Екранування кабелю

Промислові цехи, виробничий конвеєр або дослідний центр – не важливо, дуже сильно навантажені всілякими електричними приладами, апаратами, машинами. Активне використання електрики для живлення і управління зазвичай призводить до створення електрично галасливої середовища. Навколо проводів і кабелю утворюються електромагнітні хвилі, які заважають передачі сигналів датчик або передачі команд. Такий невидимий і нечутний для людини електричний шум, випромінюваний або проводиться, як електромагнітні перешкоди (ЕМП), також звані EMI або електромагнітні імпульси, можуть втручатися в роботу систем і серйозно порушити правильну роботу іншого обладнання.

Якщо зовнішня ізоляція кабелю захищає його від механічних ушкоджень і стирання, а також від хімічного та фізичного впливу вологи і розливів хімічних речовин, масел, то для електромагнітної енергії ізоляція абсолютно прозора і не дає захисту.

Таким чином стає зрозумілою теза, що для захисту від ЕМІ впливу кабелю на інші електричні системи і захисту від електромагнітного впливу на кабелі екранування останніх необхідно, щоб боротися з ефектами EMI. Кабелі самі можуть бути джерелом передачі для EMI. Він може бути і як джерело, і як приймач. Коли кабель виступає в ролі джерела шуму, він проводить шум до іншого обладнання, або діє як антена, яка випромінює електромагнітний шум. Якщо кабель виступає в ролі приймача, він приймає на себе наявне електромагнітне випромінювання, вироблене іншими джерелами EMI-перешкод. Екран кабелю працює для обох випадків.

В таблиці вказуються загальні рекомендації щодо областей, в яких рекомендується використання екранованих кабелів у зв'язку з тим, що в них обов'язково виникає підвищений узагальнений рівень шуму. Варто звернути увагу на перемикання важких навантажень, індуктивні нагрівачі, великі трансформатори. Всі вони можуть виробляти високі рівні як проводяться, так і випромінюваних електромагнітних перешкод. Коли сигнальні та контрольні кабелі розташовують поряд з силовим, також виникає EMI-перешкода. Близьке розташування дозволяє шуму лінії силових електропередач з'єднатися з сигнальними лініями.

Основний спосіб захиститися від впливу електромагнітних перешкод – екранування кабелю. Електромагнітний щит закриває внутрішні сигнальні або силові провідники. Такий ЕМ-щит взаємодіє на EMI одним з двох або відразу двома способами.

• Відображення EMI-енергії.
• Вловлює EMI-шум і зливає його на землю.

У будь-якому випадку, EMI не досягає провідників. Безумовно, деяка кількість енергії перешкод все ж проникає через екран. Але залишився рівень перешкоди настільки ослаблений, що є безпечним для системи і не викликає помилок у роботі обладнання.

Екранують кабель в різного ступеня щільності екрану, і його матеріалу. Це важливо, щоб досягти різного і необхідного ступеня ефективності, для різної ЕМ середовища застосування, від самого екранування і ціни продукту. Іншими словами, щільність екранного покриття і матеріал залежить від 2-х основних чинників - сама електрична середовище, в якому застосовується силовий кабель живлення або управління; ціна, яку доведеться заплатити за екранований кабель - навіщо платити більше за екранування, ніж це потрібно? Звичайно, ще важливі ще і такі параметри, як власне зовнішній діаметр кабелю, наскільки він більше важить і якого класу гнучкості він вийде.

Неекранований кабель для промислового застосування зазвичай використовується в контрольованому середовищі, наприклад, розташовують усередині металевого електрошафи або прокладають кабелепроводах, де він захищений від зовнішнього електромагнітного впливу перешкод. Металевий корпус електричного щита добре екранує електрику всередині. Щит буде відображати частина енергії перешкод, частина проводити до землі і в підсумку проникне всередину зовсім трохи перешкоди.

Для екранування кабелю зазвичай використовуються два типу:

• Фольга,
• Оплетка - дротяна сітка або панчіх з мідної або сталевої тонкого дроту.

