Назначение экрана в кабеле

Содержание

Подписка на рассылку

В конструкции кабелей для сетей энергораспределения используются различные типы экранирования. Экраны используются для того, чтобы защитить цепи от влияния электромагнитных полей токов, которые проходят по кабелю. Кроме того, они применяются для обеспечения симметрии электрического поля внутри жил самого кабеля. В качестве стандартного материала для экранирования используется медная фольга. Однако для придания изделиям лучших экранирующих свойств используются и другие материалы, которые лучше подходят для целей экранирования.

Электромагнитные помехи и способы борьбы с ними.

Кабели могут выступать как источником, так и приемником электромагнитного излучения. В качестве источника, проводка передает электромагнитные шумы на различное оборудование, непосредственно подсоединенное к ней, или находящееся в непосредственной близости. Кроме того, кабели могут выступать своеобразной антенной, излучающей помехи в окружающее пространство. В качестве приемника электромагнитных помех кабель может улавливать излучение, испускаемое другими кабелями или приборами, находящимися поблизости.

Все электромагнитные шумы принято классифицировать следующим образом:

высокие. Распространены на больших производствах и крупных цехах. Источником служат генераторы, мощные двигатели, трансформаторы, индукционные нагреватели, релейные блоки, силовые линии, провода цепей управления;
средние. Источником служат провода, которые располагаются рядом с двигателями среднего размера;
низкие. От проводов, расположенных сравнительно далеко от силовых линий, при отсутствии в окружении индукционных двигателей, реле, электрических разрядов.

Назначение экранов кабелей заключается в том, чтобы оградить проводку и приборы от этих шумов. В зависимости от силы электромагнитного излучения используются те или иные виды экранирования кабелей.

Используемые материалы экранов кабелей.

Для того чтобы подавить электромагнитные шумы различной интенсивности используются различные типы материалов. Также выбор материала для экранирования зависит и от типа изоляции, применяемой в кабеле. Для экранирования применяют следующие материалы экранов кабелей:

полупроводящая бумага;
металлизированная бумага;
полупроводящая пластмасса;
металлическая лента;
графитовый слой;
медная или алюминиевая фольга;
полупроводящий полиэтилен;
алюмофлекс (композиционный материал, который состоит из полимерной пленки, которая оклеена алюминиевой фольгой);
полупроводящая резина;
алюминиевая или медная проволока.

В зависимости от типа изоляции и типа используемого материала, экран может устанавливаться в различных местах. Он может быть наложен поверх поясной изоляции или поверх изоляции жил. Причина, по которой материалы для экранирования и изоляции имеют взаимозависимость, заключается в том, что они должны обладать близкими по своему значению температурными коэффициентами, чтобы свести к минимуму вероятность образования пустот между изоляцией и экранированием при нагреве кабеля.

Варианты наложения материала для экранирования.

Кроме непосредственно самого типа материала имеет значение и тот метод, каким он был уложен. Наиболее распространены следующие виды экранирования:

1. Оплетка (Рис. 2) обеспечивает высокую гибкость кабеля и отлично препятствует низкочастотным помехам.

2. Пленка. Как правило, пленочные экраны изготавливаются из медной или алюминиевой фольги. Такой тип покрытия отличается своей дешевизной и малым весом. Пленочное экранирование хорошо справляется с высокочастотными помехами.

3. Экран типа French Braid. Состоит из 2х встречных многожильных спиралей, состоящих из медных жил.

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].

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

14 марта

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.

Иногда приходится прокладывать провода, которые имеют различное назначение, в одной штробе. В результате электрические импульсы, проходящие по ним, начинают взаимодействовать между собой посредством электромагнитных волн. Во избежание этого используют провода, защищённые специальным экраном.

Назначение экранированных кабелей

Что значит экранированный кабель и какие функции выполняет экран, важно знать при монтаже смешанной проводки. К примеру, если в одной канавке необходимо провести силовую жилу и связь, то в этом случае рекомендуют использовать экранированный кабель. Что это такое, необходимо знать, если вы собираетесь проводить монтаж собственными силами. По сути, это обычный провод, оснащенный защитным экраном, который является своеобразной изоляцией против воздействия электрических полей. Он действует как внутри, так и снаружи.

