Экранирование проводов

Методы экранирования сигнальных проводов

Сигнальный провод (кабель) используется для соединения различных элементов (составных частей) системы. Наиболее часто в составе сигнального провода присутствует несколько пар токопроводящих жил с изоляцией из полиэтилена, а также с ПВХ-оболочкой. Некоторые виды сигнальных проводов имеют специальный экран для защиты от электромагнитных помех и носят название «экранированные сигнальные кабели».

Экранирование сигнальных проводов

Экранирование – это защита сигнального провода от шума либо нежелательных сигналов.

Сигнальные провода имеют высокое качество передачи сигналов благодаря их экранированию и выполнению в виде витой пары для обеспечения лучшей согласованности их продольных импедансов и импеданса «на землю». На высоких частотах из-за разницы между длиной проводов и частотными характеристиками их импедансов могут возникать синфазные помехи.

Методы экранирования сигнальных проводов учитывают пути прохождения помех.

Для полного устранения неблагоприятного воздействия паразитной емкостной связи применяют электростатический экран, выполненный в виде проводящей трубки. При этом правильно заземлять электростатический экран лишь со стороны источника сигнала. На рис. 1 показано, как неправильно заземлять электростатический экран.

На рис. 2 показано гибридное заземление, являющееся наиболее популярным способом при передаче широкополосного сигнала от отдаленного источника с большим сопротивлением.

Изготовление экрана, который будет надежно защищать от паразитных индуктивных связей, гораздо сложнее, нежели классического электростатического экрана. Для изготовления нужен материал, имеющий повышенную магнитную проницаемость. К тому же толщина такого экрана должна заметно превосходить толщину электростатических экранов.

Для частот менее 100 кГц возможно применение стальных экранов или экранов из пермаллоя (сплав железа и никеля). Для более высоких частот подойдут экраны из меди или алюминия.

Так как экранирование магнитной составляющей помехи является сложным, необходимо особо уделять внимание уменьшению индуктивности сигнального кабеля и выбору подходящей схемы приемника и передатчика. На рис. 3, 4, 5 и 6 показаны схемы подключения усилителя и экрана, обеспечивающие различные среднеквадратичные амплитуды помех.

Для большинства, например, температурных датчиков у источников сигнала нет защитного заземления, а потому электростатический экран используется наряду с усилителем дифференциального типа и резисторами на выходе. Схема заземления экрана в данном случае – см. рис. 3.

Двойное экранирование длинного кабеля

Двойной экран (рис. 7) используется для повышения качества экранирования в широком частотном спектре. Заземление внутреннего экрана производится с одной стороны (источника сигнала) для исключения прохождения емкостной помехи, второй же, внешний экран, используется для уменьшения высокочастотной наводки.

В любом случае для предотвращения случайных контактов экрана с металлическими предметами и землей он должен быть изолирован.

В случае с длинным кабелем даже при правильном заземлении помеха через экран все равно проходит, а потому передавать сигнал на значительное расстояние либо при серьезных требованиях точности измерений лучше либо в цифровой форме, либо посредством волоконно-оптического кабеля. Для этого могут использоваться модули аналогового ввода с цифровым интерфейсом RS-485 либо оптоволоконные преобразователи интерфейса RS-485.

Гальваническая изоляция

Радикально решить вышеназванные проблемы можно с помощью гальванической изоляции (рис. 8) с раздельным заземлением цифровой, аналоговой и силовой частей системы. То есть сигнал между электрическими цепями передается без контакта между ними.

Экранированный кабель.

Экранированный кабель – основной способ борьбы с электромагнитными помехами. Для производственных помещений разного типа характерной есть электрическая зашумленность. Работа оборудования нарушается из-за электрических шумов и помех от паразитных излучений, это и есть электромагнитные помехи (ЕМІ). Изоляция кабеля обеспечивает защиту только от механического воздействия (сырости, влаги, износа и сколов), но не защищает от электромагнитных излучений. Экранирование сможет помочь в борьбе с электромагнитными шумами.

Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника.

