" medfører højere støjsignaler på skærmen.

NB: Jeg vil nævne et helt andet eksempel fra hospitalers installationer med overførsel af meget lavfrekvente signaler (EKG oa.) fra sengestuer til vagtlokalet.
Kablerne var meget lange, og væsentligste støjproblem var ofte med 50 og 150 Hz spikes (antageligt fra lysstofrør).
Nogle gange steg problemet, når jord på stuerne havde et andet støjniveau end i vagtlokalet (og kabelskærmen var jordet i begge ender).

Vi havde derimod gode erfaringer med at overføre signalerne balancerede i parsnoede kabler, hvor den yderste skærm kun var jordet i modtagerenden i vagtlokalet.

Nå, det var ret udbredt for 45-55 år siden, men er alle steder udskiftet forlængst til lokale forforstærkere mv. og senere med digital overførsel til vagtrum.

Venligst

Svar til #7:
Hej Hans-Jørgen.

Hvis du vil hjælpe #1 og mig selv der har en lidt mere ydmyg uddannelse kunne du så ikke forklare hvorfor en enkeltsidig termineret skærm er komplet virkningsløs i stedet for at skrive at det må vi selv finde ud af. Det svar er jo ikke til megen hjælp, hverken for #1 eller undertegnede.
Gerne på en pædagogisk og letforståelig måde, det vil gøre mandag til en god dag på brugtgrejs forum.

Hilsen
Frank

Svar til #9:

Hej Frank

Jeg skal prøve.

En kabelskærm der er termineret i en 360 graders omslutning i begge ender, kan du betragte som en del af et faradaybur. I et sådant vil et eksternt felt kun generere strømme på ydersiden. På den invendige side af skærmen er der intet felt, og dermed heller ikke noget der kan koble til inderlederne.
Dette er ikke tilfældet i en skærm, der er ensidig termineret. På sidstnævnte vil et eksternt felt forårsage en spændigsforskel (vi taler om højfrekvente felter) mellem skærmens ender (ligesom i en antenne) og så har du balladen.

Man skal her huske, at enhver leder med et symetrisk tværsnit (inklusiv en skærm, der kun er forbundet i den ene ende) repræsenterer en selvinduktion af størrelsesordenen 1 uH pr. meter.

En skærm der har en potentialeforskel til lederne inde i skærmen vil selvfølgelig overføre energi fra skærmen til lederen. Dette sker såvel kapacitivt som via gensidig induktion.

Jeg er helt klar over, at dette er lidt af en uvidenskabelig husmandsforklaring, der langt fra tager højde for alle detaljer, men emnet er faktisk ret kompliceret, hvis man for alvor vil forstå fysikken bag.

Jeg håber, at dette trods alt hjalp lidt.

Mvh
Hans-Jørgen