Заземление экранированного кабеля: Заземление экранов контрольных кабелей – обязательное условие монтажа | Полезные статьи

Прокладка кабелей, заземление экранов | Инструкция по проектированию и монтажу систем управления и защиты

Страница 8 из 11

Прокладка кабелей, заземление экранов.

Монтаж проводов.

1. Внешний монтаж.

Внешний монтаж включает в себя все соединения от первичного оборудования к шкафу, терминалам кассеты открытого оборудования или напрямую к зажимам устройств. Кабель прокладывается по металлическим каналам, которые соединены с заземлением станции в нескольких местах.
Существуют следующие виды внешнего монтажа:
Измерительные выводы трансформатора;
Кабели источника питания собственных нужд;
Дискретные входы/выходы.
Как показал опыт основным источником наложения помех являются выводы ТТ и ТН и их цепи должны прокладываться в отдельных кабелях.
Для программно-технических комплексов АСУ ТП или информационных систем кабели ТТ и ТН должны быть экранированы.
Экранированные контрольные кабели рекомендуется применять для обеспечения требований по электромагнитной совместимости.

2. Внутренний монтаж.

Внутренний монтаж — это соединения между шкафом или устройствами кассеты оборудования и выводами устройств. В случае открытых кассет оборудования эти соединения должны быть как можно короче.

Цепи измерительных трансформаторов должны прокладываться в отдельных кабельных лотках или жгутах.
Не допускается прокладка цепей тока и напряжения в одном кабеле или в одном жгуте.
Способы разделения цепей в контрольных кабелях указаны в Разделе 4.5.
Взаимного влияния можно избежать, прокладывая кабель различного типа не параллельно, а перпендикулярно (см. Рис.1).

Рис. 1. Пример перпендикулярного пересечения цепей ТТ/ТН и кабелей питания / сигнальных.

3. Кабели связи.

Кабели связи соединяют консоль SCS (пульт, оконечное устройство) со шкафом или шкафы между собой.
Обычный медный кабель связи должен быть экранирован (см. Раздел 4). Экран кабеля должен быть надежно заземлен в шкафах с обоих концов (см. Раздел 4.2).
При заземленных с обоих концов экранах кабеля любая разность потенциалов между шкафами приводит к тому, что по экранам будут протекать наведенные токи, которые могут вызвать напряжение помех в кабелях. Это может влиять на функционирование устройства при длине кабеля 10 м и более. Рекомендуется прокладывать кабель в металлических кабельных коробах вдоль заземляющих рельсов (полос) заземляющей системы станции и выполнять заземление экранов на расстоянии 5-10 м (см. Раздел 4.3; 4.4). Кабельные короба должны иметь надежное электрическое соединение между собой и с заземляющей системой в промежутках через 5-10 м.

Для исключения влияния наведенных токов можно провести низкоимпедансное заземление параллельно экранированным кабелям (см. Рис 2).

Рис.2. Низкоимпедансное параллельное заземление.
На Рис.2 приведен пример параллельного заземления между консолью SCS и шкафом. То же самое выполняется в случае двух шкафов.
Параллельное заземление осуществляется при помощи витой меди (см. Раздел 5, Приложение 2). Нужно его проводить параллельно контрольному кабелю по возможности по всей длине, и оба этих кабеля должны быть свободно натянуты на интервалах между местами крепления.
Кабели, проводящие аналоговые (НЧ) сигналы, должны быть двухжильными. Многожильные кабели должны иметь скрученные пары (витые пары).

1. Экранирование.

Экраны кабеля.

Экраны кабеля должны быть плетеными с коэффициентом поверхности не менее 80 %.

1. Заземление концов экрана кабеля.

Заземление экрана кабеля должно распространяться на всю поверхность.
Заземление экрана путем подпайки к нему провода дает недостаточный экранирующий эффект в промышленных установках.
Экраны кабеля должны быть заземлены с обоих концов.
Наилучший экранирующий эффект, когда кабель подключается к шкафу при помощи винтового соединения. Если такого соединения не существует, то кабель заземляется как показано на Рис. 3 и Рис. 4. с внутренней стороны шкафа непосредственно у места входа кабеля.
Для заземления кабеля удалите изоляцию на нужную длину и заверните экранирующую оплетку на изоляцию. В целях безопасности закрепите кабель на заземляющей поверхности при помощи металлического зажима (Рис. 3). Поверхность и зажим должны быть электрически проводимыми и антикоррозийными.

Рис. 3. Круговое заземление конца экрана кабеля.
Экран должен быть завернут поверх изоляции для предотвращения обтрепывания со временем н снижения качества заземления. Это также снижает риск защемления экрана и проводов.
Заземление для случая открытых кассет оборудования выполняется как показано на Рис. 3 и Рис. 4.
Задняя поверхность монтажной пластины должна быть неокрашенной, иметь хорошую проводимость и стойкость к коррозиям.
Как объяснено в Разделе 5, Приложении 2 и показано на Рис.4 Приложения 2, монтажная пластина должна иметь хороший электрический контакт с рамой открытой кассеты.
Не перекручиваемые концы от точки заземления до выводов устройства должны быть как можно короче.

Рис. 4. Экраны заземляющих проводов для открытых кассет оборудования (Вид сзади).

1. Дополнительные заземления кабеля между концами

Как указывалось в Разделе 3, рекомендуется заземление экранов длинных кабелей с интервалами 5-10 м. С этой целью удаляется изоляция на нужную длину и экран крепится на заземляющую металлическую поверхность при помощи зажима (Рис. 3). Зажим и контактная поверхность должны иметь хорошую проводимость и стойкость к коррозии.

Выбирайте зажим, который крепко прижимает экран и в то же время не пережимает экран или кабель.

1. Заземление экранов кабелей связи.

Корпуса соединительных устройств, разъемов должны быть металлическими или из пластика, покрытого металлом, и снабжены эффективным натяжением рельефа, который электрически соединен с корпусом.
Изоляция должна быть оголена, а экран загнут, как описано в Разделе 4.2. Рельефное натяжение кабеля должно заземляться по окружности, так же, как в предыдущем случае с зажимами.
Винты должны быть хорошо затянуты и обеспечивать надежное заземление.
У большинства контрольных кабелей экран может заземляться при помощи специального вывода на разъеме (обычно с пластиковым корпусом).

То же применяется в случае, когда экран заземлен при помощи провода, идущего от корпуса разъема и подключен к внешнему заземляющему устройству.

1. Разделение цепей в контрольных кабелях.

Для цепей измерительных трансформаторов тока и напряжения должны применяться отдельные экранированные кабели или кабели с экраном и броней.
Применение неэкранированных кабелей должно подтверждаться расчетом допустимых уровней помех и электромагнитной совместимости.
Способы выполнения параллельных цепей измерительных трансформаторов показаны на Рис. 5.

Рис.5. Параллельные кабели в цепях ТТ или ТН.
В одном контрольном кабеле не допускается объединение цепей различных классов по уровню испытательного напряжения, различных информационных систем, силовых цепей и цепей контроля, управления, измерения.
Способы выполнения цепей управления для приводов выключателей показаны на Рис.6.

Рис. 6. Цепи постоянного тока в контрольных кабелях.

Заземление экранов контрольных кабелей – обязательное условие монтажа | Кабель.РФ: всё об электрике

Заземление экранов контрольных кабелей является достаточно важным техническим мероприятием, которое выполняется с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.), а так же воздействия самого кабеля на окружающую среду. 

Как выполнить заземление контрольного кабеля

Заземление контрольных экранированных кабелей производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. Величина электромагнитных помех может достигать несколько килоВольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя. 

Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм. 

Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.
Важно отметить, что кроме экрана, так же должно выполняться заземление бронепокрова (стальных оцинкованных лент и проволок) контрольного кабеля.

Оригинал статьи размещен на нашем сайте cable.ru

Если этот материал был для Вас полезным, ставьте «лайк» и поделитесь статьей в социальных сетях!

Также рекомендуем статью о кабелях в свинцовой оболочке.

А для того, чтобы не пропустить выход новых статей, подписывайтесь на наш канал: Кабель.РФ: всё об электрике.

Заземление экрана кабеля из сшитого полиэтилена. Блокнот проектировщика(электрика и связь)

ГлавнаяПолЗаземление экрана кабеля из сшитого полиэтилена

Заземление и экранирование. — Сайт voltprofi!

Из ПУЭ

Глава 1.7. ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

1.7.93. Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к частям оборудования, подлежащим заземлению или занулению, должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением. Присоединение должно быть доступно для осмотра. Для болтового присоединения должны быть предусмотрены меры против ослабления и коррозии контактного соединения.

1.7.94. Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки не допускается.

 Следует помнить что Россия стала, в начале ХХ1 века, членом МЭК. А там минимальное сечение главного эквипотенциального медного проводника не менее 10 мм кВ., медь.

 

Виды заземлений.

Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на системы автоматизации является раздельное выполнение заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение заземляющих проводников, позволяет выполнить их соединение с защитной землей в одной точке. При этом заземляющие проводники разных систем земель представляют собой лучи звезды, центром которой является контакт к шине защитного заземления здания, в наших случаях к главному эквипотенциальному проводнику, он идёт от шины заземления к комплексу оборудования. Благодаря такой топологии помехи «грязной» земли не протекают по проводникам «чистой» земли. Таким образом, несмотря на то, что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счете, все они соединены с Землей через систему защитного заземления. Исключение составляет только «плавающая» земля (см. ниже).

1. Защитное заземление. РЕ

От шины заземления здания, на корпус оборудования, медным многожильным проводом сечением не менее 10 мм.кв. .

2. Силовое заземление.

В системах автоматики могут использоваться электромагнитные реле, серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых, существенно превышает ток потребления модулей ввода-вывода и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод системы (обычно провод, подключенный к отрицательному выводу источника питания) является силовой землей.

3, 4. Аналоговая и цифровая земля.

Системы автоматики являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединенных вместе только в одной общей точке. Для этого модули ввода-вывода и контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (AGND — «Analog GrouND») и цифровой (DGND — «Digital GrouND»).

5. «Плавающая» земля.

«Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (т.е. с Землей). Типовыми примерами таких систем являются: батарейные измерительные приборы; системы автоматики автомобиля; самолета или космического корабля. «Плавающая» земля может быть получена и с помощью DC-DC или AC-DC преобразователей, если вывод вторичного источника питания в них не заземлен. Такое решение позволяет полностью исключить кондуктивные наводки через общий провод заземления. Кроме того, допустимое напряжение синфазного сигнала может достигать 300 Вольт и более; практически 100%-ным становится подавление синфазного сигнала, снижается влияние емкостных помех. Однако на высоких частотах токи через емкость на землю существенно снижают последние два достоинства.

Гальванически связанные цепи

   Техника заземления в системах автоматизации сильно различается для гальванически связанных и гальванически развязанных цепей. Большинство методов, описанных в литературе, относится к гальванически связанным цепям, доля которых в последнее время существенно уменьшилась в связи с резким падением цен на изолирующие DC-DCпреобразователи.

Общим правилом ослабления связи, через общий провод заземления, является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с последующим их соединением только в одной точке. При разделении заземлений, гальванически связанных цепей, используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем помех должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнем помех, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участков «грязной» земли в контуре, включающем источник и приемник сигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, по которым циркулирует ток, наведенный электромагнитной помехой.

ПРАВИЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭКРАНА

    Для устранения паразитной емкостной связи и электростатических зарядов, используют электростатический экран в виде проводящей трубки (чулка), охватывающей экранируемые провода, а для защиты от магнитного поля используют экран из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Рассмотрим заземление экранов при передаче сигнала по витой экранированной паре, поскольку этот случай наиболее типичен для систем автоматизации

 

Оплетку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала. Если источник сигнала не заземлен (например, термопара), то заземлять экран можно с любой стороны, т.к. в этом случае замкнутый контур для тока помехи не образуется.

ПРАВИЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭКРАНА

  На частотах более 1 МГц увеличивается индуктивное сопротивление экрана и токи емкостной наводки создают на нем большое падение напряжения, которое может передаваться на внутренние жилы через емкость между оплеткой и жилами. Кроме того, при длине кабеля, сравнимом с длиной волны помехи (длина волны помехи при частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц — 30 м) возрастает сопротивление оплетки, что резко повышает напряжение помехи на оплетке. Поэтому на высоких частотах оплетку кабеля надо заземлять не только с обеих сторон, но и в нескольких точках между ними. Эти точки выбирают на расстоянии 1/10 длины волны помехи одна от другой. При этом по оплетке кабеля будет протекать часть тока , передающего помеху в центральную жилу через взаимную индуктивность. Емкостной ток также будет протекать по пути, однако высокочастотная компонента помехи будет ослаблена. Выбор количества точек заземления кабеля зависит от разницы напряжений помехи на концах экрана, частоты помехи, требований к величине токов, протекающих через экран в случае его заземления.

В качестве промежуточного варианта можно использовать второе заземление экрана через емкость . При этом по высокой частоте экран получается заземленным с двух сторон, по низкой частоте — с одной. Это имеет смысл в том случае, когда частота помехи превышает 1 МГц, а длина кабеля в 10…20 раз меньше длины волны помехи, т.е. когда еще не нужно выполнять заземление в нескольких промежуточных точках. Величину емкости можно рассчитать по формуле. Например, на частоте 1 МГц конденсатор емкостью 0,1 мкФ имеет сопротивление 1,6 Ом. Конденсатор должен быть высокочастотным, с малой собственной индуктивностью.

ПРАВИЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭКРАНА

   Для качественного экранирования в широком спектре частот используют двойной экран. Внутренний экран заземляют с одной стороны, со стороны источника сигнала, чтобы исключить прохождение емкостной помехи, а внешний экран уменьшает высокочастотный наводки.