Кабели могут как излучать, так и поглощать электромагнитные помехи. Кабель выступает или в роли антенны, которая излучает помехи, или в роли приемника, который улавливает электромагнитные помехи с других источников. И в том, и в другом случае помогает экранирование кабеля.

В таблице приведены данные принципов классификации уровня шумов на площадях, которые подвергаются его воздействию. Что же касается эксплуатации больших трансформаторов и индукционных нагревателей, переключения мощной нагрузки, то необходимо брать во внимание возникающие большие помехи в результате наводок по цепям питания или от паразитных излучений.

Уровень шума

Источник шума

Типичное расположение

Электролитические процессы, мощные двигатели, генераторы, трансформаторы, индукционные нагреватели, релейные блоки управления, силовые линии и провода цепи управления, расположенные в непосредственной близости

Большие производства, такие как сталепрокатные и литейные цеха

Провода, расположенные рядом с двигателями среднего размера, релейные блоки управления

Средние промышленные производства

Провода, расположенные на сравнительно большом расстоянии от силовых линий; двигатели менее 5 л.с.; в отсутствие в ближайшем окружении индукционных нагревателей, электрических разрядов и силовых реле

Склады, лаборатории, офисы и осветительные установки

К появлению сетевых наводок в сигнальных цепях также могут привести сигнальные линии, что находятся рядом с силовыми кабелями.

Экранирование – основной способ борьбы с электромагнитными помехами в кабелях.

Рис. 1. Экран часть излучения отражает, часть энергии передает в землю, пропуская незначительную долю энергии.

Экран, окружая внутренний сигнальный или силовой проводник, воздействует на электромагнитные помехи. Есть два способа воздействия экрана на ЕМІ:

1. Он отражает излучение;

2. Перенаправляет шумы на земляную шину.

Хотя часть паразитной энергии все равно проходит через экран, ее количество небольшое, поэтому не приводит к существенным наводкам.

Уровень защиты и степень экранирования могут быть разными, это зависит от:

  • электрического окружения кабеля;
  • его стоимости;
  • характеристик (диаметр, вес, гибкость кабеля).

Практически во всем промышленном оборудовании неэкранированный кабель проходит внутри металлических шкафов или металлических труб, которые являются защитой от внешних электромагнитных излучений.

Есть два типа экранирования кабелей: оплетка и покрытие из фольги.

Фольга для экранированного кабеля – это тонкий слой алюминия, который крепят на основу (обычно это полиэстер), что придает прочность и износоустойчивость. Преимущество такого экрана в 100% покрытии проводников. Но это покрытие усложняет работу, так как очень тонкое. Особенно это касается разъемов. Для заземления применяют отводящий провод, который соединяет конец экрана с землей.

Оплетку делают в виде сетки из оголенной и луженной проволоки. Этот тип экранирования обеспечивает низкоомное заземление и легкое крепление к разъему методом пайки или обжатия. Однако такой экран не дает 100% покрытия, в нем остаются небольшие зазоры. В зависимости от плотности оплетки, покрытие может быть от 70 до 95%. Для стационарного кабеля, в большинстве случаев, допустимая плотность покрытия – 70%, этого вполне достаточно. Как правило, на практике, эффективность экранирования трудно заметить зависимо от процента покрытия. Кроме этого, медь является более хорошим проводником электричества, чем алюминий, поэтому именно медная оплетка более эффективная. Она также дает большую защиту от наводок по цепям питания. Но это увеличит стоимость и размеры экранированного кабеля.

При этом в очень зашумленных местах возникает необходимость использовать многослойные комбинированные экраны из фольги и оплетки. Например, весь кабель может экранироваться оплеткой (как вариант, фольгой и оплеткой в комбинации или же только фольгой), в то время как отдельные пары проводов в многожильных кабелях экранируются фольгой, что обеспечивает защиту от перекрестных наводок между соседними парами. Также в экранированном кабеле могут быть два слоя или оплетки, или фольги.

Компания Alpha Wire предлагает кабель с защитным покрытием, которое объединяет оплеточный и фольгированный экран (метод экранирования SupraShield).