Для екрана з фольги використовують тонкий алюмінієвий шар, який наносять для міцності до так званого носія, наприклад, поліестер. Такий екран забезпечує 100% покриття провідників. Але він тонкий і це ускладнює роботу, особливо при підключенні роз'ємів.

Зазвичай замість того, щоб намагатися заземлити весь екран, провід витоку використовується для завершення і заземлюють на щит. Мідна або сталева сітка забезпечує низький опір шлях до землі і набагато простіше завершити шляхом обтиску або пайки при підключенні роз'ємів. Але екрани, які сплетені з дроту не забезпечать 100% покриття провідників. У плетенке залишаються невеликі прогалини. Використовуючи різну ступінь щільності плетіння панчохи, забезпечують від 70% до 95% охоплення. Коли кабель нерухомий, зазвичай є достатньою до 70%-щільності сітки.

Насправді, підвищити ефективність екранування за рахунок більш високого відсотка щільності сітки не завжди можна істотно досягти. Це пов'язано з тим, що мідь має більш високу провідність, ніж у алюмінію. Також сітка має більшу масу для проведення шуму, і вона більш ефективна в якості екрану. Але використання плетенного екрану істотно додає зовнішній діаметр кабелю. Та і ціна зростає.

Для середовища з інтенсивним електромагнітним шумом використовується одночасно декілька екрануючих шарів. Переважно використовуються фольга + тасьма. В багатожильних кабелях окремі пари одягаються в екран з фольги. Так забезпечується захист від перехресних перешкод між парами. Між тим, увесь кабель екранується фольгою або тасьмою, або обома екранами одночасно. Іноді зустрічається кабель з двома шарами фольги або сітки. Кожен вид екрану підтримує інший. Таким чином, долаються обмеження одного за рахунок своїх власних, компенсуючи сильною стороною. Це являє ефективність екранування і перевершує будь-який односторонній підхід. Підвищення продуктивності конструкції є унікальна потрійна стрічка з алюмінію / поліестеру / алюмінієвої фольги. Ця стрічка збільшує ефективність екрану завдяки зниження його опору і контакту з заземлюючим проводом для спрощення швидкого і надійного заземлення.

На практиці завдання екрана полягає в тому, щоб заземлити будь-який шум, який він підняв. Важливість цього завдання переоцінити неможливо, в іншому випадку наслідки можуть нести за собою малоефективне екранування. Екран кабеля та його заземлення зобов'язані гарантувати низькоомний шлях до землі. Кабель в екрані, який не має заземлення, працює не ефективно. Будь-які збої в дорозі відведення перешкод можуть підвищити опір і, таким чином, анулювати ефект екранування.

Практичне поради для ефективного екранування

1. Переконайтеся, що у вас екранований кабель, який має достатню екранування для потреб обладнання. У помірно шумному середовищі, фольга сама по собі може забезпечити адекватний захист. Для більш гучною навколишній середовища, розглядайте обплетення або комбінації фольги і обплетення.
2. Використовуйте кабель, відповідний для застосування. Кабелі, які відчувають багаторазове згинання, зазвичай використовують спірально намотаних екран, а не оплітка. Уникайте екранування тільки фольги на гнучких кабелях, так як неперервне згинання може порвати фольгу.
3. Переконайтеся, що обладнання, до якого підключений кабель, правильно заземлено. Використовувати землю заземлення, де це можливо, і перевірте з'єднання між точкою заземлення та обладнання. Усунення шуму залежить від низького опору шляху до землі.
4. Більшість конструкцій роз'ємів допускають повне закриття екрану на 360 °. Переконайтеся, що роз'єм пропонує ефективність екранування, рівну ефективності кабелю. Наприклад, багато поширені з'єднувачі пропонуються з металевим покриттям, з пластмасовою, литий цинкової або алюмінієвої оболонки задньої. Необхідно уникнути як переоцінки, так і недооцінки, і бідність екранування.
5. Заземліть кабель на одному кінці. Це виключає можливість виникнення перешкод у контурах заземлення. Екранована система хороша тільки так, як її найслабший компонент. Якісний кабель нічого не дасть при неякісному роз'ємі або з'єднанні. Точно так само, як відмінний роз'єм не може нічого зробити для поліпшення поганого кабелю.