Поскольку даже при правильном заземлении, но длинном кабеле, помеха все равно проходит через экран, то для передачи сигнала на большое расстояние или при повышенных требованиях к точности измерений, сигнал лучше передавать в цифровой форме или через оптический кабель.

Экран, защищающий от паразитных индуктивных связей, сделать гораздо сложнее, чем электростатический экран. Для этого нужно использовать материал с высокой магнитной проницаемостью и, как правило, гораздо большей толщины, чем толщина электростатических экранов. Для частот ниже 100 КГц можно использовать экран из стали или пермаллоя. На более высоких частотах можно также использовать алюминий и медь.

Заземление гальванически развязанных цепей

    Применение гальванической изоляции позволяет разделить аналоговую и цифровую землю, а это, в свою очередь, исключает протекание по аналоговой земле токов помехи от силовой и цифровой земли. Аналоговая земля может быть соединена с защитным заземлением через сопротивление.

   Монтаж панелей, шкафов автоматики должен учитывать всю вышеизложенную информацию. Однако заранее нельзя сказать однозначно, какие требования являются обязательными, какие — нет, поскольку набор обязательных требований зависит от требуемой точности измерений и от окружающей электромагнитной обстановки. Ниже на рисунке приведена правильная схема соединений.

    1. Используйте модули ввода-вывода только с гальванической развязкой.

2. Не применяйте длинных проводов от аналоговых датчиков. Располагайте модули ввода в непосредственной близости к датчику, а сигнал передавайте в цифровой форме. Используйте датчики с цифровым интерфейсом.

3. На открытой местности и при больших дистанциях используйте оптический кабель вместо медного.

4. Используйте только дифференциальные (не одиночные) входы модулей аналогового ввода.

    5. Используйте в пределах вашей системы автоматизации отдельную землю из медной шины. 6. Аналоговую, цифровую и силовую землю системы соединяйте только в одной точке. Если этого сделать невозможно, используйте медную шину с большой площадью поперечного сечения для уменьшения сопротивления между разными точками подключения земель. 7. Следите, чтобы при монтаже системы заземления случайно не образовался замкнутый контур. 8. Не используйте, по возможности, землю, как уровень отсчета напряжения при передаче сигнала.

9. Если провод заземления не может быть коротким или если по конструктивным соображениям необходимо заземлить две части гальванически связанной системы в разных точках, то эти системы нужно разделить с помощью гальванической развязки.

10. Цепи, изолированные гальванически, нужно заземлять через большое сопротивление, чтобы избежать накопления статических зарядов.

11. Экспериментируйте и пользуйтесь приборами для оценки качества заземления. Допущенные ошибки видны не сразу.

12. Пытайтесь идентифицировать источник и приемник помех, затем нарисуйте эквивалентную схему цепи передачи помехи с учетом паразитных емкостей и индуктивностей.

13. Пытайтесь выделить самую мощную помеху и в первую очередь защищайтесь от нее.

14. Цепи с существенно различающейся мощностью следует заземлять группами, так, чтобы все группы имели примерно одинаковую мощность.

15. Заземляющие проводники с большим током должны проходить отдельно от чувствительных проводников с малым измерительным сигналом. Провод заземления должен быть по возможности прямым и коротким.

16. Не делайте полосу пропускания приемника сигнала шире, чем это надо из соображений точности измерений.

17. Используйте экранированные кабели, экран заземляйте в одной точке, со стороны источника сигнала на частотах ниже 1 МГц и в нескольких точках — на более высоких частотах.

18. Для особо чувствительных измерений используйте «плавающий» батарейный источник питания.

RS-485

   Промышленная сеть на основе интерфейса RS-485 выполняется экранированной витой парой с обязательным применением модулей гальванической развязки. Для небольших расстояний (порядка 10 м) ,при отсутствии поблизости источников помех, экран можно не использовать. При больших расстояниях (стандарт допускает длину кабеля до 1,2 км) разница потенциалов земли, в удаленных друг от друга точках, может достигать несколько единиц и даже десятков вольт. Поэтому, чтобы предотвратить протекание по экрану тока, выравнивающего эти потенциалы, экран кабеля нужно заземлять только в одной точке (безразлично, в какой). Это также предотвратит появление замкнутого контура большой площади в цепи заземления, в котором за счет электромагнитной индукции может наводится ток большой величины при ударах молнии или коммутации мощных нагрузок. Этот ток, через взаимную индуктивность, наводит на центральной паре проводов э. д. с., которая может вывести из строя микросхемы драйверов порта.

При использовании неэкранированного кабеля, на нем может наводиться большой статический заряд (несколько киловольт) за счет атмосферного электричества, который может вывести из строя элементы гальванической развязки. Для предотвращения этого эффекта изолированную часть устройства гальванической развязки следует заземлить через сопротивление, например, 0,1…1 МОм ( показано штриховой линией).

Особенно сильно проявляются описанные выше эффекты в сетях Ethernet с коаксиальным кабелем, когда при заземлении в нескольких точках (или отсутствии заземления), во время грозы, выходят из строя сразу несколько сетевых Ethernet-плат.

В сетях Ethernet с малой пропускной способностью (10 Mбит/с), заземление экрана следует выполнять только в одной точке. В Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) заземление экрана следует выполнять в нескольких точках, пользуясь рекомендациями раздел «Экранирование сигнальных кабелей»

При прокладке кабеля на открытой местности нужно использовать все правила, описанные в разделе «Экранирование сигнальных кабелей»

   На взрывоопасных промышленных объектах (см. раздел «Автоматизация опасных объектов»), при монтаже цепей заземления многожильным проводом, не допускается применение пайки для спаивания жил между собой, поскольку вследствие хладотекучести припоя возможно ослабление мест контактного давления в винтовых зажимах.

Экран кабеля интерфейса RS-485 заземляется в одной точке, вне взрывоопасной зоны. В пределах взрывоопасной зоны он должен быть защищен от случайного соприкосновения с заземленными проводниками. Искробезопасные цепи не должны заземляться, если этого не требуют условия работы электрооборудования (ГОСТ Р 51330.10, раздел «Экранирование сигнальных кабелей»).

Искробезопасные цепи должны быть смонтированы таким образом, чтобы наводки от внешних электромагнитных полей (например, от расположенного на крыше здания радиопередатчика, от воздушных линий электропередачи или близлежащих кабелей для передачи большой мощности) не создавали опасного напряжение или тока в искробезопасных цепях. Это может быть достигнуто экранированием или отдалением искробезопасных цепей от источника электромагнитной наводки.

При прокладке в общем пучке или канале кабели с искроопасными и искробезопасными цепями, должны быть разделены промежуточным слоем изоляционного материала или заземленной металлической перегородкой. Никакого разделения не требуется, если используются кабели с металлической оболочкой или экраном.

Заземленные металлические конструкции не должны иметь разрывов и плохих контактов между собой, которые могут искрить во время грозы или при коммутации мощного оборудования.

На взрывоопасных промышленных объектах используются преимущественно электрические распределительные сети с изолированной нейтралью, чтобы исключить возможность появления искры при коротком замыкании фазы на землю и срабатывания предохранителей защиты при повреждении изоляции.

Для защиты от статического электричества используют заземление, описанное в разделе «Статическое электричество». Статическое электричество может быть причиной воспламенения взрывоопасной смеси. Например, при емкости человеческого тела 100…400 пФ и потенциале заряда 1 кВ, энергия искрового разряда с тела человека будет равна 50…200 мкДж, что может быть достаточно для воспламенения взрывоопасной смеси группы IIC (60 мкДж).

   Цепи питания двигателей с импульсным управлением, двигателей сервоприводов, исполнительных устройств с ШИМ-управлением, должны быть выполнены витой парой для уменьшения магнитного поля, а также экранированы для снижения электрической компоненты излучаемой помехи. Экран кабеля должен быть заземлен с одной стороны. Цепи подключения датчиков, таких систем, должны быть помещены в отдельный экран и по возможности пространственно отдалены от исполнительных устройств.

voltprofi.jimdo.com

Заземление экранированного кабеля | Полезные статьи

Заземление кабелей — обязательная процедура, входящая в комплекс мероприятий по строительству кабельных линий электропередач и связи. Выполняется заземление с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от токов короткого замыкания и различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.). Вторая важная цель устройства систем заземления — защита человека от поражения электрическим током.

Существует множество терминов, определений, связанных с системами заземлений, а также методов и способов их построения по отношению к различным кабелям, электроустановкам и т. д. — подробная информация приведена в главе 1.7 ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок) от 2002 года. Здесь будут рассмотрены основные моменты заземления контрольных экранированных кабелей, кабелей связи (включая оптические) и силовых кабелей.

Заземление силовых высоковольтных кабелей

Заземление экранированного кабеля напряжением от 6 кВ и выше может производиться по схеме двухстороннего или одностороннего заземления экрана. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки.

Преимуществом двухстороннего заземления является простота монтажа. Заключается он в присоединении экрана к контуру заземления — нет необходимости в использовании каких-либо дополнительных средств или оборудования. Данная схема заземления предполагает, что экран кабеля имеет потенциал земли, а значит, в замкнутом контуре возникает ток. Это ведет к существенным потерям мощности и ухудшению температурного режима кабеля, что, в свою очередь, может стать следствием снижения его срока эксплуатации.

При одностороннем заземлении к заземляющему устройству подключается только один конец экрана. В этом случае отсутствует путь для протекания токов, что не вызывает существенных потерь мощности. Незначительные потери могут наблюдаться из-за возникновения вихревых токов, но они не определяют температурный режим и, как следствие, не снижают срок службы кабеля.

Однако схема одностороннего заземления экранированного кабеля требует учитывать следующие факторы:

•    Возникновение импульсных перенапряжений может стать причиной снижения эффективности оболочки кабеля. Если значение перенапряжения превысит электрическую прочность оболочки, в конструкцию кабеля может просочиться влага (при подземной прокладке, а также для кабелей без герметизации).•    Данная схема заземления, как правило, требует использования дополнительного оборудования, включая концевые муфты с изолированным экраном, защитные аппараты, устанавливаемые на незаземленном конце кабельного экрана. Все это потребует дополнительные финансовых и трудозатрат при построении системы заземления.•    Существует риск возникновения на незаземленном конце экрана наведенного потенциала (пропорционален току в жиле кабеля), что может стать причиной поражения током обслуживающего персонала.

Таким образом, одностороннее заземление требует использования спецоборудования и принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности работы кабельной линии, что увеличивает стоимость монтажных работ и последующего обслуживания.

Если экранированный кабель имеет броню, тогда оба этих компонента должны быть объединены в единую цепь, а затем подключены к корпусам соединительных муфт. На кабелях напряжением от 6 кВ и более с оболочкой из алюминия подключение оболочки и брони к земле производится при использовании отдельных проводников (сечения проводников подбирается по требованиям, приведенным в разделах 1.7.76–1.7.78 ПУЭ).

При использовании на опоре конструкции комплекта разрядников броня, экран и соединительная муфта подключаются к заземляющему устройству разрядника. В данном случае не допускается заземление лишь металлической оболочки.

Как заземлить экранированный кабель управления

Заземление контрольных экранированных кабелей и кабелей связи производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. В отличие от силовых, контрольные кабели и кабели связи также служат и для передачи информации или аналоговых сигналов. Величина электромагнитных помех может достигать несколько киловольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя.

Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм.

Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.

Как заземлить экранированный кабель оптический

Согласно РД 45.155 заземление оптических кабелей (ОК) должно осуществляться на вводах в стационарные сооружения, необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и любые технические помещения, в которых устанавливаются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП). Заземлению подлежат металлические элементы кабеля — броня, металлическая оболочка и/или трос (зависит от конструкции кабеля).

Металлические компоненты ОК подключаются на заземляющие устройства отдельными проводами сечением не менее 4 мм2. В качестве устройств заземления используются специальные заземляющие щитки, устанавливаемые в технических помещениях. При отсутствии щитков допускается заземление металлических компонентов кабеля на специальные заземляющие клеммы оконечных оптических устройств (коммутаторы, серверы и т. п.).

Компания «Кабель.РФ» является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку экранированного кабеля по выгодным ценам.

 

cable.ru

Кабели 6–10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. Требования к прокладке. — Прочее — Статьи — Материалы

В настоящее время в электрические сети среднего напряжения различного назначения всё шире внедряются силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE, СПЭ). Применение в кабелях такой изоляции имеет определенные преимущества по сравнению с бумажно-пропитанной изоляцией. К этим преимуществам следует прежде всего отнести более высокие значения пропускной способности, сниженные себестоимость изделия и эксплуатационные затраты.

Немаловажным преимуществом является также и отсутствие жидких компонентов в конструкции кабелей, что не накладывает дополнительных требований по перепаду высот вдоль трассы их прокладки.

Надежная эксплуатация этих кабелей зависит в том числе и от условий их прокладки. Именно способы прокладки в большой мере определяют тепловой режим эксплуатации кабелей, а, следовательно, и надежность как самого кабеля, так и электропитания потребителей.

Вместе с тем проектирующими организациями уделяется недостаточное внимание условиям прокладки кабелей с изоляцией из СПЭ, что в ряде случаев приводит к перегреву и даже к возгоранию кабелей в нормальном эксплуатационном режиме. Этот вопрос рассматривают ученые из Новосибирска.

Кира Кадомская, д.т.н., профессорЮрий Лавров, к.т.н.Семен Кандаков, магистрантНовосибирский государственный технический университет

Наиболее распространенными в сетях 6–10 кВ в настоящее время являются кабели с СПЭ-изоляцией (более часто их называют кабелями с пластмассовой изоляцией (КПИ)) в однофазном исполнении (рис. 1).

