Filtr sieciowy EMI/RFI Schaffner, TDK, Corcom – skuteczne tłumienie zakłóceń od radiostacji

Pytanie

filtr sieciowy przeciw zakłóceniom od radiostacji

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najskuteczniejszym sposobem ograniczenia zakłóceń przewodzonych od radiostacji w sieci 230 V jest zastosowanie dwustopniowego filtra EMI/RFI LC typu Π (Cx-CMC-Cx + Cy), z dławikiem wspólnym ≥ 5 mH i kondensatorami X2 0,1-0,47 µF oraz Y2 2,2-4,7 nF, zamkniętego w metalowej, uziemionej obudowie.
• Jeżeli nie chcesz samodzielnie budować układu, kup gotowy filtr klasy przemysłowej (np. Schaffner FN2090-16-06, TDK/EPCOS B84771A, TE Connectivity Corcom 10A-VS).

Kluczowe punkty
• Tłumienie ≥ 40 dB w zakresie pasma zakłóceń (HF 1-30 MHz lub wyżej).
• Solidne, niskooporowe połączenie do PE – bez niego nawet najlepszy filtr traci > 20 dB skuteczności.
• Fizyczna separacja toru wejściowego i wyjściowego + ferryt na kablu zasilającym.

Szczegółowa analiza problemu

1. Drogi wnikania sygnału RF

   • Tryb różnicowy (DM): prąd zakłócający płynie L ↔ N.
   • Tryb wspólny (CM): prąd płynie L + N tym samym kierunkiem względem PE/ziemi – dominujący przy silnych nadajnikach.

2. Topologia filtra
   | Element | Położenie | Funkcja | Typ/zakres wartości | Uwagi certyfikacyjne |
   |---------|-----------|---------|---------------------|----------------------|
   | Cx1, Cx2 | L-N (przed i za CMC) | tłumienie DM | 0,1-0,47 µF, X2 275 VAC | EN 60384-14 |
   | CMC | L i N na wspólnym rdzeniu | impedancja CM (i częściowo DM) | 3-10 mH, I_N 6-16 A | rdzeń ferryt ‑43 (HF) lub ‑61 (VHF) |
   | Cy1, Cy2 | L-PE i N-PE | tłumienie CM | 2,2-4,7 nF, Y2 250 VAC | prąd upływu < 3,5 mA |
   | Opcj. LD_L/N | L--- i N--- | dodatkowe DM | 0,5-1 mH | drut Cu 1-1,2 mm |
   | MOV/TVS | L-N, L-PE, N-PE | ochrona przepięciowa | 14-20 mm, 275 VAC | IEC 61051 |

3. Obliczenia pierwszego przybliżenia
   Impedancja dławika: \(Z_L = jωL\).
   Przy 10 MHz i L = 5 mH: \(|Z_L| ≈ 314 kΩ\).
   Reaktancja kondensatora: \(Z_C = 1/(jωC)\).
   Cx = 0,22 µF ⇒ |ZC| ≈ 72 mΩ @ 10 MHz ⇒ zwarcie dla RF.
   Współczynnik wtrącenia (Insertion Loss) dla prostego Π:
   \[ IL(dB)=20\log{10}\left(1+\frac{Z_L}{2Z_C}\right) \]
   daje > 40 dB już przy kilku MHz.

4. Wykonanie praktyczne

   • Obudowa stal/aluminium, grubość ≥ 1 mm, lakier w miejscu połączenia z PE zeszlifowany.
   • Przewody wejście/wyjście prowadzić w oddzielnych kanałach lub ściankach ekranu (min. 30 mm odstępu).
   • Dodatkowy pierścień ferrytowy (materiał 31 lub 43) na kablu wyjściowym zwiększa skuteczność CM powyżej 30 MHz o 5-10 dB.

5. Charakterystyka częstotliwościowa

   • Filtr jednego stopnia: 20-30 dB @ 1 MHz, 40-50 dB @ 10 MHz.
   • Filtr dwustopniowy (Π-T): +10-15 dB w całym paśmie.
   • Powyżej 100 MHz efektywność maleje – tu pomagają ferryty o małej pojemności pasożytniczej.