Рис. 2. Типовые конфигурации экранов

Наибольшая эффективность экранирования достигается благодаря тому, что один экран поддерживает другой. Это дает возможность преодолеть прочностные ограничения каждого из них.

Рис. 3. Самая высокая эффективность экранировании достигается за счет комбинированных экранов из фольги-оплетки.

За счет уникальной трехслойной фольгированной ленты (алюминий-полиэстер-алюминий) достигают улучшения эксплуатационных характеристик кабелей SupraShield. Эта лента повышает эффективность экранирования, так как уменьшается сопротивление экрана и отводящего провода, что дает возможность быстрого и легкого заземления.

Экран предназначен для перенаправления любых помех на землю. Необходимо учитывать значимость экранирования. Игнорирования этого вопроса может привести к использованию неэффективных экранов. Важно знать, что экран кабеля обеспечивает низкоомное заземление. Если же не учитывать этого, экранированный кабель будет использоваться неэффективно. Любые повреждения экрана приведут к увеличению импеданса и снижению эффективности экранирования.

Практические рекомендации, которые помогут обеспечить эффективность экранирования:

1. Правильно используйте кабель в зависимости от зашумленности окружающего пространства. Убедитесь, что кабель имеет достаточную степень экранирования. В среде с умеренной зашумленностью целесообразно будет использовать кабель с фольгированным экраном, который обеспечит высокий уровень защиты. Если же среда более зашумлена, необходимо использовать экран из оплетки или же из оплетки и фольги (комбинированный).

2. Кабель должен быть пригодный для приложения. Если же экранированный кабель будет подвергаться регулярным изгибам, то вместо оплетки необходимо использовать спирально навитую экранировку. Также не используйте гибкие кабели с экраном из фольги, так как их постоянное изгибание приведет к износу такого покрытия.

3. Обратите внимание на то, чтобы оборудование, к которому подсоединен кабель, было правильно заземлено. Всегда проверяйте соединение между точкой заземления и оборудованием, а также используйте заземление там, где для этого есть возможность. Учитывайте то, что степень устранения помех находится в прямой зависимости от величины сопротивления проводника, который идет на землю (чем меньше, тем лучше).

4. Конструкции большинства разъемов имеют максимально допустимую законцовку экрана 360°. Для этого необходимо убедиться, что эффективности экранирования разъема и кабеля одинаковые. К примеру, большинство распространенных разъемов идут с кожухом из металлизированного пластика, который покрыт цинком или алюминием. Не переплачивайте за кабель, необходимость в котором отсутствует, но и не экономьте, чтобы в результате не получить кабель с недостаточной эффективностью экранирования.

5. Делайте заземление кабеля только на одном конце. Это поможет устранить возможное возникновение шумов в заземляющем контуре.

Эффективность экранирования зависит от наиболее слабого компонента. Высококачественный кабель не даст вам необходимого экранирования, если разъем будет низкого качества. И, соответственно, разъем высокого качества не обеспечит защиту системы от помех, если кабель низкопробный.

Для чего нужен экранированный кабель?

Любой промышленный или бытовой объект, а особенно производственное помещение, имеет высокую степень электрической зашумленности. Электрошумы или электромагнитные помехи (EMI) возникают от так называемых «паразитных» или побочных излучений, а также наводок по цепям энергопитания. Наиболее мощный EMI-резонанс проявляется при переключения мощной нагрузки, работе больших индукционных нагревателей, трансформаторов и высокочастотных устройств. Изоляционное покрытие «прозрачно» для любого вида электропомех, его задача противостоять механическим повреждениям. Поэтому наиболее эффективным способом борьбы с электромагнитными шумами является оборудование кабельной продукции специальными экранами (позиция 4 на рисунке).

Интересно, что кабель может быть как генератором электропомех, то есть служить своего рода передающей антенной, так и принимать их от прочих источников. И только экранирование помогает минимизировать электрозашумленность в обоих случаях.