Такое исполнение конструкции кабеля обусловлено требуемыми большими строительными длинами, легкостью монтажа, а также возможностью выполнения кабелей с большими номинальными сечениями жилы. Однофазная конструкция КПИ накладывает определенные ограничения на способы их прокладки в отличие от кабелей традиционных трехфазных конструкций с бумажно-пропитанной изоляцией. Например, в [1] оговариваются допустимые температурные условия эксплуатации кабеля при различных способах его прокладки, а в [2,3] подчеркиваются особенности прокладки КПИ в местах, требующих их механической защиты с помощью труб: при пересечении инженерных сооружений, естественных препятствий и т.п.

Невыполнение регламента прокладки КПИ в этих случаях может привести по крайней мере к двум негативным явлениям: к термическому разрушению кабеля при его эксплуатации в номинальном режиме либо локальному снижению электрической прочности СПЭ-изоляции на участке кабеля, заключенного в трубу. Деградация CПЭ-изоляции при комбинированном воздействии электрического и теплового полей больше сказывается на снижении электрической прочности СПЭ при высокочастотных импульсных перенапряжениях, которые, например, могут инициировать вакуумные выключатели. Таким образом, неправильное проектирование прокладки КПИ однофазного исполнения на «особых участках» может с течением времени спровоцировать аварийную ситуацию, связанную с тепловым разрушением кабеля или его электрическим пробоем.

О тепловом режиме эксплуатации кабелей

Перегрев кабеля может быть вызван выделением тепла как внутри конструкции кабеля, так и в окружающем его пространстве. Источником теплового поля внутри и снаружи кабеля являются электрические токи, протекающие по всем металлическим элементам конструкции: по жиле кабеля и экрану из медных проволок.

Следует отметить, что в ряде проектов на определенных участках кабельной трассы (зачастую под дорогами) предполагается пофазная прокладка кабелей в металлических трубах. При такой прокладке дополнительным источником тепла являются токи Фуко, протекающие по металлической трубе. Так как длина защитных стальных труб обычно на порядок и более меньше общей длины кабельной линии, то при расчете токов в экранах можно с большой степенью точности пренебречь наличием стальной трубы. Проведенные расчеты подтвердили это предположение (рис. 2).

Рис. 1Конструкция кабеля с СПЭ-изоляцией однофазного исполнения

Рис. 2Направления токов в металлических элементах конструкции при пофазной прокладке кабеля в трубе

Токи в экранах кабелей в общем случае прокладки трех фаз кабеля

Рассмотрим общий случай прокладки трех фаз кабельной линии, экраны которых заземляются по концам его строительных участков (рис. 3). Расчеты производились как с помощью аналитической методики, основанной на анализе электромагнитного поля в соответствующих электрических схемах, так и на основе численного анализа поля с помощью векторного метода конечных элементов (ВМКЭ). При использовании численного метода использовалось понятие векторного магнитного потенциала, описывающего распределение магнитного поля в проводящей среде и в диэлектрике.

На рис. 4 приведены зависимости отношений токов в экранах к токам в жилах от расстояния между фазами кабеля при горизонтальной прокладке трех фаз в грунте. Рассмотрен кабель 10 кВ фирмы Nexans с изоляцией из сшитого полиэтилена типа N2XSY10 1•500. Токопроводящая жила и экран выполнены из меди. Сечение токопроводящей жилы 500 мм2, сечение экрана 35 мм2, номинальный ток при прокладке в земле 745 А, толщина изоляции по жиле – 4 мм, толщина ПВХ оболочки – 2,5 мм. Внешний диаметр кабеля – 45 мм. Заглубление центров фаз кабелей – 0,7 м.

Этот и аналогичные расчеты показали, что токи в экранах кабелей однофазного исполнения могут составлять значительную величину – начиная с 10–15% от тока в жиле при расположении фаз кабеля в непосредственной близости друг от друга и до 40–50% при значительном удалении фаз. Следовательно, при пофазной прокладке фаз в стальной трубе токи в экранах являются существенным дополнительным источником тепла.

Рис. 3Заземление экранов по концам строительного участка КЛ

Рис. 4Зависимость отношения токов в экранах к токам в жилах от расстояния между центрами фаз

Тепловыделение в стальной трубе

Произведенные расчеты показали, что при прокладке стальной трубы в грунте вихревые токи вследствие существенно большей проводимости трубы, выполненной из конструкционной стали (107См/м), замыкаются лишь по самой трубе. Тепловыделение в ней, определенное с помощью численного расчета теплового поля от вихревых токов при прокладке фазы кабеля с параметрами, указанными выше, и номинальном токе в нем составило 129 Вт/м.

Распределение температуры в плоскости сечения кабеля, проложенного в стальной трубе

При решении уравнения теплопроводности в рассматриваемой системе (однофазный кабель в трубе) были приняты следующие правомочные допущения:

• поверхность земли принята изотермической при заданной температуре,
• на границе расчетной области тепловой поток принят равным нолю,
• на границах сред с различными значениями коэффициента теплопроводности принималось условие непрерывности температурного поля (T1 = T2) .

При проведении расчетов учитывались температурные зависимости теплофизической теплопроводности воздуха и электропроводности медной жилы и экрана. Распределение температуры в плоскости сечения конструкции приведено на рис. 5.

Рис. 5Распределение температуры в плоскости сечения фазы кабеля, проложенной в металлической трубе

Рис. 6Последствие прокладки фазы кабеля с пластмассовой изоляци- ей в стальной трубе

Рис. 7Температурное поле в сечении конструкции при прокладке трех фаз кабеля в стальной трубе

Из рисунка видно, что температура жилы в рассматриваемой конструкции составляет величину порядка 150ОС, что значительно выше длительно допустимой температуры нагрева изоляции из сшитого полиэтилена (90ºС).

Правомочность приведенных результатов подтверждается непосредственными измерениями температуры трубы при повреждении кабеля длиной 110 м, связывающего генераторы теплоэлектростанции с КРУ (длина стальных труб с проложенными под дорогой пофазно кабелями составляла 13 м). При этих измерениях температура стальной трубы оказалась равной 140–145ОС. На рис. 6 приведена фотография поврежденной фазы кабеля.

Избежать повреждения кабеля, проложенного пофазно в стальной трубе, можно, нагрузив его не более чем на 50–60% от номинального тока. Очевидно, что такая недогрузка кабелей вряд ли допустима.

Одной из возможных мер уменьшения рабочей температуры кабелей при прокладке их в стальных трубах является расположение всех трех фаз вплотную в вершинах правильного треугольника в общей стальной трубе.

Распределение температурного поля при прокладке трех фаз, расположенных в стальной трубе в вершинах правильного треугольника, приведено на рис. 7. Из рисунка видно, что при такой прокладке температура наиболее нагретой жилы составила 85ОC, что не превышает допустимого значения.

Можно заметить, что в наихудших условиях с точки зрения температуры находится верхняя фаза (фаза А на рис. 7), так как через неё проходит тепловой поток от нижних фаз.

Заключение

1. Пофазная прокладка кабелей среднего напряжения в стальных трубах недопустима из-за появления дополнительного источника тепла в виде вихревых токов в стальной трубе, что приводит к повышению температуры в конструкции, существенно превышающей допустимую.
2. Снизить тепловыделение в стальной трубе можно путем прокладки трех фаз однофазных кабелей вплотную, в вершинах правильного треугольника в общей стальной трубе. Тепловыделение в трубе при этом становится соизмеримым с тепловыделением в жиле и экране кабеля, а максимальная рабочая температура не превышает предельно допустимых значений.
3. Если это не требуется по условиям механической прочности, то следует по возможности избегать прокладки кабелей в трубах из ферромагнитных материалов, а применять отрезки неметаллических труб (например, асбоцементные, керамические, пластмассовые или из иного немагнитного материала).

Литература

1. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ. Технические условия. ТУ 16.К71-335-2004. (ОАО ВНИИКП).
2. Инструкция по прокладке кабелей силовых с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ. RUKAB/ID 23-2-019 (ABB Москабель).
3. Инструкция. Прокладка силовых кабелей на напряжение 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. ИМ СК-20-03 (Камкабель).

Источник информации:ж. «Новости электротехники», № 6(36), 2005 г.

Источник: http://www.news.elteh.ru

energybk.ucoz.ru

Экранирование проводов | Assa59.ru

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: [email protected]
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.

Поделиться с друзьями:

Твитнуть

Поделиться

Поделиться

Отправить

Класснуть

Экранирование проводов Ссылка на основную публикацию

Особенности прокладки монтажного кабеля

Групповая прокладка силовых и измерительных кабельных трасс требует соблюдения целого ряда условий. Нередко магнитные поля, образующиеся в зоне укладки кабеля, оказывают взаимно негативное влияние на приборы и устройства. В результате, их показания отличаются значительной погрешностью, а рабочий ресурс расходуется быстрее, чем предусмотрено производителем. Решением проблемы может стать использование экранированного кабеля, с применением которого можно выполнять внутриприборный или межблочный монтаж и подключение электротехнических устройств. Структура такого провода учитывает возможное влияние сторонних электромагнитных полей и обеспечивает максимальную защиту приборов от их негативных последствий.

Особенности монтажа экранированного кабеля

Согласно требованиям стандартов, монтаж силовых кабелей в системах электроснабжения, контроля, управления и оповещения осуществляется внутри специальных металлических коробов, кабельных эстакад, каналов и туннелей, а также — в толще конструктивных элементов зданий и сооружений или двойных полов. Это позволяет исключить взаимное негативное воздействие электромагнитных полей и обеспечить бесперебойную работу чувствительных приборов и устройств. Если же возникает производственная или конструктивная необходимость добиться максимальной защиты от электромагнитных помех, рекомендуется использовать экранированный кабель. Его монтаж необходимо выполнять в точном соответствии с требованиями действующих стандартов — как в толще грунта, так и в местах выхода на поверхность.
Заземление экранированного кабеля
Экран в кабеле — тонкий металлический слой, выступающий преградой для электромагнитного излучения. Экранированный слой призван исключить влияние электромагнитных полей на проводящую способность провода и качество работы подключенных устройств. Полноценная реализация данных функций для силовых, контрольно-измерительных или управляющих сетей возможна только при условии обеспечения низкоомного заземления кабеля, а именно:

• точный подбор заземляющего проводника с требуемым уровнем сопротивления.
• надежность соединения заземляющего узла с оборудованием.
• грамотный монтаж экранированного кабеля.

Важное условие заземления — его выполнение в одном месте. Это позволит исключить возникновение так называемых паразитных шумов и разности потенциалов между двумя точками подключения, что увеличивает риск короткого замыкания.

Монтаж структурированных систем связи

В ходе монтажа СКС необходимо учитывать возможные помехи, создаваемые электротехническим и радиопередающим оборудованием, генераторами и подстанциями. Оптимальным решением в данном случае будет применение кабеля «витая пара», который подключается к оборудованию с помощью разъемов типа RJ-45 (PLUG-8P8C-U-C5-SH). Исключить влияние на него паразитных электромагнитных излучений позволяет грамотно выполненное заземление. Кроме того, снизить взаимное негативное воздействие на кабели в групповой прокладке позволяет некоторое между проводами.

Задать дополнительные вопросы по монтажу экранированного кабеля можно нашим специалистам по телефону 8 800 505 09 65.

Защита от электромагнитных помех в сервостистемах

Правильный выбор экранированных кабелей является одним из самых важных шагов при создании надежных и точных сервосистем

Кабели выпускаются с различной экранировкой и типами проводов

Экранировка кабелей защищает сигналы в жилах от внешних источников электромагнитных помех, а также уменьшает излучение самого кабеля, которое может оказывать влияние на оборудование и проводку рядом с кабелем.

 

Типы электромагнитных помех

Чтобы понять принципы экранирования, необходимо сначала понять принципы передачи электромагнитных помех через соединения, так как экранировка, предназначенная для одних типов соединений, может оказаться совершенно неэффективной для других. Более того, неправильная привязка (заземление) экрана может привести даже к худшим результатам, чем отсутствие самой экранировки. Четыре типа помех в цепях могут привести к ухудшению качества сигнала:

• емкостные помехи;
• индуктивные (магнитные) помехи;
• внутренние помехи;
• излучательные помехи.

Емкостные помехи обычно доставляют меньше всего проблем и легче всего подавляются. Тем не менее, они могут приводить к искажению высокочастотных сигналов в проводниках с большим выходным сопротивлением. Характеристики: высокочастотные флуктуации напряжения, не связанные с изменением тока. Их можно заметить на осциллографе с обыкновенным заземлением. С точки зрения математических формул эти помехи можно отделить от излучательных помех. Способы подавления: использовать кабели с заземленной экранировкой. Заземление особенно важно, поскольку кабель находится в емкостной связи с экраном.

Индуктивные (магнитные) помехи возникают в результате воздействия сильного магнитного поля, действующего по принципу генератора. Это может привести к возникновению тока в проводнике с относительно низким импедансом и нарушить процесс передачи сигнала. Электромагнитные помехи данного типа и вызванные ими реакции в системе могут оказаться достаточно мощными для включения или отключения приборов. Характеристики: в индуктивных (магнитных) помехах отсутствует постоянная составляющая, частоты могут варьироваться от самых низких до самых высоких в пределах измерения (> 500 МГц). С математической точки зрения индукционные помехи описываются так же, как и емкостные. Способы подавления: как правило, эффективной оказывается витая пара с заземленной экранирующей оплеткой. Экранировка такого типа подавляет помехи от источников и приемников, снижая как излучение, так и поглощение индуктивных помех благодаря непосредственной близости проводников к заземленной оплетке. Индуктивные помехи пойдут по пути наименьшего индуктивного сопротивления, так что оплетка поглотит их до того, как они смогут достигнуть кабелей. Экранировка фольгой не столь эффективна из-за магнитных вихревых токов.

