Schermatura elettromagnetica, di cosa si tratta?

Articolo a cura di Franco DI BONA

Il rapido diffondersi di apparati elettrici ed elettronici ha portato a un crescente interesse verso la disciplina dell’ingegneria che va sotto il nome di compatibilità elettromagnetica. Questa ha acquisito un ruolo fondamentale nelle attività di progetto in molti settori: trasmissione e distribuzione di energia, trasporto aereo e terrestre, telecomunicazioni, oltre che sistemi radar.

Introduzione

L’interesse tecnico/scientifico è rivolto all’analisi delle problematiche poste dall’emissione elettromagnetica e dall’immunità di oggetti elettrici ed elettronici. Le sorgenti di interferenze elettromagnetiche possono essere naturali (fulmini) o artificiali (circuiti stampati, sistemi industriali).

Tali sorgenti di disturbo possono generare campi elettromagnetici che si accoppiano con dispositivi vicini, creando malfunzionamenti. Negli impianti di energia elettrica i guasti, sovratensioni e le manovre di apertura e chiusura di interruttori e sezionatori, provocano emissioni elettromagnetiche di disturbo.

Un ulteriore problema riguarda l’esposizione delle persone ai campi elettromagnetici. La ricerca non ha ancora rilevato una relazione di causa-effetto per quanto riguarda la salute delle persone, esistono però evidenze epidemiologiche. Nella maggior parte dei casi esistono delle normative che indicano i limiti di esposizione delle persone ai campi elettromagnetici.

Più nel dettaglio

Uno tra i più importati aspetti di questa disciplina è la schermatura elettromagnetica, cioè la possibilità di realizzare una “barriera” per ridurre il livello di emissione di una sorgente; e quindi per proteggere persone e/o dispositivi elettrici o elettronici da possibili effetti indesiderati dovuti a campi elettromagnetici esterni.

In questo articolo si cerca di dare un’idea (senza entrare nel dettaglio) di come funziona uno schermo elettromagnetico e come caratterizzarlo, ossia attraverso la definizione dell’efficienza di schermatura (Shilding Effectiveness, SE).

La SE è definita come il rapporto tra le ampiezze del campo elettrico o magnetico in assenza e in presenza dello schermo interposto tra la sorgente e un punto in considerazione:

In base alle caratteristiche del campo elettromagnetico incidente, lo schermo si comporterà in maniera diversa. Nel caso di campi elettrici statici (non variabili nel tempo), per schermi costituiti da materiali conduttori (rame, alluminio), esso di comporterà come una gabbia di Faraday, e il campo interno sarà nullo. Nel caso di campo elettromagnetico incidente variabile nel tempo, esso indurrà sullo schermo conduttore delle correnti parassite, le quali genereranno un campo elettromagnetico che si opporrà al campo incidente da schermare.

Di seguito è mostrato l’andamento della SE in funzione della frequenza per tre schermi elettromagnetici (supposti piani di spessore d e infiniti) in rame con diverso spessore. Si noti che la SE aumenta all’aumentare della frequenza.

Andando nel dettaglio, la SE è formata dalla somma di tre termini:

ossia coefficiente di riflessione, di assorbimento e di riflessioni multiple. Il primo termine tiene conto delle riflessioni che si hanno sulla prima e seconda interfaccia dello schermo. Il secondo tiene conto dell’attenuazione del campo dovuta alle perdite del materiale che caratterizza lo schermo. Il terzo termine riguarda le riflessioni multiple che si hanno all’interno dello schermo. I primi due termini contribuiscono sempre ad aumentare l’efficienza di schermatura. L’ultimo può anche essere negativo.