Описание и особенности применения экранированного кабеля

Это защитное приспособление не позволяет проводу распространять свои собственные электрошумы и защищает собственное электромагнитное поле кабеля от влияния любых внешних помех, которые могут существенно снизить его работоспособность. Кроме того, экранирование способно выполнять и некоторые другие функции:

  • увеличивать механическую стойкость изоляционного материала,
  • препятствовать агрессивному внешнему воздействию,
  • заземлять электросеть,
  • при исполнении в муфтах снижать вероятность возникновения электропотенциалов непосредственно на наружной поверхности изделия.

Для моментального определения разновидности кабеля в маркировке провода с экраном присутствует буква «Э», например, ВВГЭ.

В зависимости от техпараметров и особенностей эксплуатации производятся расчеты, по которым определяют материал, конструкцию и тип защитного экранирования. Например, в электросетях с токовой нагрузкой до 50 А необходимы экраны из достаточно тонкой ленты из алюминия или меди. В силовых проводах экранирующий эффект могут гарантировать только медные проволоки увеличенного сечения. Для кабельной продукции средних токов используются комбо-экраны, состоящие из медной ленты и оплетки-проволоки. А если требуется выровнять электрополе в силовых проводах высокого напряжения, то экранирующее приспособление должно проводить электроток.

Экранным материалом обычно служат металлические, алюминиевые или медные, немагнитные ленты, проволоки, фольгирующие элементы или особая электропроводящая бумага

Для окончательного понимания механизма экранирования следует знать, что:

  • для защиты от внешних электромагнитных шумов экраном окружают сердечник (жилы) кабеля,
  • если нужно убрать внутренние электропомехи, то применяются индивидуальные экраны для пар (жил),
  • для решения обеих задач провод комплектуется обоими типами защиты.

Классификация кабелей с экраном

Наиболее частое применение среди экранированной кабельной продукции имеют силовые кабеля, которые рассчитаны на низкое, среднее или высокое напряжение сети (0,66/1 кВ, 6-110 кВ и выше). Экраны таких проводов просчитываются таким образом, чтобы блокировать возникающие внутри них электромагнитные поля, не позволяя им влиять на внешнюю среду. Силовые экранированные марки (ВВГЭ, КГВЭВ, ПвП и АПвП) могут оснащаться индивидуальными экранами как по жиле, так и по изоляции, которые выполняются из бумаги, проводящей электроток, или синтетической ленты, а также общим медно-проволочным экраном-оплеткой, спиральной ленточной оплетки, изготовленной из алюминия или меди.

Конструкция комбинированных проводов подразумевает совмещение силовых и управленческих жил в одной оболочке. По основным жилам проходит 6 кВ переменного тока, а по вспомогательной – 380 В. Высокое напряжение требует усиленного внимания, создает повышенные риски и уровень EMI-помех. Поэтому экранирование данной разновидности кабелей является обязательным.

Экран из электропроводящей резины или алюмолавсановой ленты с медной оплёткой накладывается отдельно на каждую фазовую жилу. На схеме, иллюстрирующей конструкцию марок КГЭУ и КГПЭУ, хорошо видно расположение элементов. Общий внешний вид комбинированного провода хорошо виден на примере КГпЭ. Гибкие комбинированные кабеля с экранами часто применяются для присоединения к источникам питания передвижных машин, устройств и установок, к примеру, экскаваторов и кранов.

Контрольные кабели служат для обмена данными с приборами и распределительными устройствами, доступ к которым существенно затруднен или вообще невозможен. Этот тип кабельной продукции требует надежной защиты, ведь передает важную управленческую информацию. Экран в марках КВВГЭ и АКВВГЭ выполнен посредством намотки из фольги (медь или алюминий) с перекрытием, которая обеспечивает неразрывность экрана при допускаемых радиусах изгибания кабелей. При этом в продольном направлении экрана проложена медная проволока. Экранирование провода КГВЭВ, который применяется для нестационарного монтажа, осуществляет медная оплетка. Кроме того, экранным материалом может служить медная, алюминиевая или алюмополимерная лента.