Внутренние помехи — помехи, возникающие при непосредственном подключении источника шума к системе, например, когда источник питания создает импульсные помехи на линии переменного тока. Характеристики: внутренние помехи могут иметь ненулевую постоянную составляющую. Сдвиг постоянной составляющей — один из признаков типа соединения. Помехи могут оказаться низкочастотным (например, шум 50 Гц) и не будут описываться законами импеданса (кроме ограничения по мощности). Способы подавления: от внутренних помех нужно избавляться при помощи изоляции, фильтрации или других методов согласования импедансов. Экранировка неэффективна при подавлении, но, по крайней мере, поможет не допустить выход помехи за пределы системы. Сильные внутренние импульсные помехи в неэкранированной системе могут стать индуктивными.

Стандарт NEC (National Electrical Code) Национальная ассоциация по противопожарной защите опубликовала стандарт NEC (National Electrical Code), по которому все кабели разделяются на две группы. К группе кабелей для проводки в зданиях относятся кабели, используемые в стационарных сооружениях, где они не подвержены деформации и обычно укладываются в каналах за стенами или в других местах, недоступных для визуального осмотра. Ко второй группе относятся гибкие шнуры и кабели. Эти кабели предназначены для соединения электроприборов, которые могут перемещаться друг относительно друга. В область их применения входит промышленное и транспортно-загрузочное оборудование, станки и другие системы, содержащие движущиеся части с электрическими кабелями. Неотъемлемые части кабеля — проводник, изоляция, экранировка и оболочка — должны быть качественно изготовлены, чтобы соответствовать заявленному сроку службы в наихудших с точки зрения изгибов и деформаций условиях. Однако относящиеся ко второму типу кабели обычно не рекомендуют применять в стационарных системах, поскольку они не предназначены для укладки в каналах и в других изолированных местах и не проходили соответствующего тестирования. Эти кабели, как правило, находятся в прямой видимости — поврежденный кабель легко обнаружить и заменить.

Излучательные помехи — наиболее сложный тип помех, имеющий ряд важных для понимания специфических ограничений, связанных с частотами. Характеристики: как правило, прибор должен находиться на расстоянии 1/2 (длина волны) от источника излучения и иметь «антенну» длиной, как минимум, /20. В этом случае источник помех будет располагаться вне прибора. Способы подавления: экранировки фольгой недостаточно. Экранировка оплеткой может быть эффективной, хотя ее применение в случае излучательных помех сопряжено с дополнительными требованиями. Во-первых, экран не должен прерываться внутри экранируемых цепей. Обязательна полная экранировка со всех направлений. В случае очень высоких частот небольшие отверстия или дорожки, которые обычно допустимы, могут давать существенный вклад в импеданс. Даже безобидное отверстие, через которое проходит кабель, может стать местом проникновения излучательных помех. Тот, кто знаком со стерео-радиоприемниками, знает правильный способ экранировки и может указать контуры и конденсаторы, подверженные влиянию излучательных помех.

При изгибе и скручивании кабелей сильно сокращается срок их службы. При необходимости сделайте крепление, обеспечивающее продольное смещение кабеля

 

Выбор типа кабеля

Выбор подходящего типа экранированного кабеля под конкретную задачу и частотную область — основной пункт в обеспечении сохранности низкоуровневых сигналов в цепях управления, точного и надежного позиционирования сервосистемы. Кроме того, применяемые в контурах управления высокой мощности экранированные кабели гарантируют, что приводная система не влияет на окружающее оборудование. Например, правильно подключенный экран может предотвратить шумовой ток через заземление (его иногда называют помехой общего вида). Экранировка при помощи оплетки, спиральной обмотки и фольги обеспечивает путь с наименьшим импедансом для низко- и высокочастотного шумового тока, возвращая его обратно на двигатель. Основное назначение экранировки состоит в подавлении радиоизлучения. Часть энергии помех, достигающая экрана кабеля, отражается, часть перенаправляется по экрану с низким импедансом, но оставшаяся часть энергии шума проникает за экран и искажает низкоуровневые сигналы в близлежащих цепях. Задача состоит в выборе наиболее эффективной экранировки, сводящей к минимуму проникновение помех. Силовые кабели серводвигателей и линии обратной связи подвержены влиянию как собственного радиоизлучения, так и влиянию внешних электромагнитных помех. В дополнение к помехам, создаваемым расположенным рядом оборудованием и кабелями приводной сервосистемы, сами двигатели генерируют основную часть электрического шума. Чтобы свести его к минимуму, кабели контуров обратной связи, аналоговые, цифровые и другие низковольтные цепи экранируются, чтобы подавить как поглощаемые, так и излучаемые электромагнитные помехи. Витые пары также часто экранируются, что позволяет снизить перекрестные помехи. Скрутка сигнального и заземляющего провода снижает излучение, а экранировка полученной витой пары создает еще один уровень защиты и подавляет перекрестные помехи между внешними цепями и жилами в кабеле. Наружная экранировка защищает цепь от внешних электромагнитных помех и снижает излучение самого кабеля. Силовые кабели сервосистем создают мощное электромагнитное излучение из-за очень быстрого включения и выключения тока двигателя. Из-за резкого изменения тока возникают существенные высокочастотные помехи емкостного и индуктивного типа, излучаемые силовым кабелем. Экранировка силовых кабелей снижает уровень излучения, а также защищает контуры обратной связи и оборудование системы. При выборе правильной экранировки необходимо учитывать множество факторов, включая экранирующий материал. Среди них:

• некоторые кабели имеют общую экранировку, заключающую в себе все проводники одновременно,
• в других кабелях экранируются отдельные проводники или пары,
• кабели, предназначенные для неблагоприятных внешних условий, содержат как индивидуальную, так и общую экранировку.

Двойная экранировка, разделенная слоем изолятора, улучшает защиту от помех, но снижает гибкость кабеля. Например, первый слой экранировки из алюминиевой фольги дает 100% покрытия и защиту от высокочастотных помех. Второй слой из медной оплетки (поверх изоляционного слоя) повышает защиту от низкочастотных помех, существенно добавляет прочности и увеличивает срок службы при изгибе.

 

Три типа экранировки

Кабели с экранировкой из оплетки, спиральной обмотки и фольги подходят для всего диапазона напряжений стандартных сервосистем.

Рекомендации по уменьшению электромагнитных помех в кабельных соединениях Приведем несколько общих рекомендаций по увеличению устойчивости сервосистемы к электромагнитным шумам: Кабели, особенно в контурах обратной связи, не должны быть слишком короткими во избежание сильных изгибов и слишком длинными, так как это приведет к повышению уровня шума, искажающего сигнал. Если кабели двигателей и приводов длиннее, чем необходимо, они излучают больше помех. Кабели должны быть короткими насколько это возможно. Использование отдельных силовых кабелей и кабелей обратной связи снижает перекрестный шум между соединяющими двигатели с приводами сильноточными линиями, цепями с низковольтными сигналами обратной связи и другими аналоговыми и цифровыми линиями. Силовые и сигнальные кабели должны прокладываться, если это возможно, в разных каналах или находиться на расстоянии как минимум 10 см для токов до 20 А, 15 см для токов до 40 А и 20 см для токов до 80 А. Если силовые и сигнальные кабели скрещиваются, их нужно расположить строго перпендикулярно друг к другу. Композитные кабели (силовые линии/обратная связь) позволяют сэкономить место и упростить разводку, но существенно увеличивают вероятность влияния электромагнитных помех от силовых линий на цепь обратной связи. Сигнальные линии качественных композитных кабелей объединены в витые пары с двойной экранировкой. Многие производители серводвигателей поставляют готовые кабели вместе с системой. Эти кабели позволяют сэкономить время и обычно дают гораздо лучший результат по сравнению с кабелями собственного изготовления. При длине кабелей более 25 метров рекомендуется использование общих фильтров на двигателях. Когда применяются фильтры переменного тока питания, входы и выходы должны располагаться отдельно. В аналоговых цепях дифференциальные входы гораздо менее восприимчивы к шуму по сравнению с одноконтактными. Сигналы должны передаваться по экранированным кабелям с заземленной на обоих концах оплеткой. Экраны силовых кабелей также должны быть заземлены со стороны двигателя и привода, чтобы не допустить проникновения помех от обмоток двигателя в цепи. Экранировка кабелей в местах соединения должна быть полной. Не стоит оставлять «хвосты» оплетки для заземления, так как часть проводника остается открытой для электромагнитных помех. Не следует разделять кабели перед колодкой с терминалами. Все металлические части корпусов должны соединяться проводящими шнурами. Чтобы обеспечить хороший контакт, в местах крепления привода на панели следует удалить краску.

Оплетка обычно состоит из сплетенных в сеть медных нитей, покрывающих отдельные проводники, витые пары или все жилы в кабеле одновременно. Доля покрытия определяется плотностью расположения нитей в оплетке и обычно составляет 60-95%. Больший процент покрытия означает лучшую защиту от электромагнитных помех и пониженное радиоизлучение. От диаметра нитей, обычно равного 32 и 40 AWG (прим.: American Wire Gauge (AWG) — используемая в США система стандартов маркировки толщины провода. Чем меньше номер AWG, тем толще провод и ниже его сопротивление), напрямую зависит гибкость оплетки, срок службы при изгибе и степень покрытия. Луженые нити более устойчивы к коррозии, обеспечивают лучший электрический контакт и удобнее при пайке, но не столь гибки, как неизолированные нити того же размера. Гибкие кабели для сервосистем обычно имеют оплетку из очень качественных неизолированных нитей. Сигнальные кабели должны состоять из заключенных в экран из фольги витых пар в общей оплетке.

Спиральная обмотка обеспечивает большую гибкость и время жизни при изгибе, чем оплетка. Она состоит из оголенной или луженой проволоки, закрученной по спирали вокруг проводника. 

Существует оптимальное сочетание механической прочности и степени экранировки кабеля для приложений

Спиральная обмотка лучше всего подходит для низких частот и часто обеспечивает покрытие более 95%. Она применяется в самых гибких и устойчивых к деформациям, например к скручиванию, кабелях, когда экранировка из оплетки и, особенно, из фольги может быть повреждена при скручивании кабеля. Заземление спиральной обмотки усложняется в случае ее замкнутости. Экран из фольги обычно делается из алюминиевой фольги на полиэфирной подложке. Подложка необходима для механической прочности. Алюминий обеспечивает эффективную защиту от высокочастотных помех емкостного типа. Медная проволока используется не так часто и покрывает низший частотный диапазон. Экран из фольги может накладываться на проводник одним из трех способов: фольгой к проводнику, фольгой наружу или с загнутыми в форме буквы Z краями наматываемой полоски фольги. Два первых способа допускают некоторую утечку шума, поскольку в местах наложения фольги и подложки нет прямого проводящего контакта. В то время как изгиб краев в форме буквы Z позволяет добиться полного покрытия проводника, так как при наложении фольга непосредственно соприкасается с фольгой. Дополнительный провод вдоль экрана из фольги обеспечивает надежность заземления.

 

Требования стандартов UL, CSA, CE

Кроме уменьшения или полного подавления помех при работе сервосистем и окружающего оборудования, экранировка может оказаться необходимой для обеспечения соответствия определенным регулирующим стандартам, например CE (стандарты качества и безопасности Европейского союза). Диаметр проводника, тип изоляции и знак качества (если есть) обычно нанесены на изоляцию кабеля вместе с классом по напряжению и температуре. Знаки Лаборатории по технике безопасности США (UL) и Канадского агентства по стандартизации (CSA) подтверждают, что кабель проверен одной или обеими организациями на предмет безопасности использования в соответствии с техническими условиями производителя. Однако это не означает, что кабель отлично экранирован. Стандарт CE устанавливает пределы уровня возникающего в линии шума, но только лишь использование сертифицированного на стандарт CE кабеля не гарантирует, что вся система соответствует стандарту CE. Соответствие стандарту также определяется тем, как используется кабель, так что без тщательного изучения технических характеристик и тестирования на реальной установке не обойтись.

 

Требования к гибкости

Кабели для задач, где главным фактором является гибкость, обычно имеют:

• качественные проводники из медных нитей;
• гибкую изоляцию;
• нескользящие изоляционные компоненты на каждом слое проводника;
• равномерную обмотку связки проводников;
• внутреннюю оболочку между связкой проводников и экраном;
• очень качественную медную экранирующую оплетку;
• экран из фольги со шнуром вокруг линии для обратной связи;
• гибкую внешнюю оболочку.

Экраны гибких кабелей делаются из качественных неизолированных медных нитей, которые очень легко принимают форму связки проводников. Когда кабель сгибается, экран должен скользить вдоль связки проводников с низким трением и не застревать на неодно-родностях, формируемых отдельными проводниками или промежутками между ними. Отсутствие гладкой цилиндрической поверхности под экраном может привести к безвозвратной деформации (скручиванию) кабеля. Между экраном и связкой проводников помещается тонкая внутренняя оболочка, чтобы заполнить промежутки между проводниками и тем самым сформировать гладкую цилиндрическую поверхность, по которой будет хорошо скользить экран. Хорошим способом создания гладкой поверхности под экраном является добавление наполнителей и обмотки из текстильных волокон. Особенность другого процесса изготовления кабелей — штампованная внутренняя оболочка, которая, благодаря своей структуре, поддерживает практически идеальную цилиндрическую форму связки проводников даже во время изгиба. Данный метод требует больше затрат, чем технология с наполнителем и обмоткой, но обеспечивает большую надежность. Экран оплетается или наматывается на внутреннюю оболочку, затем покрывается наружной оболочкой. Относительное смещение составляющих кабеля во время сгиба создает трибоэлектрический шум, что приводит к возникновению статических и пьезоэлектрических помех. В тщательно сконструированных кабелях это явление сведено к минимуму, однако его нужно всегда принимать во внимание. Различные типы деформаций влияют на выбор составляющих кабеля, включая экран. К обычным типам деформации кабелей относятся продольный изгиб, поперечный изгиб и скручивание. В технических характеристиках указывается тип деформации, которая не нанесет кабелю повреждений. Поперечный изгиб — это изгиб или вращение свободного конца закрепленного на шарнире кабеля в разные стороны. Продольный изгиб возникает при фиксации одного конца кабеля и перемещении другого конца вперед и назад. Кабели, предназначенные только для линейных изгибов не должны подвергаться скручиванию. Например, скручивание имеет место в робототехнике, когда рука робота, внутри которой находятся кабели, вращается против и по часовой стрелке. Для таких задач лучше всего подходит экран из спиральной обмотки.

