電磁両立性
機能接地は、EMC対策では最も基本である。電磁エネルギーは、負荷線路から飛び出したエネルギーであるが、電界や磁界として回路や線路、あるいは寄生容量に留まる性質がある。その残留電荷を大地へ逃がす接地が機能接地であり、機器の性能や機能を維持するために必須のものである。フレームやシャーシなどの導電性構造部が十分に大きく残留電荷を気中へ自然放電できれば、接地ではなく機能ボンディングしてもよい。プリント基板やケーブル、装置の構成部品を機能接地(ボンディング)するのは、孤立導体を作らないためである。孤立導体が時間をかけて多くの電荷を持つと、絶縁を破壊して静電気放電することがある。
EMS(Electromagnetic Susceptibility)イミュニティとは、電磁エネルギー(ノイズ)の影響を受けても誤動作しない能力である。 信号線には直流4-20mAの電流が使用されるケースが多い。これは長距離伝送してもノイズに強いとされているからである。ただしインバーターモーターなどの電力線が近接・平行して配線されていると、電力線から放出されたノイズが信号線へ誘導し、信号が乱れることがある。
他方、ニュートラル(中性線)は接地された正式なリターンパスであり、誘導や高調波成分により電荷が超過しても、それらを大地へ逃がすことができる。これは基準電位を得られることと共に、ニュートラル線路に開閉器(スイッチ)を設けてはいけない大きな理由である(活線側を同時に開閉する場合を除く)。
導体が機能接地されていない場合、あるいはニュートラル側が断路された場合、電荷はそれら孤立導体に残留するが、その電荷は最も低いインピーダンス経路を探し出し、大地へ向かおうとする。その意図しないリターンパス(例えばモーターシャフトや、金属パーツ、フレームの一部など)となった部位ではジュール熱により発熱・変形することがある。 さらにその意図しないリターンパス上に寄生容量(例えば、基板上のパターン間、線路間、ベアリングとベアリングケージ、酸化した接点間、基板とシャーシ間、電源ケーブルと大地間など)が存在あるいは近接していると、高い周波数を持つリーク電流(コモンモード電流)により充放電する。
自然放電を上回るペースで充電(帯電)し、その静電容量を超えた時、放電すなわちESDが発生しやすくなる。一度、放電があった個所では、酸化が進み絶縁体(誘電体)が形成されるため、時間を経て放電が繰り返されるとさらに寄生容量は大きくなる。またESDは新たなEMIの発生要因にもなる。ESDは前述のスイッチイングノイズで発生したEMIよりも深刻な過渡(トランジェントTransient)電圧(dV/dt)、電流(dI/dt)をもたらす。これらはスパイク電圧、スパイク電流とも呼ばれる。
EMI(Electromagnetic Interference)エミッションとは妨害電磁エネルギー(ノイズ)を放出すること。
直流は絶縁体により容易に絶縁することができ線路からノイズがリークすることは考慮しなくともよい。一方、交流は電界と磁界が交互に発生する電磁波が発生する。高い周波数では絶縁体で絶縁しても線路外へ誘導(リーク)する。特にスイッチング電源回路やインバーター、PWM、IGBT、サイリスタ、トライアックなどパワー半導体で大電流を高速にスイッチング制御した場合、高い周波数で強力なスイッチングノイズ(EMI)が発生するために、対策が必要である。また高調波は商用電源の周波数に同期しEMIにもなりえる。これらは電子機器の誤動作、短命化の他、停電など規模の大きな障害の要因ともされている。EMIが発生している線路では、行き線路(活線)と戻り線路(ニュートラル)の電流の大きさに差異が出るため、絶縁不良による漏電が発生していなくとも漏電遮断器が誤動作することがある。EMIは非線形で制御される単相負荷のACプラグがコンセントに逆向きに差し込まれた場合(LとNが逆の場合)、三相電源のR-Tに単相負荷を接続した場合に特に大きくなる。これは回路・線路に残留電荷がある状態でスイッチングされることによる。コイル成分・コンデンサ成分・高調波など回路・線路で発生した余剰な電荷は、負荷電流と共に戻り線路(ニュートラル)により大地へ戻ることができるため、基本的に戻り線路(ニュートラル)には電源スイッチ、スイッチング素子、ヒューズなどの開閉器を設けず接地された状態を維持する必要がある(Lと同時に開閉する場合を除く)。
ツイストペアケーブルはRS-485通信や一部のLANケーブルの信号線などに見られる平行した2線にひねりを加えて、電界と磁界が外部と結合しにくい、また発生したノイズが打ち消される電磁結合が強い線路である。4線で電磁結合するカッド線en:Star quad cableもある。ツイストペアはPWMなどでノイズが大量に重畳している電力・動力線でも有効である。