Сигнальные кабели широко применяются в системах, которые отличаются строжайшими требованиями к точности и защите данных. В этот перечень входит практически любая слаботочная аппаратура, включая измерительную, охранную или пожарную. Экранированный кабель для ОПС, например, марки КПСЭнг-FRLS, КПСЭнг-FRHF или КПСЭСнг(А)-FRLS, служит для подключения систем оповещения и эвакуации, дымовых датчиков и прочих приборов, которые должны немедленно срабатывать при возникновении ЧП. За счет температуроустойчивой изоляции на основе кремния экранированный кабель для пожарной сигнализации способен сохранять работоспособность, даже находясь внутри горящего помещения, а также отличается низкой величиной выделения продуктов горения. Экранированный кабель для ОПС обычно оснащен защитой от электропомех, изготовленной из алюмолавсановой ленты.

Также достаточно обширной группой является класс кабелей связи, управления и передачи данных. Данный тип проводной продукции весьма чувствителен к EMI-шумам, поэтому зачастую оборудован защитными экранами. Коротко рассмотрим наиболее распространенные марки и подгруппы данного типа.

ТППШв используется в телемеханических или телефонных локальных сетях, которые требуют от изделий возможности обеспечивать широко- или фазоимпульсную частотную модуляцию сигналов (до 2 МГц). Защищен экраном из алюминиево-полиэтиленовой фольги.

Распределительный РВШЭ-кабель обычно применяют при монтаже радиоаппаратуры и аудиотехники (приспособлений и приборов для записи и воспроизведения звука), в системах телефонии. Экран из медных твердых проволок обеспечивает отличную устойчивость к электропомехам и качественный уровень передачи аудио.

Коаксиальные кабели с обозначениями РК, RG и SAT используются только для телевизоров, антенн, систем видеонаблюдения и радиоэлектроники. Они экранированы алюминизированной полиэстерной пленкой и/или проволочной оплеткой из луженой медной проволоки.

Высокоскоростной обмен данными через проминтерфейс RS-485 в сетях объектов по стандартам TIA/EIA-485-A и ИСО/МЭК 8482, подключение систем, созданных для контроля инженерных сооружений и распределённого сбора информации осуществляется при помощи марок КИПЭВ, КИПЭП, КИПЭВБВ и других. Они экранированы алюминиево-лавсановой лентой или медно-луженной оплеткой с прокладкой дренажного проводника.

Витые пары FTP из подкласса Lan-кабелей имеют защитный экран из фольги, поэтому их можно монтировать даже вблизи с электропроводкой и прочими источниками EMI-излучения.

Провода STP (S/UTP) – это экранированные витые пары. Кабеля STP, в отличие от FTP-пар, имеют фольгированные экраны для каждой пары, а также общую экранную защиту (медная оплетка).

Кабеля S/FTP представляют собой витые пары с фольгированной оплеткой каждой пары и общей оплеткой для всех пар из тонкой плетеной медной проволоки.

Подгруппа SF/UTP включает марки для передачи дата-данных, защищаемые сдвоенным внешним экраном из фольги и медной оплетки. Кабеля SF/UTP востребованы, когда прокладка витой пары производится рядом с ЛЭП электросетью и требуется дополнительная и надежная защита от электрошумов

Экранирование проводов и кабелей

Проблема помехозащищенности электротехнических и радиоэлектронных устройств требует самого пристального внимания, так как неверный выбор схемы подключения, неправильный метод разводки кабелей, ошибка проектирования системы заземления и экранирования могут вызвать полный отказ или сбои в работе системы, нарушить ее безопасность. Применение относительно несложных и недорогих методов защиты от помех поможет решить эту проблему.

Экранирование – надежное конструктивное средство, позволяющее ослабить любые излучения. Экранирование может быть выполнено с применением металлических экранов, с помощью напыления проводящего материала на внутреннюю поверхность корпусов, путем экранирования проводов. Практически экранирование состоит в локализации электромагнитной энергии, которую создает источник поля.