---

Смотрите также сборник «Электромагнитная совместимость в электронике».

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Заземление линий связи — как заземлить кабель

От правильно организованного заземления кабелей связи зависит не только электробезопасность коммуникаций и защита людей от поражения электрическим током, но и обеспечение помехозащищенности самого кабеля. Для того чтобы полностью заземлить линию связи необходимо подключить заземляющие провода ко всем элементам кабеля, обеспечивающим защиту сигнала от помех, а провода от различных механических и электрических воздействий. К этим элементам относятся экраны, металлическая оболочка и броня кабелей.

Кабель КЦПпэпЗ

Кабель КЦПпэпЗ применяют для создания линий телефонной и цифровой связи. Используют его для подключения дистанционного питания, обустройства коммуникационных сетей, систем абонентского уплотнения.

Заказать

Как проводится заземление линий связи

Подключение заземляющих контактов к экранированным и бронированным линиям связи производится в их начале и конце. При превышении кабелем длины 200 м необходимо добавить дополнительные точки подключения. Во время проведения ремонтных работ, связанных с разрывом кабеля, места разрыва обязательно необходимо отдельно заземлить.

В качестве заземляющих проводов чаще всего применяется неизолированный медный кабель. Не рекомендуется использовать этот провод только в случаях его длительного нахождения на открытом воздухе, поскольку он имеет повышенную склонность к окислению при взаимодействии с атмосферным кислородом.

Заземляющий провод крепится к экрану или броне кабеля местной связи при помощи пайки. Если броня телефонного кабеля состоит из нескольких металлических жил, заземление к ней разрешается крепить при помощи болтового соединения или металлического хомута. При этом требуется убедиться, что заземляющий проводник соединяется с каждой жилой.

Кабель КСППт

Кабель КСППт относится к группе связных и используется для обеспечения нормального функционирования телефонных сетей в пределах одного населенного пункта. Используется преимущественно для воздушных линий. Скорость передачи сигнала достигает 2048 кБит/с. Не может быть установлен в нестабильных участках почвы.

Заказать

Как проводится заземление оптического кабеля

Оптические линии связи также нуждаются в обязательном заземлении. Данные кабели необходимо подключать к контуру заземления в местах входа в здания и сооружения, необслуживаемое управляющее оборудование на кабельных магистралях, помещения, по которым проложены оптические кабели. При организации заземления оптоволоконных линий необходимо подключать провода заземления ко всем металлическим элементам: экранирующая оболочка, броня, трос и т.д.

При прокладывании кабелей связи внутри металлических трубопроводов или кабель-каналах, их тоже требуется заземлять в обязательном порядке. Допускается подключение заземления линий связи к специальным клеммам коммутационного и другого оборудования. Но при наличии поблизости электрических щитков рекомендуется подключать заземляющие провода к общедомовому контуру через щиток.

Независимо от вида кабеля при организации заземления линии связи в качестве проводов заземления положено применять кабели с сечением не менее 4 кв. мм.

Проверка кабеля связи

Все кабели местной связи необходимо в обязательном порядке проверять до начала работ по монтажу и после их окончания. Проверке подлежат следующие параметры:

• • Целостность изолирующей оболочки;
• • Наличие замыканий между жилами, экранирующими оболочками;
• • Сопротивление изоляции жил и оболочки.

Герметичность наружной оболочки

Наружная оболочка телефонных и магистральных кабелей связи проверяется на герметичность до укладки проводов в кабель-каналы, траншеи и другие магистрали, а также после завершения работ по установке кабельных муфт. Проверка производится при помощи подачи высокого давления в кабель и наблюдения за показаниями манометров, установленных в контрольных точках

В кабелях связи с металлической изоляцией подключение манометров осуществляется через специальные клапаны, припаянные в местах проведения измерений. Если оболочка в кабелях связи полиэтиленовая, то манометры подключаются через специальные втулки с вентилями. При использовании проводов, в которых пустоты заполнены гидрофобными материалами, измерение целостности изоляции производится при помощи специальных приборов. Данные приборы определяют качество оболочки при помощи измерения ее сопротивления по отношению к «земле».

Кабель ТЗСАБпШп

Кабель ТЗСАБпШп используют для обустройства телефонных линий. С его помощью осуществляют вход, обвязывают узлы систем связи. Телефонный провод применяют для соединений на магистралях различного назначения. Рабочий диапазон — до 252 кГц.

Заказать

Замер сопротивления изоляции

Значения сопротивления проводящих жил в линиях связи должны соответствовать требованиям ГОСТ 15125-92. Измерения так же проводятся при помощи приборов для измерения сопротивления. К таким приборам относятся мегомметры или специальные приборы типа ИРК-ПРО. На результаты замеров могут повлиять длина кабельной линии, влажность и температура воздуха.

Целостность токопроводящих жил и наличие замыканий

Проверка целостности жил проводится до начала монтажных работ и после их окончания. Для проведения измерений необходимо освободить небольшой участок провода от изоляции, при этом, нарушение целостности нитей или лент, которыми жилы скреплены между собой, не допускается. Для определения наличия обрыва линии к одному ее концу подключается генератор сигнала, а жилы с другой стороны закорачиваются между собой. Определение места обрыва определяется при помощи микротелефонной трубки.

Один провод трубки подсоединяется к экранирующей оболочке, а второй к измеряемой жиле. В случае наличия короткого замыкания в динамике трубки слышатся характерные щелчки. Поврежденные жилы помечаются, а результаты измерений заносятся в журнал.

Измерение сопротивления изоляции защитных шлангов, в которых проложены кабели связи, производится при помощи мегомметров или других спецприборов.

Заземляющий экранированный кабель | Монтаж и обслуживание кабелей

В: Мы устанавливаем систему Ethernet в больнице с использованием следующих продуктов Категории 5: 4-парный экранированный кабель с оплеткой, экранированные настенные розетки RJ-45, экранированные патч-панели RJ-45 и патч-корды (Eia / ТИА-568 стандартная спецификация). Хотя сейчас это система Ethernet 10Base-T, в будущем она может вырасти до 100Base-T. Нужно ли заземлять оба конца экранированной витой пары?

Наши поставщики кабеля и RJ-45 говорят, что нам нужно заземлять только на коммутационной панели, а не на розетке.Кроме того, старший инженер компании, которая поставила мой тестер проводов категории 5, согласен с тем, что нам не нужно заземлять оба конца, даже если тестер проводов измеряет целостность экрана.

Однако в европейской директиве Iso / IEC 11801 говорится, что экран должен быть сплошным. Кроме того, в недавних статьях председателя комитета по проекту PN3193 Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) предлагается заземлить кабель с обоих концов.

Какой стандарт использовать? Мы планируем заземлить экран на патч-панели, но нужно ли заземлять его и в розетке?

John Ginty

Siemens

Atlanta, GA

A: Хорошая вещь в бесплатных консультациях «экспертов» состоит в том, что существует так много версий, из которых можно выбирать.Итак, чего бы он ни стоил, вот мой.

Типовая кабельная система состоит из основных соединений, а не каналов. Вы устанавливаете стандартную 100-омную экранированную кабельную систему с витой парой — много базовых звеньев; поэтому вам следует заземлить экран кабеля в телекоммуникационном шкафу (TC). Обычно экран кабеля заземляется через разъем к коммутационной панели. Затем панель заземляется на стойку, которая заземляется на шину заземления телекоммуникаций в ТК. Не заземляйте экран кабеля на выходе из рабочей зоны.

Чтобы установить соединение 10Base-T в определенной рабочей зоне в 100-омной экранированной кабельной системе с витой парой, техническому специалисту потребуется концентратор и назначение портов, экранированный кабель для оборудования с витой парой, базовая экранированная витая пара. , экранированный кабель с витой парой для рабочей области и контроллер сетевого интерфейса (NIC) в компьютере рабочей области с экранированным разъемом, который заземлен на корпус оборудования и заземление корпуса. Это соответствует двухточечному заземлению, которое Нед Сигмон из AMP Inc.(Гаррисбург, Пенсильвания) и председатель TIA PN3193, упомянутый в апрельском выпуске журнала Cabling Installation & Maintenance за 1996 год (см. «Экранированные 100-омные кабели получают признание в высокоскоростных сетях», стр. 37). Если бы экран кабеля на выходе из рабочей зоны был также заземлен, у вас было бы три точки заземления.

Iso / iec 11801, раздел 10.1, утверждает, что «экранирование должно быть непрерывным для всего канала». Это означает, что кабель оборудования от концентратора к коммутационной панели, разъем на коммутационной панели, кабель с окончанием на коммутационной панели и на разъеме в рабочей зоне, кабель рабочей зоны от разъема до сетевой карты в компьютер, и разъем на сетевой карте должны быть экранированы.

ISO / IEC 11801, раздел 10.2, гласит, что «все экраны кабелей должны быть соединены на каждом ТС. Обычно экраны прикрепляются к стойкам оборудования, которые, в свою очередь, соединяются с землей здания». О разъеме в рабочей области не упоминается.

Также обратите внимание, что для того, чтобы ваш полевой тестер мог выполнить проверку целостности экрана, тестер должен иметь экранированный разъем и экранированные тестовые шнуры.

(См. Также «Спросите Донну», июнь 1996 г., стр. 57, относительно взаимозаменяемости продуктов производителей.Пока не будет опубликован бюллетень TIA Telecommunication Systems Bulletin [(TSB)] и производители не начнут поставлять соответствующие продукты, у вас мало уверенности в том, что разъем от производителя A и вилка от производителя B обеспечат целостность экрана.)

Как использовать экранированный кабель для улучшить свой интерактивный проект — неизолированный провод

Увеличьте производительность и надежность сенсора с помощью экранированного кабеля

В большинстве кабелей пластик или изоляционный материал покрывают центральный провод, защищая его механически, но не от электрических помех.В экранированных кабелях дополнительный слой металлического экрана окружает проводящий провод или провода внутри. Как следует из названия, экранированные кабели сводят к минимуму помехи и снижают чувствительность кабелей. Разница между экранированным и неэкранированным кабелями может повлиять на надежность амбициозного проекта Touch Board, такого как большая интерактивная стена.

Наш интерактивный настенный комплект включает специально разработанное оборудование и тщательно отобранные кабели для обеспечения максимальной производительности датчика. Но можно получить многие из преимуществ интерактивного настенного комплекта с сенсорной панелью и имеющимся в продаже экранированным кабелем, если вы готовы поработать.

В этом руководстве мы объясняем, как припаять экранированный кабель к сенсорной плате, поэтому для использования этого кабеля у вас должна быть возможность пайки. Интерактивный настенный комплект использует экранированный кабель через порт AUX в качестве соединения Plug and Play.

Прежде чем мы перейдем к руководству, давайте подробнее рассмотрим, почему экранированный кабель обеспечивает более стабильную и надежную установку.

Например, давайте представим, что сенсорная панель подключается к окрашенной краской Electric Paint с помощью длинного провода с зажимом типа «крокодил».Как неэкранированный кабель, провод зажима типа «крокодил» не защищен ничем, кроме изоляционной пластмассовой оболочки. Эта пластиковая оболочка защищает провод от царапин и коррозии, но не от помех, создаваемых электрическими полями. Это может создать проблему в некоторых проектах, поскольку Touch Board использует емкостное зондирование для преобразования подушек Electric Paint в датчики.

Емкостное зондирование основано на создании тщательно контролируемого электрического поля. Если вы используете провод с зажимом типа «крокодил» для соединения между сенсорной панелью и вашей Electric Paint, как в нашем примере здесь, сам провод становится частью датчика.Без электрического экранирования провод создает электрическое поле, с которым вы можете взаимодействовать. Короче говоря, прикосновение к проводу зажима типа «крокодил» может вызвать событие на сенсорной панели Touch Board. Наверное, не то, что вы хотите. Так что же делать, если вы хотите протянуть длинный провод между сенсорной платой и площадкой для рисования Electric Paint? Здесь на помощь приходит экранированный кабель. Экранированный кабель будет фокусировать сигнал вашего датчика только на подушке Electric Paint, делая провод непроницаемым для ложных срабатываний от прикосновений или другого электрического оборудования.Экранированный кабель препятствует этому, создавая барьер, отделяющий электрическое поле, окружающее центральный провод, от всего, что находится снаружи. Давайте посмотрим, как встроить эту полезную функцию в проект.

Вам понадобится:

1 сенсорная плата
—
1 длина экранированного кабеля
1 паяльник и припой

Шаг 1 Выберите, какой экранированный кабель использовать

В экранированном кабеле используются два различных типа экрана кабеля: экран из фольги (экран из фольги) и экран в оплетке (экран в оплетке).На этом рисунке левый кабель использует фольгу, а правый кабель — оплетку. Для наших целей они оба одинаково хорошо защищают, и любой из них должен хорошо работать для вашего проекта.

