Tillbaka

Hur fungerar jordning egentligen? av Torbjörn Karlsson, Emicon

(Publicerat i EMC magazine nr 2 1999).

Vi beskriver i denna artikel vad som sker med den elektriska fältstyrkan när man jordar ett föremål, för att i viss mån rätta till den skeva verklighetsbild som förekommit i media den senaste tiden.

I flera dagstidningsartiklar och även i Sveriges radio har på senare tid framförts uppgifter om verkan av skyddsjordning som är ofullständiga eller felaktiga. Bakgrunden är att man vill skydda sig mot elektriska fält från datorarbetsplatser i bostäder, eftersom man inte är helt säker på att dessa är ofarliga. De magnetiska fälten påverkas inte av jordning. Man hänvisar till mätningar gjorda av Semko och hävdar att jordning minskar elektriska fält (t. ex. DN den 29 mars 1999). Det är sant, att jordning kan ge en minskad elektrisk fältstyrka under speciella förhållanden, men det är i allmänhet faktiskt tvärtom, jordning av ett föremål ökar ofta den elektriska fältstyrkan i dess närhet. Denna insikt bygger på kunskap man får på grundkursen i elektrostatik där man får lära sig att skilja på dels en oladdad kropp, dels en kropp med potentialen 0, vilket är liktydigt med att den är jordad. Elektrostatiken, som ju inte tar hänsyn till något frekvensberoende, ger en fullgod förklaring av fenomenet eftersom man betraktar en volym vars utsträckning är blott en bråkdel av våglängden. Vid 50 Hz är våglängden 6000 km.

Elektriska fältstyrkan bildas av laddningar, fältlinjer går från plusladdningar till minusladdningar. Omkring ett oladdat föremål är således fältstyrkan låg. Genom att koppla samman många ledande föremål med en ledande tråd kan de bringas till samma potential. I denna sammankopplade enhet söker sig laddningarna mot ytterkanterna där fältstyrkan blir hög. I medelpunkten av alla dessa föremål är den elektriska fältstyrkan låg eftersom där inte finns så mycket laddning. Detta visar att man genom potentialutjämning, också kallad jordning, kan påverka den elektriska fältstyrkan. Den minskning av fältstyrkan man får i centrum av konstellationen kan liknas vid en gles metallskärm som man ibland brukar kalla Faradays bur.

Låt oss nu titta på det aktuella exemplet med en dator i hemmiljö. Vi antar till att börja med att där inte finns några jordade föremål. Datorn med kringutrustning har på sitt hölje en potential som inte skiljer sig nämnvärt från omgivningens. Fysikens lagar garanterar att detta sker. Vi har en ganska låg fältstyrka omkring datorn. Nu tänker vi oss att det hamnar ett jordat föremål i närheten av datorn, då kommer det att bildas en elektrisk fältstyrka mellan spänningssatta delar av datorn och det jordade föremålet. Fältstyrkan kan minskas genom att datorns hölje jordas. Men om vi nu tänker oss att det kommer en oskärmad nätkabel i närheten, det skulle kunna vara strömförsörjningen till datorn eller en skrivbordslampa, då bildas en fältstyrka mellan det jordade datorhöljet och den oskärmade kabelns spänningssatta ledare. Om vi nu tar bort jordningen av datorn kommer fältstyrkan omkring datorn att minska eftersom laddningen på datorhöljet minskar. Detta beror på att datorns inre har ungefär samma potential som omgivningen till nätkabeln.

För att på ett kontrollerat sätt minska fältstyrkan omkring datorarbetsplatsen måste alla spänningsförande ledare i närheten skärmas och skärmen jordas så att inte ledarnas potential orsakar att laddningar influeras på höljet omkring dator med kringutrustning. Man skapar helt enkelt en gles Faradays bur där man kan vistas i fältfri miljö.

För att minska elektriska fältstyrkan skulle man vilja göra omgivningen laddningsfri, men det är svårt eftersom vi är omgivna av 50 Hz-fält vart vi än tar vägen. Genom att utnyttja potentialutjämning på ett systematiskt sätt kan vi nå ganska långt, men i en vanlig bostadslägenhet skulle det medföra stora kostnader att skärma allt kablage.

Låt oss med en enkel datorsimulering försöka visa vad som sker vid jordning. Modellen består av en rund dator ett ganska avlägset jordplan och en nätkabel.

 

Figur 1.

Den stora runda cirkeln i mitten är vår modell av en dator. De två små cirklarna till höger är vår nätkabel och den grå linjen nedtill är en bit av vårt referensplan som har utsträckningen 100 längdenheter. Datorn är här inte jordad

 

Bilderna visar röda ekvipotentiallinjer och blå fältstyrkepilar. Det är kanske lättast att se fältstyrkan som tätheten mellan de röda linjerna. Figur 1 visar en översikt med alla ingående föremål i simuleringen, men eftersom fältstyrkan blir så hög omkring nätkabeln (bestående av en fasledare och en neutral, jordad ledare) är det bättre att specialstudera området omkring datorn för att se hur fältstyrkan där förändras. Bild 2 och 3 visar fälstyrkan i datorns omgivning med och utan jordning.

Figur 2.

Ojordad dator. En närbild på datormodellen i figur 1. Man kan få en uppfattning om fältstyrkans storlek dels genom de små blå pilarnas längd, dels genom avståndet mellan de röda linjerna. Fältstyrkan omkring datorn är relativt låg.

Figur 3.

Jordad dator. Om man jordar datorn syns det tydligt hur fältet till höger om datorn blir starkare eftersom laddning strömmar genom jordledningen och samlas på den sida som vetter åt nätkabeln.

Tyvärr ger inte dessa enkla bilder något absolutvärde för fältstyrkan, men de ger en förklaring till varför jordning kan orsaka en fältstyrkeökning. Det viktiga budskapet är att jordning ger ett laddningstillskott till det jordade föremålet om det finns någon spänningssatt ledare i närheten. Detta laddningstillskott ökar den elektriska fältstyrkan.