В электроприборах защиту кабелей и проводов от взаимного влияния, от влияния внешних полей и защиту элементов схемы от влияния помех, исходящих от кабеля, производят с помощью экранирования металлическими экранами. Экраны по принципу действия делятся на: магнитостатические, электростатические и электромагнитные.

Металлический экран уменьшает энергию электромагнитных волн при помощи либо поглощения этой энергии проводящей средой, либо при помощи отражения энергии в месте границы двух сред. Материал экрана должен обеспечивать максимальную защиту и ослабление электромагнитного поля помех, тип материала выбирается в зависимости от того, является ли поле помех магнитным или электрическим. Магнитные материалы защищают от электромагнитной энергии, а проводники (например, медь и алюминий) – имеют хорошую отражающую способность и защищают от электрических полей помех.

Для экранирования кабелей и проводов в электроприборах применяется плетенка ПМЛ, соответствующая ТУ 4833-002-08558606-95.

Кабель ПМЛ производится из луженой оловянно-cвинцовым припоем ПОС-40 медной проволоки марки ММ.

Изготавливается плетенка ПМЛ отрезками длиной от 2,5м. Выпускают такие типоразмеры ПМЛ: 3х6, 6х10, 10х16, 16х24, 24х30, 30х40, 40х55.

Установленный срок службы, который имеет кабель ПМЛ – 20 лет. Но фактический срок службы может быть более 20 лет и зависит от технического состояния изделия. Гарантийный срок эксплуатации ПМЛ – полгода со дня начала эксплуатации. Гарантийный срок хранения ПМЛ составляет 1 год со дня покупки.

При использовании проводов с экранирующими оплетками ПМЛ, нужно учитывать, что :

– экран очень сильно увеличивает емкость провода относительно корпуса;

– оплетка, которая не соединена с корпусом, никакого экранирующего эффекта не дает;

– экранированные провода становятся неудобны для монтажа.

Длина участка, который экранируется, должна быть не более одной четвертой длины самой короткой из волн сигнала, передаваемого по проводу. Исходя из этого, применение экранирования проводов обычно нежелательно и применяется в крайнем случае. Экранированные провода нужно использовать только для соединения друг с другом отдельных блоков или узлов.

Экранирование выполняет следующие функции:

– защищает от взаимных паразитных наводок блоков внутри устройства, состоящего из нескольких блоков;

– защищает эти устройства от помех со стороны каких-либо других приборов;

– защищает другие приборы от помех со стороны данного устройства.

Экранирование значительно удорожает сам кабель, а также его прокладку.

Достичь значительного эффекта в борьбе с помехами в радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, возможно только применяя комплекс мер по снижению помех.

Режим работы: в будние дни с 10:00 до 18:00 без перерыва на обед.
123423, г. Москва, улица Народного Ополчения, дом 34, стр. 3
E-Mail: zakaz@rt-kabel.ru
Skype: rt-kabel
Способы оплаты:

Разработка интернет магазина – Студия Триас

Это интересно!

Программирование микроконтроллеров STM32 в среде Eclipse/GCC

Это вторая из статей, описывающих технологию разработки и отладки прикладных программ для микроконтроллеров семейства STM32 с ядром Cortex-M3 в среде Eclipse/GCC. Тестирующая программа многоцелевого модуля TE-STM32F103 компании «Терраэлектроника» служит в качестве примера. В статье описана структура проекта при разработке программ микроконтроллеров STM32, состав библиотеки STM32F10x Standard Peripheral Library и последовательность обработки проекта тестирующей программы в среде Eclipse/GCC

Как обеспечить соответствие стандартам по электробезопасности и ЭМС

Электронное устройство можно выводить на рынок, только если оно сертифицировано на соответствие международным стандартам по электробезопасности и электромагнитной совместимости (ЭМС). В статье обсуждаются особенности аттестации электронной продукции, в частности приборов для медицины, рассмотрены основные международные стандарты по электробезопасности и ЭМС. Учитывая, что во многих случаях российские ГОСТы, по сути, повторяют международные стандары, статья будет полезна российским разработчикам.