Внутри экранированного кабеля есть по крайней мере один изолированный провод — например, у фольгового кабеля справа их три. В зависимости от того, сколько электродов вы хотите подключить к сенсорной плате, каждый из этих проводов должен быть припаян или прикреплен к сенсорной плате.

Если вы присмотритесь, вы также можете увидеть неизолированный провод, торчащий из каждого кабеля.Они отмечены белой стрелкой. Это дренажное соединение с экраном, которое позволяет заземлить фольгу или оплетку. Не каждый экранированный кабель имеет дренажный провод, поэтому убедитесь, что он есть. Как правило, лучше работают экранированные кабели с более толстым внутренним проводником с сопротивлением около 30 миллиом на метр. Поиск экранированного кабеля может быть трудным, потому что иногда спецификации и конструкция недостаточно хорошо описаны. Наш лучший совет — приобрести несколько образцов длины у дистрибьютора электроники или оборудования и провести несколько тестов, прежде чем переходить к большому количеству образцов для вашего проекта.

Шаг 2 Припаиваем экранированный кабель

Самый важный шаг — заземлить заземляющий провод экранированного кабеля. Припаяйте заземляющий провод к земле Proto Shield. Вставьте провод в винтовой зажим и прикрутите его.

На другом конце кабеля вам нужно прикрепить провод в любом месте, где вы хотите, чтобы он подсоединялся, например, к зажиму типа «крокодил». Важно: не припаивайте дренажный провод к этому концу кабеля.После того, как вы припаяли провод заземления и подключили датчик, включите сенсорную плату. Сенсорная панель Electric Paint должна по-прежнему работать, а прикосновение к кабелю не должно вызывать реакции сенсорной панели.

Шаг 3 Интеграция экранированного кабеля в ваш проект

Когда вы начнете добавлять экранированный кабель в свой проект, вы должны запомнить несколько практических правил. Экран увеличивает емкость кабеля, что снижает чувствительность и уменьшает сигнал.Чем длиннее кабель, тем хуже этот эффект. Если вы пытаетесь обнаружить близость на конце экранированного кабеля, это будет очень сложно. Как правило, от трех до пяти метров — это самый экранированный кабель, который вы, вероятно, сможете использовать для сенсорных приложений.

Вы можете протестировать этот эффект и настроить свой проект с помощью нашего инструмента Grapher. Используйте Grapher, чтобы визуализировать датчик. Обязательно посмотрите это руководство, чтобы узнать, как его настроить. Затем вы также можете изменить чувствительность платы, чтобы максимально увеличить производительность с помощью экранированного кабеля.Но помните, что снижение пороговых значений вызывает помехи сигнала. Ключ к созданию успешной установки с помощью этих советов — экспериментировать и помнить, что все является компромиссом. Если вы ищете более надежный метод, мы рекомендуем использовать интерактивный настенный комплект.

вещей, которые вы, возможно, не слышали об экранировании

От чего зависит, насколько эффективным будет экран кабеля? И как решение заземлять или не заземлять щит влияет на его эффективность? К счастью, существует хорошо разработанная теория экранирования, которая будет обсуждаться как способ получить общее представление о том, чего можно ожидать от характеристик экранирования.Но это еще не все. Как мы увидим, способ подключения щита может существенно повлиять на его эффективность.

Теория защиты

Модель физического окружения

Теория экранирования начинается с модели физического окружения щита. Модель предполагает, что кабель имеет оболочку, так что экран не соприкасается с заземляющей пластиной где-либо, кроме, возможно, концов. В этом случае линия передачи формируется любой существующей землей и внешней стороной экрана.Точно так же внутренняя часть экрана и заключенные в него проводники также образуют линию передачи. Таким образом, мы имеем две линии передачи, соединенные утечкой через экран (см. Рисунок 1).

Рисунок 1: Базовая модель физической среды

Соединение внутренней и внешней линий передачи характеризуется механизмом, называемым поверхностным передаточным сопротивлением, Z _t . В большинстве установок экран и, следовательно, внешняя линия передачи закорочены на землю либо на обоих концах, либо на одном конце, схематично показанном на Рисунке 2, посредством включения или выключения переключателя SW соответственно.

Рисунок 2: Модель физической среды, включая оконечные устройства

Внутренние проводники на концах имеют определенный импеданс, который при проведении измерений обычно представляет собой разомкнутую, короткую или согласованную нагрузку.

Модель электрического окружения

Если экран заделан на обоих концах, ток может течь по внешней стороне экрана. Этот ток может быть вызван либо контурами заземления, вызванными заземлением на концах кабеля, имеющими разные потенциалы (V _d ), либо индукцией от внешних полей, либо и тем, и другим.В любом случае ток внешнего экрана передается во внутренние цепи через поверхностный передаточный импеданс Z _t .

Если экран заканчивается только на одном конце, контур заземления разрывается. Ток ограничен тем, что индуцируется протеканием через распределенную емкость между внешней стороной экрана и поверхностью заземления (см. Рисунок 3).

Рисунок 3: Модель кабеля с заделкой только на одном конце

Наведенный ток может быть небольшим, и в этом случае важной величиной является распределение напряжения по кабелю.Напряжение равно нулю там, где заканчивается кабель, но может быть высоким на открытом конце для частот, где длина волны кабеля превышает одну десятую длины волны, потому что в этот момент он становится очень эффективной антенной.

На открытом конце существует емкостная связь между экраном и проводниками кабеля из-за окаймляющей емкости C _f (см. Рисунок 4). Поскольку напряжение на этой емкости может быть высоким, через граничную емкость в проводники кабеля может подаваться значительный ток.

Рисунок 4: Базовая схема соединения, когда один конец экрана разомкнут

До сих пор мы рассматривали модель физической и электрической среды щита. Теперь нам нужно рассмотреть характеристики конструкции щита и то, как это влияет на характеристики щита.

Полное сопротивление передачи поверхности

Для начала рассмотрим кабель, заземленный с обоих концов. Чтобы увидеть, как работает кабель, заземленный таким образом, нам нужно обсудить поверхностное передаточное сопротивление.Проще говоря, поверхностный передаточный импеданс связывает напряжение, развиваемое в цепях внутри экранированного кабеля, с токами, протекающими по внешней стороне кабеля. Таким образом, на фиг. 2 с замкнутым переключателем ток I _{, экран} на внешней стороне экрана, через Z _t приводит к возникновению V ₁ и V ₂ на проводниках внутри экрана.

Так как же определить, что такое Z _t ? Что ж, мы можем это измерить или посчитать. Маршрут измерения описан в [3], а пример будет показан позже.Маршрут расчета стоит обсудить, потому что он дает представление о задействованной физике.

Ранее мы говорили, что экран кабеля и заземляющий слой образуют линию передачи. Мы не можем много сказать об общем случае этого, поэтому для простоты мы рассмотрим коаксиальный кабель с обернутым вокруг него заземляющим слоем, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Базовая конфигурация для расчета Z _t

В этом случае экран и земля образуют коаксиальный кабель (так что у нас есть коаксиальный кабель внутри коаксиального кабеля, часто называемый триаксиальным).Эта конфигурация может быть реализована на практике для экранированного кабеля с оболочкой, натянув оплетку на оболочку; что часто делается для измерения Z _t , как описано в [4].

Теперь предположим, что ток течет по внешней стороне экрана. Согласно уравнениям Максвелла, этот ток будет генерировать бегущую волну с электрическим и магнитным полями, как показано на рисунке 6. Если проводники не имеют сопротивления, E-поле (E _r ) является радиальным, а H-поле ( H _Θ ) по окружности (режим ТЕА, с которым некоторые из вас могут быть знакомы).Однако, поскольку экран имеет некоторое сопротивление, произведение тока, протекающего по экрану, и сопротивления экрана будет генерировать E-поле E _Z в направлении Z, так что результирующее E-поле больше не будет радиальным, а « с наклоном », как показано на Рисунке 7.

Рисунок 6: Показывает поля бегущей волны

Рисунок 7: Ориентация полей для вычисления Z _t

Поскольку экран имеет конечное сопротивление, поле E _Z не исчезает в экране, а имеет сильно убывающее значение в зависимости от глубины проникновения (связанное с концепцией «глубины скин-слоя»), схематически показанное на Рисунок 8.Волна E _Z достигает некоторого (сильно ослабленного значения) E _Z (a) на внутренней стороне экрана.

Рисунок 8: Волна с составляющей E _Z (b), движущаяся по внешней стороне экрана, с затухающей составляющей в экране, достигающая E _Z (a) внутри экрана

Из теории цепей, E _Z (a) связано с E _Z (b) соотношениями:

E _Z (a) = Z _aa I _a + Z _t I _b

E _Z (b) = Z _t I _a + Z _bb I _b

Где I _a — ток внутри экрана, I _b — ток снаружи экрана, Z _aa — поверхностный импеданс экрана внутри, а Z _bb — сопротивление поверхностное сопротивление экрана снаружи.Z _aa , Z _bb и Z _t могут быть рассчитаны на основе физических свойств корпуса, например Щелкунов [1].

Переставив уравнения на предыдущем слайде, поле E _Z (a) внутри экрана можно выразить через ток I _b и напряжение E _Z (b) на внешней стороне экрана. щит как:

Игнорирование маленьких терминов

E _Z (a) = Z _t I _b

Расчетный маршрут для Z _т : Сплошные экраны

Формула для вычисления Z _t была дана Шелкуновым как

где R _DC — сопротивление экрана постоянному току, t — толщина экрана в сантиметрах, µ _r — проницаемость экрана относительно воздуха, σ _r — проводимость экрана относительно меди, а f — частота в мегагерцах.Обратите внимание, что Z _t зависит от частоты.

Внутри экрана E _Z (a) возбуждает, в основном, ТЕМ-волну (если сопротивление проводника невелико), которая распространяется по проводникам. Ток I _a , вызванный волной, которая распространяется внутри экрана, вызывает напряжения V ₁ и V ₂ на концах кабеля (см. Рисунок 2). Амплитуда тока [и, следовательно, V ₁ и V ₂ ] зависит от E _Z (a) и Z _t .

Чтобы проверить, действительно ли работает формула Шелкунова, мы провели измерения на RG402, коаксиальном кабеле с твердым экраном [3]. Результаты показаны на рисунке 9, где термины «короткий-короткий» и «короткий-согласованный» относятся к двум различным методам измерения полного сопротивления передачи через поверхность. Рисунок 9 показывает, что формула Шелкунова является хорошим предсказателем поверхностного сопротивления передачи [и, следовательно, эффективности экранирования]. Это также показывает, что для твердого экрана эффективность защиты увеличивается с увеличением частоты.

Рисунок 9: Пример Z _t для сплошного экрана

Маршрут измерения для Z _t : Кабели с экранированной оплеткой

Плетеные экраны ведут себя не так, как сплошные, из-за отверстий в экране, образовавшихся в процессе плетения. Аналогичная ситуация и с обернутыми экранами, которые выглядят как щелевые антенны. Отверстия или прорезь соединяют поля вне экрана с полями внутри экрана за счет взаимной индуктивности и емкости.В этом случае можно рассчитать сопротивление передачи поверхности, например см. [2]. Но это беспорядок, в частности, потому, что трудно определить, каковы взаимная емкость и индуктивность.

Обычно делают образец плетеного или намотанного кабеля, а затем измеряют его Z _t как функцию частоты (как меру эффективности экранирования). В качестве примера, используя метод, разработанный для этого [3], мы измерили Z _t широко используемого коаксиального кабеля RG-58U.Результат показан на рисунке 10. Обратите внимание, что, в отличие от сплошных экранов, Z _t для экрана с оплеткой увеличивается с частотой и в конечном итоге становится колебательным. Обернутые щиты, как правило, ведут себя так же, как и плетеные.

Важным моментом, как объяснено в [5], является то, что Z _t увеличивается до первого пикового значения при увеличении частоты, и этот пик никогда не превышается при дальнейшем увеличении частоты. Частота, на которой возникает первый пик, зависит от длины кабеля и смещается к более низким частотам по мере увеличения длины кабеля.Действительно, Z _t можно построить в зависимости от произведения частоты и длины кабеля. Например, график, подобный изображенному на рисунке 11, может быть создан путем подгонки кривой к пиковым значениям данных, представленных на рисунке 10.

Рисунок 10: Пример Z _t для плетеного экрана

Почему это происходит, более подробно исследуется в [5] и [4], где обсуждается колебательное поведение как функция длины кабеля и частоты; а также почему Z _t достигает пикового значения на некоторой частоте, а затем уменьшается при дальнейшем увеличении частоты.

Влияние щита на форму волны

Независимо от того, как заканчивается экран кабеля в оплетке или обмотке, он в основном действует как фильтр верхних частот. В результате импульс, распространяющийся по внутренним проводникам экранированного кабеля, будет иметь более крутое время нарастания, чем индуцирующий выброс на внешней стороне экрана. В качестве иллюстрации влияние экрана, заземленного с обоих концов, на частотный спектр грозового выброса показано на рисунке 12. Здесь частотный спектр 4.Отрицательный первый удар молнии 5 × 77 был умножен на спектр Zt, показанный на рисунке 11, при условии, что длина кабеля составляет 10 м. На рисунке 12 показано, что низкочастотные составляющие выброса подавлены. В результате импульс, возникающий на внутренних проводниках кабеля, будет иметь более крутое время нарастания, чем выброс на внешней стороне экрана. Обратите внимание, что аналогичный эффект имел бы место, если бы экран был заземлен только на одном конце, поскольку возникающая в результате емкостная связь также подавляет низкочастотные составляющие перенапряжения.

Рисунок 11: Z _t из рисунка 10, построенный как произведение частоты и длины кабеля

Рисунок 12: Влияние заземленного с обоих концов коаксиального экрана длиной 10 м RG-58 на первый отрицательный удар молнии
4,5 × 77

Эффект прекращения действия щита

Изучив теорию экранирования, можно понять практический вопрос о том, как заглушить экран. Это решение зависит от среды, в которой установлен кабель.