Aktualne informacje i trendy

• Gotowe moduły: Schaffner seria FN2080/90 (6-20 A), TDK B84771 (10 A, medical ≤ 0,5 mA leakage), Corcom 20VK6, polskie dystrybutory (TME, Gotronik) – szybka dostępność.
• Nowe materiały: rdzenie nanokrystaliczne i Sendust – wyższa przenikalność, mniejsze straty, kompaktowy rozmiar.
• Filtry aktywne (AFE) dla obciążeń > 10 A – korekcja w domenie cyfrowej, ale droższe i wymagają źródła zasilania.
• Normy EMC: od 2020 r. w UE obowiązuje EN 55032 (IT) i EN 55035 (immunity). Od 2022-05 zharmonizowany IEC 60601-1-2 ed. 4.1 dla sprzętu medycznego (leakage ≤ 0,3 mA!).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Balun 1:1 na fiderze antenowym radiostacji zmniejszy prąd na oplocie i tym samym zakłócenia CM nawet o 20 dB – często najtańszy „filtr” dla sąsiada-nadawcy.
• Zastosowanie przewodu sieciowego o ekranowanym oplocie (H05VV-F-S) + filtr może obniżyć promieniowane pole EM o kolejne 5-6 dB.
• Dla urządzeń audio ważne są również filtry sygnałowe (RCA/Jack) – w wielu przypadkach to one przepuszczają demodulowany sygnał RF do wzmacniacza.

Aspekty etyczne i prawne

• EMC Directive 2014/30/EU oraz znak CE wymagają, by wyrób gotowy spełniał normy emisji i odporności (EN 55032/35).
• Kondensatory klasy Y generują prąd upływu; dla urządzeń domowych IEC 60950-1 dopuszcza 3,5 mA – musisz zachować limit.
• Nielegalne modyfikacje instalacji sieciowej bez uprawnień SEP grożą odpowiedzialnością karną (art. 91 Prawa budowlanego).

Praktyczne wskazówki

1. Kupno vs. budowa
   • Do 10 A taniej (i bezpieczniej) wyjdzie gotowy moduł (~30-60 zł).
   • DIY opłaca się przy nietypowym prądzie lub gdy trzeba > 60 dB tłumienia.
2. Montaż
   • Najbliżej urządzenia (≤ 20 cm kabla po stronie „czystej”).
   • Śruba PE M4/M5 z „gwiazdą” + podkładka sprężysta.
3. Pomiary weryfikacyjne
   • LISN + analizator widma lub nawet SDR + sonda prądowa HF.
   • Sprawdź poziom prądu CM przed/po filtrze; oczekuj redukcji ok. 90 %.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Filtr sieciowy NIE rozwiąże zakłóceń promieniowanych do urządzenia (np. bezpośrednia indukcja na PCB); tam potrzebne jest ekranowanie obudowy i poprawa PCB-layoutu.
• Przy częstotliwościach VHF/UHF (> 100 MHz) klasyczne CMC traci skuteczność – stosuj ferryt-split core klipsowany bezpośrednio na przewód.
• Zbyt duża pojemność Cy może powodować wyłączanie wyłączników różnicowoprądowych 30 mA.

Sugestie dalszych badań

• Modelowanie filtra w SPICE z realnymi parametrami ESR/ESL dla oceny tłumienia ponad 100 MHz.
• Testy kompatybilności z wyłącznikami RCD typu A i F (problem prądów o wysokiej częstotliwości).
• Ocena efektywności balunów typu choke vs klasycznych filtrów CMC w zależności od SWR anteny – ciekawy temat dla radioamatorów.

Krótkie podsumowanie

Skuteczne wytłumienie zakłóceń sieciowych od radiostacji wymaga: (1) dobranego do prądu dwustopniowego filtra LC z kondensatorami klasy X/Y i dławikiem CMC, (2) metalowej, dobrze uziemionej obudowy i krótkich połączeń, (3) ew. ferrytów na kablu i poprawy toru antenowego nadajnika. Dostępne na rynku filtry 6-20 A dają ≥ 40 dB tłumienia w paśmie 1-30 MHz i z reguły rozwiążą problem w typowych instalacjach domowych.