Системный подход позволяет оптимизировать светодиодную подсветку

В статье обсуждаются вопросы проектирования системы светодиодной подсветки для LCD-дисплеев большого размера. Рассмотрены усовершенствованные методы регулировки яркости светодиодов, особенности построения системы питания и управления тепловыми режимами, а также выбор оптимальной конфигурации блока светодиодной подсветки, которая обеспечивает высокий уровень качества изображения и низкое энергопотребление LCD-панели. Статья представляет собой перевод [1].

Ссылки

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

14 марта

Назначение экранированных кабелей

ромышленные объекты, например производственные помещения, обычно отличаются электрически зашумленными условиями работы. Электрические шумы в виде наводок по цепям питания и помех от паразитных излучений, относящиеся к электромагнитным помехам (EMI), могут серьезно нарушить работу всего оборудования. Изоляционное покрытие механически защищает кабель от сколов и износа, а также от сырости и пролитой жидкости. Однако такое покрытие прозрачно для электромагнитных излучений и поэтому не обеспечивает от них защиту. Для борьбы с электромагнитными шумами необходимо экранирование.

Кабели могут быть как основным источником, так и приемником электромагнитных помех. Как источник кабель либо передает шумы на другое оборудование, либо действует как антенна, излучающая помехи. Как приемник кабель улавливает электромагнитные помехи, излучаемые другими источниками. Экранирование помогает в обоих случаях.

В таблице 1 даны общие принципы классификации уровня шума на площадях, подвергающихся его воздействию. Следует отметить, что в случаях переключения мощной нагрузки, эксплуатации индукционных нагревателей и больших трансформаторов возникают большие помехи в результате наводок по цепям питания или от паразитных излучений.

Таблица 1. Принципы классификации уровня шумов

Электролитические процессы, мощные двигатели, генераторы, трансформаторы, индукционные нагреватели, релейные блоки управления, силовые линии и провода цепи управления, расположенные в непосредственной близости

Большие производства, такие как сталепрокатные и литейные цеха

Провода, расположенные рядом с двигателями среднего размера, релейные блоки управления

Средние промышленные производства

Провода, расположенные на сравнительно большом расстоянии от силовых линий; двигатели менее 5 л.с.; в отсутствие в ближайшем окружении индукционных нагревателей, электрических разрядов и силовых реле

Склады, лаборатории, офисы и осветительные установки

Размещение сигнальных линий рядом с силовыми кабелями может также стать причиной появления сетевых наводок в сигнальных цепях.

Основным способом борьбы с электромагнитными помехами в кабелях является экранирование (см. рис. 1). Экран окружает внутренний сигнальный или силовой проводник, воздействуя на электромагнитные помехи двумя способами. Во-первых, экран отражает излучение. Во-вторых, он улавливает шумы и перенаправляет их на земляную шину. Всегда часть паразитной энергии проходит через экран, но она настолько невелика, что не приводит к существенным наводкам.

Рис. 1. Экран отражает часть излучения, передает часть энергии в землю и пропускает незначительную долю энергии

Кабели обеспечивают разную степень экранирования и уровень эффективности защиты. Требуемая степень экранирования зависит от нескольких факторов: электрического окружения, в котором используется кабель, стоимости кабеля, а также от таких характеристик как диаметр кабеля, его вес и гибкость.

Неэкранированный кабель в промышленном оборудовании, как правило, проходит внутри металлических шкафов или металлических труб, защищающих от внешних электромагнитных излучений.

Существуют два типа экранирования кабелей: оплетка и покрытие из фольги.

Для изготовления фольгированного экрана применяется тонкий слой алюминия, крепящийся на основу, например из полиэстера, для придания прочности и износоустойчивости. Такой экран обеспечивает 100-% покрытие проводников. Однако он очень тонкий, что затрудняет работу с ним, особенно когда используются разъемы. Обычно вместо заземления всего экрана применяется отводящий провод для соединения конца экрана с землей.