Если экран заканчивается только на одном конце, на открытом конце экрана может существовать относительно высокое напряжение. Поскольку между концом экрана и проводниками кабеля существует емкость, электрические помехи могут вноситься непосредственно в нагрузки кабеля. Величина этой емкости во многом зависит от установки, поэтому ее невозможно рассчитать. Емкостная связь максимальна на высоких частотах, где емкостное реактивное сопротивление самое низкое.

Был выдвинут аргумент [6], что соединение экрана только с одного конца снижает его эффективность, и в этом есть доля правды, особенно на высоких частотах, как показано на рисунке 13 на основе данных из [7].Смысл этого замечания состоит в том, что щит никогда не должен крепиться только с одного конца. Но замечание было сделано в контексте того, что правильно спроектированная система не имеет контуров заземления — условие, которое может быть недостижимо на практике.

Рисунок 13: Эффект заделки экрана только на одном конце

В качестве примечания, разница между графиками «без экрана» и «360 ° с одной стороны» на Рисунке 13 составляет 18 дБ на 1 мГц. Экстраполяция этого графика на 100 Гц [довольно рискованная вещь] приводит к расчетной разнице между двумя кривыми в 63 дБ.Таким образом, экран, заземленный только с одного конца, может иметь приемлемые характеристики на звуковых частотах, но не на радиочастотах и ​​выше.

Заземление экрана на обоих концах устраняет проблему емкостной связи и наиболее эффективно, когда разность потенциалов между двумя выводами экрана мала. В этом случае токи контура заземления будут небольшими, и экран будет иметь максимальную эффективность при условии, что он правильно заделан. Как указано в [6], правильная заделка — это соединение экрана на каждом конце с заделкой на 360 °.На рисунке 14 показаны два примера.

Рисунок 14: Два примера заделки экрана на 360 °

Если этого не сделать, большая часть преимуществ прекращения защиты на обоих концах может быть уменьшена или потеряна; например, как показано на рисунке 15 из данных [7]. Обратите внимание на потерю эффективности экранирования при использовании косичек (см. Также [8]).

Рис. 15: Потеря эффективности экранирования из-за оконцовки экрана косичками

Выводы

Вернуться к исходным вопросам: От чего зависит эффективность экрана кабеля? И как решение заземлять или не заземлять щит влияет на его эффективность?

Теория экранирования дает общее представление о том, чего можно ожидать от характеристик экрана, но способ заделки экрана также оказывает значительное влияние на эффективность экрана.

Важным фактором, который следует учитывать, является то, близки ли заземления на противоположных концах кабеля к одинаковому потенциалу. В противном случае токи контура заземления будут минимальными. В этом случае заземление обоих концов экрана, вероятно, даст наилучшие характеристики экранирования. Если заземления имеют существенно разные потенциалы, токи в контуре заземления могут быть проблемой, и в этом случае, если один конец экрана не подключен, это может дать наилучшие общие характеристики экранирования, при условии, что экранирование от высоких частот не является проблемой.

Решение о прекращении или не прекращении зависит от приложения. К сожалению, не существует правила, применимого ко всем ситуациям, и часто требуется эксперимент, чтобы определить лучший способ отключить защиту.

Ссылки

1. Шелкунов С.А. «Электромагнитная теория коаксиальных линий передачи и цилиндрических экранов». Bell Syst. Tech. J. 13 (октябрь 1934 г.): 532-579.
2. Merewether, D.E. и т.Ф. Эзель. «Влияние взаимной индуктивности и взаимной емкости на переходную характеристику коаксиальных кабелей с плетеным экраном». IEEE Trans. по EMC, EMC-18 (февраль 1976 г.): 15-20.
3. Мартин, А. и М. Д. Менденхолл. «Быстрый, точный и чувствительный метод измерения поверхностного сопротивления передачи», IEEE Trans. по EMC, EMC-26 (1984): 66-70.
4. Мартин А. Р. и С. Э. Emert. «Эффективность экранирования длинных кабелей». Международный симпозиум IEEE по электромагнитной совместимости, Сан-Диего (1979): 13-18.
5. Мартин, А.Р., «Эффективность экранирования длинных кабелей, III: максимальная утечка», 5-й симпозиум и техническая выставка по электромагнитной совместимости, Цюрих, под редакцией Т. Дворжака. (1983): 379-84.
6. Уолдрон, Тони и Кейт Армстронг. «Соединение экранов кабелей на обоих концах для уменьшения шума». Www.compliance-club.com/archive/old_archive/020514.htm.
7. Üstüner, F., N. Tarim, and E. Baran. «Экспериментальное исследование влияния оконечной нагрузки экрана на уровень связи между полем и кабелем». Progress in Electromagnetics Research Symposium Proceedings, KL, Малайзия, (2012): 19-22.
8. Пол, C.R. Введение в электромагнитную совместимость, 2-е изд. Нью-Джерси: Wiley Interscience, 2006.
.

Как исправить контур заземления

Написано Доном Шульцем, техническим торговым представителем trueCABLE и сертифицированным техником Fluke Networks

Довольно часто мне задают вопросы о том, как избежать или исправить ситуацию с контуром заземления при использовании кабеля Ethernet. Замечательно, что люди читают экранированные и неэкранированные кабели. Это отправная точка.Знание, что вы можете столкнуться с этой проблемой, — полдела. Другая половина — это исправить или избежать этого.

Однако в этом блоге я не стал подробно рассказывать о том, как вообще избежать замыкания на землю. Я обещал, что сделаю это, и вот оно.

Что такое контур заземления?

Контуры заземления могут возникать при использовании экранированного кабеля Ethernet в следующих сценариях:

● Экранированный участок проходит между двумя зданиями, подключенными к собственной сети переменного тока (счетчики) или имеющим две или более различных субпанелей, заземленных по отдельности. .
● Экранированный участок находится внутри того же здания, в котором есть несколько субпанелей переменного тока (отличный пример — завод), и эти субпанели используют разные заземления.
● Экранированная ветка идет к точке доступа WiFi или внешней камере, и здесь используется грозозащита, использующая собственную точку заземления. Затем этот же участок снова заземляется на заземление переменного тока внутри вашего дома / здания.

Домашний установщик может столкнуться с третьим сценарием. Профессиональные установщики наверняка столкнутся со всеми тремя.

Вы видите преобладающий шаблон? В каждой установке имеется несколько точек заземления. Это может (не каламбур) создать ситуацию, которая приведет к следующим результатам:

● Необъяснимые битовые ошибки / ошибки передачи в вашей сети. Что еще хуже, эти ошибки обычно носят временный характер.
● Повреждение оборудования (гораздо менее вероятно, но возможно).
● Травмы (крайне маловероятно, но маловероятно в экстремальных сценариях, когда задействованы очень высокие напряжения переменного или постоянного тока).К счастью, проводники внутри кабеля Ethernet довольно тонкие по сравнению с электрическим проводом. Проводники, скорее всего, станут вишнево-красными и расплавятся, прежде чем вы превратитесь в угольный брикет. Тем не менее, вы можете получить неприятный ожог или толчок.

Как и почему это происходит?

Электричество — ваш друг, но оно также может навредить вам. По причинам, которые может полностью объяснить только инженер-электрик, наличие нескольких точек заземления может вызвать разность потенциалов заземления в вашей кабельной системе.Эти разности потенциалов земли затем буквально возвращаются в виде синфазного напряжения и передаются через ваш кабель Ethernet. Вам нужно не напряжение — в данном случае мы не говорим о PoE.

Какое решение?

Никогда не прокладывайте экранированный кабель? Нет, это не решение. В моем блоге, ссылка на который приведена выше, есть сценарии, когда вы должны использовать экранированный кабель. Основной из них, который я считаю неприкосновенным, — это когда вы используете кабель Ethernet на улице в сценариях на открытом воздухе.Движение воздуха вызывает накопление электростатического разряда (ESD) на вашем кабеле, особенно в засушливое время года. Этому электростатическому разряду нужен способ отвода, и это будет через экран кабеля / дренажный провод и ваше заземление. Я узнал об этом на собственном горьком опыте. Цена? Мертвый открытый Wi-Fi AP Ubiquiti за 200 долларов.

Вы можете обойтись без неэкранированного наружного кабеля CMX в сценариях прямого захоронения, предполагая, что кабель находится в земле и контактирует с грязью, и этот кабель не находится в непосредственной близости от подземной линии переменного тока.

Решение состоит в том, чтобы знать, что такая ситуация может возникнуть, и смягчить ее, прежде чем у вас возникнут проблемы. Вот две инфографики, показывающие распространенные сценарии и способы подключения:

Сценарий №1. Вы прокладываете экранированный кабель Ethernet между двумя зданиями с несколькими субпанелями или сетью переменного тока.

Обратите внимание на в приведенном выше сценарии, здание A. Патч-панель должна быть экранированной коммутационной панелью, если она используется.Если на экранированной коммутационной панели есть дополнительный провод заземления (в большинстве случаев), то либо НЕ подключайте его, либо к заземляющему проводу переменного тока вашего здания. Не заземляйте этот вспомогательный провод отдельно на другое заземление (например, заземляющий стержень). Вы только создадите еще один контур заземления.

Сценарий №2. Вы используете экранированный кабель Ethernet к устройству PoE снаружи, например к точке доступа Wi-Fi (AP). Точка доступа защищена устройством защиты от грозовых разрядов / перенапряжения, установленным снаружи, и заземлено непосредственно на землю.

В приведенном выше сценарии абсолютно ни один экранированный кабель Ethernet для наружной установки не заземлен внутри вашей конструкции. Он изолирован от внешнего заземления, обеспечиваемого устройством защиты от молнии / перенапряжения. Это изолирует ваше внутреннее сетевое оборудование. Нет, от прямого удара молнии он не защитит, но какая-то защита лучше, чем ничего.

Итак, вот оно. Вот как можно избежать контуров заземления в двух распространенных сценариях. Конечно, существует больше сценариев, чем два, которые я описал выше.При планировании сети разумное использование экранированного кабеля Ethernet сослужит вам хорошую службу. Обязательно используйте экранирование там, где это необходимо, и неэкранирование, где необходимо. Оба типа кабеля Ethernet имеют свое место. Удачной работы!

trueCABLE представляет информацию на нашем веб-сайте, включая блог «Кабельная академия» и поддержку в чате, в качестве услуги для наших клиентов и других посетителей нашего веб-сайта в соответствии с условиями и положениями нашего веб-сайта. Хотя информация на этом веб-сайте касается сетей передачи данных и электрических проблем, это не профессиональный совет, и вы полагаетесь на такие материалы на свой страх и риск.

[решено] Заземление экранированного сетевого кабеля

Недавно я проложил сетевой кабель длиной около 300 футов через улицу к другому зданию, чтобы заменить проблемную беспроводную связь. Я использовал антенный экранированный фольгой кабель витой пары категории 5е со стальной коммуникационной линией и дренажной линией. С момента его установки мы потеряли три маленьких коммутатора на удаленном конце и три порта на нашем главном коммутаторе на локальном конце.

Сначала мы думали, что это связано с ударами молнии.Поэтому мы добавили мощный молниезащитный разряд между кабелем и главным выключателем и заземлили линию связи на землю. Вчера мы потеряли еще один переключатель на «удаленном» конце. Итак, теперь я думаю, что это связано со статическим электричеством, особенно после того, как я немного почитал и понял, что, вероятно, я совершенно неправильно заземлен.

Так как мне заземлить эту штуку? Могу я просто заменить стандартные разъемы RJ45 на экранированные? Следует ли использовать экранированные разъемы на обоих концах? Обеспечат ли экранированные разъемы достаточное заземление устройств на каждом конце? Нужно ли заземлять устройства на землю?

Большая часть того, что я прочитал, ориентирована на серверные комнаты корпоративного уровня.Мы — небольшой магазин с несколькими вышками и сетевым оборудованием на полке. Мы будем благодарны за любые советы.

---

Булава

OP

Георгий1421 4 апреля 2012 г., 11:57 UTC

Генеральный сетевой эксперт

258 Лучшие ответы

159 полезных голосов

Вы должны заземлять кабель STP только на одном конце, особенно при прокладке между зданиями с потенциалом разных источников питания.Вы можете установить контур заземления через кабель cat5, если между двумя зданиями есть разница в потенциале. Я видел разницу в потенциале земли между двумя источниками питания до 90 В.

Вы можете приобрести грозовые разрядники категории 5 и надеть их на оба конца. Они должны быть заземлены на хорошее заземление. Идея состоит в том, чтобы шунтировать молнию через хорошую систему заземления, а не через вашу электронику. Вы должны положить по одному на каждый конец кабельного пролета.

Для этого промежутка времени я бы использовал волокно и избавился от всех проблем, связанных с молнией.6-жильный оптоволоконный кабель довольно дешев по сравнению с заменой коммутационного устройства. Их терминирование будет стоить немного дороже, но по сравнению со стоимостью замены ваших коммутаторов, прокладка оптоволоконного кабеля была бы дешевле. Это было бы своего рода глупым решением, но если вы должны проложить медь между зданиями, тогда поставьте оптоволоконный преобразователь спина к спине на одном конце (cat5-> волоконный преобразователь-> оптоволоконный патч-> волоконный преобразователь-> cat5. Это изолирует В оптоволоконных преобразователях (по крайней мере, в самых дешевых) используется плавающее заземление, а корпуса обычно изготавливаются из пластика.Это может сработать, а может и нет. Я все еще думаю, что правильный ответ — заменить медь на оптоволокно для изоляции напряжения и расстояний, на которые вы бежите.

[Edit] Вы можете получить объемный 6-жильный бронированный боковой кабель с покрытием примерно по $ 0,65 / фут. Если вы ходите по магазинам, вы можете установить его примерно по этой цене. [/ Edit]

Подробнее о заземлении и экранировании

Когда дело доходит до установки электрического и электронного оборудования, такого как преобразователи частоты, правильное заземление оборудования и использование экранированных кабелей играет важную роль в создании безопасной и бесшумной рабочей среды.

Заземление означает подключение электрического оборудования к общему опорному заземлению. Экранирование используется как для обеспечения невосприимчивости (защита от внешних помех), так и для защиты от излучения (предотвращение излучения помех).

Заземление

Есть две причины, по которым вы должны действительно тщательно позаботиться о заземлении:

• Электробезопасность: Защитное заземление гарантирует, что в случае ухудшения гальванической развязки на проводящих частях, к которым могут дотронуться люди, не будет под напряжением, что позволяет избежать риска поражения электрическим током.
• Уменьшение помех: Заземление сигнала снижает разницу напряжений, которая может вызвать шумовое излучение или проблемы с восприимчивостью.

Очень важно отметить, что электрическая безопасность всегда имеет наивысший приоритет — выше, чем ЭМС.

Есть разные типы заземления; одноточечное заземление, при котором несколько единиц оборудования подключаются к одному заземлению — последовательно или параллельно — и многоточечное заземление, при котором каждая часть оборудования имеет собственное заземление.

Различные типы заземления имеют свои преимущества и недостатки, но, в конце концов, важно то, что полное сопротивление заземляющего соединения для каждой части оборудования должно быть как можно более низким, чтобы обеспечить выравнивание потенциалов подключенного оборудования.

Экранирование

В преобразователях частоты экранированные кабели используются как для питания (кабель двигателя и кабель тормозного резистора), так и для сигналов (аналоговые опорные сигналы, связь по шине).

Эффективность экранирования кабеля указывается его передаточным сопротивлением Zt. Передаточное сопротивление связывает ток на поверхности экрана с падением напряжения, создаваемым этим током на противоположной поверхности экрана:

Zt = U2 / (I1 x L), где L — длина кабеля

Чем ниже значение передаточного сопротивления, тем лучше характеристики экранирования. В таблице ниже показаны типичные значения передаточного сопротивления для различных типов кабелей двигателя. Самый распространенный тип кабеля двигателя — это однослойный медный провод в оплетке, так как он обеспечивает хорошие экранирующие характеристики по разумной цене.

Передаточное сопротивление может быть значительно увеличено из-за неправильного подключения экрана. Экран кабеля необходимо подключить к шасси оборудования через соединение на 360 градусов. Использование «косичек» для подключения экрана увеличивает передаточное сопротивление и ухудшает экранирующий эффект кабеля.

Одностороннее или двухстороннее прерывание

Часто возникает вопрос, следует ли заделывать оба конца или только один конец экранированного кабеля.Важно понимать, что эффект экранированного кабеля уменьшается, если заделан только один конец. Очень важно правильно подключить оба конца кабеля двигателя, в противном случае могут возникнуть проблемы с помехами.

Причина, по которой в некоторых ситуациях заделывается только один конец, связана с контурами заземления в сигнальных кабелях. Это означает, что существует разность потенциалов между шасси двух соединенных частей оборудования (например, преобразователя частоты и ПЛК), и если экран соединяет два шасси, возникнет ток заземления (с частотой 50 Гц / 60 Гц).Затем этот ток соединяется с мешающим ему полезным сигналом — в аудиоприложениях это обычно называют «гудением». Лучшее решение — использовать уравнительное соединение параллельно экранированному кабелю. Если это невозможно, то один конец экранированного кабеля можно подключить через конденсатор емкостью 100 нФ. Это разрывает контур заземления на низкой частоте (50 Гц), сохраняя соединение экрана в высокочастотном диапазоне. В некотором оборудовании этот конденсатор уже встроен.

Эта информация взята из публикации Данфосс «Факты о преобразователях частоты, которые стоит знать» — бесплатно загрузите здесь

Электрическое заземление

Если ваш дом цельнометаллический, его электрическая система может состоять из однопроводных цепей.То есть потребуется только один провод, чтобы волшебным образом соединить каждый электрический блок или устройство с его электродвижущей силой. . . аккумулятор или генератор.

Другими словами, все электрические цепи могут быть подключены через металлическую конструкцию самолета к батарее или генератору без необходимости прокладки отдельных кабелей возврата тока.

Обычно однопроводные цепи полагаются на металлическую конструкцию самолета, чтобы служить в качестве электрического проводника (провода) или устройства, когда оно подключено в любой точке к металлической конструкции, это правильно называется «заземленным».«

Сравнение однопроводной схемы и двухпроводной схемы

Электрически одна система не более эффективна, чем другая. Только если вы задумаетесь о том, что необходимо для установки электрической системы, вы действительно заметите различия.

Большим преимуществом металлического самолета с точки зрения электроустановок является то, что однопроводные схемы проще и легче устанавливать, чем требуемые двухпроводные схемы в деревянных и композитных самолетах.

Естественно, это может привести к значительной экономии денег и веса для производителя металлических самолетов, а также к сокращению объема работ и сложности монтажа.

Однако это сравнение не столь однобокое, если учесть тот факт, что большинство ваших однопроводных цепей по-прежнему требуют клеммного соединения с землей. Таким образом, если устройство не заземляется автоматически через корпус при установке, потребуется как минимум короткий соединительный кабель для подключения к ближайшей клеммной колодке заземления или шпильке.

Даже в этом случае это все же намного лучше, чем прокладывать длинные дублирующие провода, скажем, от заднего фонаря, до ближайшей клеммной колодки заземления.

Создайте хорошее основание двигателя

Первое электрическое соединение, которое необходимо выполнить, как только двигатель будет установлен, — это соединение, обеспечивающее надежное заземление двигателя.

В большинстве самолетов для этого нужно подсоединить один конец тяжелого кабеля или металлической заземляющей ленты к какому-нибудь удобно расположенному болту на картере двигателя.Другой конец заземляющей ленты должен заканчиваться на какой-нибудь твердой части конструкции брандмауэра самолета.

Примечание. Этот кабель / заземляющий браслет должен проходить через непроводящие резиновые амортизаторы подвески двигателя. . . из каучука, как известно, плохой электрический проводник.

Эта металлическая лента заземления двигателя, изготовленная самим домом, служит для соединения двигателя и всей конструкции самолета в единое электрическое заземление.

Однако в самолетах из дерева или композитных материалов вы только что установили двигатель и брандмауэр в качестве точек заземления.

По этой причине и для вашего удобства вам следует проложить дополнительные провода, чтобы установить дополнительные точки заземления.

Я бы посоветовал одним из них быть приборной панелью. Кроме того, одной или двух удобно расположенных клеммных колодок заземления должно быть достаточно для замыкания цепи заземления в деревянном или композитном летательном аппарате.

на хорошей земле. . .

Перед выполнением любых электрических подключений всю краску, грунтовку и, конечно, анодированную поверхностную пленку необходимо соскрести или удалить иным образом, чтобы получить гладкую, не имеющую сопротивления, голую металлическую поверхность.

Убедитесь, что каждое соединение правильно собрано с шайбами, затянуто и надежно.

Общие неисправности заземления

Вот наиболее частые нарушители спокойствия:

1. Отсутствует, отсоединено или корродировано заземляющее кольцо двигателя.

2. Соединение с поверхностью с высоким сопротивлением; то есть наличие краски, коррозии, грунтовки или пленки анодирования препятствует созданию и созданию эффективного основания.

3. Электрический блок не заземлен.Некоторые электрические устройства (соленоиды, реле, датчики и т. Д.) Заземляются через свои корпуса. Если устройство не прикреплено к металлической заземляющей поверхности, необходимо установить отдельный заземляющий разъем до ближайшей точки электрического заземления.

4. Плохое или ненадежное соединение отрицательной клеммы аккумуляторной батареи или клеммы стартера может быть причиной проблем с запуском двигателя.

5. Плюсовой (+) кабель отключается и падает вниз, контактируя с металлической заземляющей поверхностью.Если повезет, перегорит предохранитель или сломается автоматический выключатель. Худший сценарий? Провода нагреваются и горят, дым заполняет кабину, а авионика самоуничтожается.

7. Вольтметр с плохим соединением с землей испытывает сопротивление, которое будет давать показания манометра ложно заниженными.

8. Электрические датчики (давления масла, давления топлива) с плохим заземлением дают ложно заниженные показания.

Этот пресловутый магнето «P» ведет

Когда вы впервые устанавливаете двигатель, ваши магнето будут «горячими» и готовы запустить свечи при малейшем движении коленчатого вала (пропеллера).

Они будут оставаться такими (горячими) до тех пор, пока вы не подключите P-выводы к магнето, тем самым электрически заземлив их через выключатель зажигания.

Некоторым строителям трудно запомнить, что когда переключатель магнето находится в положении ВКЛ, вывод P незаземлен (фактически «отделен» от магнето), а магнето «горячее».

Следовательно, каждый раз, когда P-вывод (провод) отсоединяется или ломается, магнето нагревается! И не имеет значения, включен ли ключ зажигания или нет.

Поломка P-вывода в процессе эксплуатации может произойти практически в любое время из-за воздействия обычной вибрации и / или неуклюжего обслуживания. Так . . . Бездумное вращение винта, даже немного, без уверенности в том, что журналы заземлены, может превратить действие в смертельное событие.

Между прочим, одним из признаков того, что у вас может быть сломанный P-вывод, может быть падение на ноль оборотов на одном магнето во время разгона вашего двигателя (проверка магнето).

Экранирование

Назначение экрана — индуцировать ВЧ-напряжения в экране, а не в соседних или соседних устройствах, где они могут вызывать электрические помехи.. . как шум в твоих радиоприемниках.

Экранированный кабель — это кабель, по всей длине заключенный в металлическую оплетку.

Некоторые люди считают, что только один конец экранированного кабеля должен быть заземлен, но столько же, если не больше, считают, что оба конца должны быть заземлены для максимальной эффективности. Кто прав?

Что ж, иногда обе фракции правы.

Экранирование проводов магнето должно быть заделано (заземлено) на обоих концах, чтобы кабели не излучали радиочастотные помехи.

С другой стороны, экранированный соединительный кабель, используемый между блоком стробоскопа и его источником питания, обычно заканчивается (заземлен) на одном конце только для снижения до минимума потенциальных радиопомех из-за радиочастотного излучения. Обычно более практично заземлять или заканчивать экран со стороны источника питания. Однако не замыкайте оба конца. По крайней мере, так советует производитель стробоскопического оборудования Whelen.

В жилищном строительстве, когда мы говорим об экранировании, мы, более чем вероятно, имеем в виду металлическую сетку, покрывающую P-выводы (провода), соединяющие магнето.

Провода, используемые для подключения магнето, должны быть экранированными. (Я ненавижу использовать слово «кабель», потому что, на мой взгляд, оно вызывает в воображении образ тяжелых многожильных кабелей, используемых в подъемных кранах или для поддержки таких конструкций, как мост Золотые Ворота.)

В любом случае кабели зажигания могут быть очень маленькими, так как они пропускают очень небольшой ток. По большей части, все, что вам нужно — это экранированный провод №18 или №20.

Кабели P-вывода магнето и большая часть другой проводки в домашних условиях редко имеют длину более 5 футов, поэтому падение напряжения в кабеле обычно не является фактором, о котором следует беспокоиться.На самом деле, большинство застройщиков склонно использовать в своей электрической системе кабели большего диаметра, чем это необходимо. В этом отношении они стараются обойтись минимумом проводов разного диаметра.

Если бы вы могли установить кабели с черной изоляцией для всех заземляющих проводов, это упростило бы будущее обслуживание и устранение неисправностей.

Об этих электрических схемах

Они действительно служат важной цели для большинства из нас.

Без хорошей схемы подключения рядовому строителю было бы трудно решить, с чего начать или как проводить электромонтаж своего самолета.

К сожалению, на большинстве электросхем самолетов не показаны некоторые довольно важные детали, очевидно, исходя из предположения, что все знакомы с некоторыми основными электрическими элементами.

Самая большая ошибка, которую я обнаруживаю в некоторых электрических схемах, заключается в том, что не всегда изображены все основные заземляющие соединения.

Например:

1. Регулятор напряжения и реле максимального напряжения должны быть заземлены, но схемы часто не показывают заземления. Без хорошего заземления ни регулятор напряжения, ни реле не могут работать.

2. Предполагается, что генератор и стартер заземлены при их установке на двигатель, однако на схеме может не быть показано, что они заземлены.

3. Как упоминалось ранее, электрические датчики для приборов часто заземляются путем их установки на металлическую конструкцию. Тем не менее важно проиллюстрировать обозначения заземления.

4. Провода магнето часто не показывают, что они должны быть кабелями экранированного типа с заземлением на обоих концах.

5. Провода к / от генератора должны быть экранированы и заземлены.

6. Схема подключения стробоскопа редко показана на большинстве схем подключения, и все же, по крайней мере, один производитель (Whelen) подчеркивает важность заземления экрана проводника только на одном конце.

В предыдущем обзоре следует подчеркнуть важность хорошего электрического заземления для каждого устройства и каждой цепи.

В некоторых случаях устройство просто не будет работать без заземления.. . даже если нет клеммы для подключения заземляющего провода. Имейте это в виду, когда вы решаете проблему с электричеством. . . и сначала проверьте простые и очевидные вещи.

Еще одна вещь. . .

Всегда отсоединяйте кабель заземления аккумуляторной батареи в первую очередь и заменяйте его в последнюю очередь, чтобы избежать случайного короткого замыкания и яркого пиротехнического дисплея.

.