Оплетка представляет собой сетку из оголенной или луженой медной проволоки. Оплетка обеспечивает низкоомное заземление и легче крепится к разъему методом обжатия или пайки. Тем не менее экран из оплетки не обеспечивает 100-% покрытия, оставляя в нем небольшие зазоры. В зависимости от плотности оплетка обеспечивает 70…95% покрытия. Для стационарного кабеля, как правило, бывает достаточно 70-% покрытия. На практике трудно заметить увеличение эффективности экранирования при использовании оплетки с более высоким процентом покрытия. Поскольку медь имеет более высокую электропроводность, чем алюминий, а оплетка лучше защищает от наводок по цепям питания, медная оплетка более эффективна как экран. Однако при этом увеличиваются размеры и стоимость кабеля.

В очень зашумленных окружающих условиях часто используются многослойные экраны. Наиболее распространенной комбинацией является экран из фольги и оплетки. В многожильных кабелях отдельные пары проводов иногда экранируются фольгой для защиты от перекрестных наводок между соседними парами, в то время как весь кабель экранируется либо фольгой, либо оплеткой, либо их комбинацией. Кабели могут использовать два слоя или фольги, или оплетки.

Метод экранирования SupraShield, предложенный компанией Alpha Wire, объединяет в защитном покрытии кабеля как фольгированные, так и оплеточные экраны (см. рис. 2).

Рис. 2. Типовые конфигурации экранов

Каждый из экранов поддерживает другой, что позволяет преодолеть прочностные ограничения каждого из них. Такой подход позволяет добиться наибольшей эффективности экранирования по сравнению с использованием каждого из экранов по отдельности (см. рис. 3). Улучшение эксплуатационных характеристик кабелей SupraShield достигается за счет применения уникальной трехслойной фольгированной ленты из алюминия-полиэстера-алюминия. Такая лента повышает эффективность экранирования за счет уменьшения сопротивления экрана и отводящего провода, облегчающего быстрое и надежное заземление.

Рис. 3. Комбинированный экран из фольги/оплетки обладает самой высокой эффективностью экранирования

На практике назначение экрана заключается в передаче любых наведенных помех на землю. Важность экранирования нельзя недооценивать, а непонимание этого вопроса может привести к использованию неэффективных экранов. Экран кабеля и его концевая заделка должны обеспечивать низкоомное заземление. Незаземленный экранированный кабель работает неэффективно. Любые повреждения экрана могут увеличить импеданс и снизить эффективность экранирования.

Практические рекомендации для обеспечения эффективного экранирования

1. Убедитесь, что используемый кабель имеет достаточную для приложения степень экранирования. В умеренно зашумленной среде адекватную защиту обеспечивает применение фольгированного экрана. В более зашумленной обстановке требуется использовать экран из оплетки или комбинированный экран из оплетки и фольги.

2. Используйте кабель, пригодный для приложения. В кабелях, подвергающихся регулярным изгибам, вместо оплетки, как правило, используется спирально навитая экранировка. Избегайте применения гибких кабелей с экраном из фольги, поскольку их регулярное сгибание вызывает износ фольги.

3. Убедитесь, что оборудование, к которому подсоединен кабель, правильно заземлено. Используйте заземление там, где это возможно, и проверяйте соединение между точкой заземления и оборудованием. Степень устранения помех зависит от величины сопротивления проводника, идущего на землю (чем меньше, тем лучше).

4. Конструкции большинства разъемов допускают 360° законцовку экрана. Убедитесь, что эффективности экранирования разъема и кабеля одинаковы. Например, многие широко распространенные разъемы предлагаются с кожухом из металлизированного пластика с покрытием из цинка или алюминия. Избегайте как переплаты за кабель, в котором отсутствует необходимость, так и его недооценки, в результате которой эффективность экранирования оказывается недостаточной.

5. Заземляйте кабель только на одном конце. Это устраняет возможность возникновения шумов в заземляющем контуре.

Эффективность экранирования определяется качеством наиболее слабого компонента. Высококачественный кабель не обеспечит должного экранирования при использовании низкокачественного разъема. И, наоборот, самый хороший разъем не защитит систему от помех, если кабель плох.

Ссылка на основную публикацию