Однако провода экранируются и с другой целью, выполняя иные функции:

увеличение надежности изоляционного слоя;
повышение стойкости;
защита от воздействия внешней среды;
выступает в роли заземляющего проводника.

Если при соединении электросети используется муфта, то экран снижает риск возникновения электрических потенциалов на внешней стороне проводника. Вот по сути основные причины для чего нужен экран в кабеле.

Виды/классификация экранированных кабелей

Виды экранированных кабелей подразделяют на несколько классов:

Силовые. Экран предназначен для защиты окружающей среды от воздействия электрического тока. Рабочее напряжение колеблется от 6 до 10 кВ. Кроме этого, они могут иметь различную маркировку, в зависимости от материала из которого они изготовлены: ПвП — медные, АПвП — алюминиевые. Защитная оплетка представляет собой пероксидносшиваемую пленку с проволочной или ленточной медной оболочкой поверх нее. Его толщина рассчитывается от нагрузки.
Кабель управления применяется для подсоединения подвижных механизмов — кранов, экскаваторов и другой самоходной техники. Их экранировка осуществляется посредством алюмолавсановой пластины с медным покрытием.
Кабели контроля предназначены для информационного контакта с аппаратурой, у которой нет прямого доступа. Экран здесь выступает в роли блокировщика информации от наружного влияния электромагнитных полей. Выполняется он из тонкой фольги, либо медной сетки.
Сигнально-блокировочные проводники применяют для подключения различных видов сигнализации, а также в приборах, которые предназначены для точных измерений.
Экранировка проводов связи требует более жесткого контроля, так как предназначены для защиты передаваемой информации. К таковым относят интернет паутину и телефонные магистрали. Для этого обычно используют FTP-проводники, экраны которых производятся в виде медной фольги или сетки. Также возможно их комбинирование.
Комбинированные — это сочетание силового проводника и кабеля управления, помещенных в общую оболочку.

Особенности производства и применения

В роли образца при выполнении экрана для различного типа проводников могут служить следующие элементы:

фольга;
электропроводимая бумага;
ленты из цветного металла;
оплетка из проводов.

Экранные ленты производят из меди и алюминия. Если ток, проходящий по проводнику, не превышает 50 А, то используются тонкие ленты. В противном случае экранировка выполняется из проволоки. Для источников оптимального диапазона применяются комбинированные экраны. А для оплетки могут использоваться волокна различного диаметра.

Сферы применения экранированных кабелей

Силовые магистрали нашли огромное применение для подключения техники и оборудования. Широкое использование в компьютерных технологиях, получили кабели контроля. Учитывая огромную защитную функцию от помех, их также используют для установки офисного оборудования, коммуникаций связи и защитных систем видеоконтроля.

Схема экранированного кабеля

Функции экрана зависят от назначения самого проводника, поэтому для каждого вида необходима своя схема экранировки. Для силовых проводов с напряжением до 3 кВ, производится двойная защита: кроме общего, экран накладывается на каждую отдельную жилу или пару. Экранированный электрический кабель имеет в своей маркировке литеру «Э». Исключением могут являться силовые магистрали напряжением свыше 6 кВ, так как экран здесь является необходимой и обязательной конструкцией.

Технические характеристики экранированных кабелей

Если взять неэкранированный и экранированный провод, то последний будет иметь ряд преимуществ:
1. Защитные функции от воздействия внешних электромагнитных полей.
2. Защита электрооборудования от внутреннего воздействия токов.
3. Защита проводки и блочных устройств от потенциальных токов.
Оптимальное напряжение используемое при прокладке контрольных проводников составляет 660 В/100 Гц, а для силовых — 660 В/1000 Гц. Допустимая температура эксплуатации от -50 до 50 градусов, а минимальная температура при монтаже — 15 градусов ниже ноля. Срок службы экранированной проводки от 25 и более лет.

Кабель КГЭ силовой медный экранированный

Силовой КГЭ проводник предназначен для подключения различных механизмов и техники, способной передвигаться и оснащенных системами защитного отключения при однофазном замыкании.

Чаще всего, их используют во внешних сетях, где присутствуют помехи наружного характера. Также они применяются в подземных коммуникациях и в помещения с огромной электромагнитной нагрузкой. При подключении оборудования, работающего от высоковольтных линий, а также если возникают вихревые токи и электромагнитные помехи, в оборудовании, запитанном от разных источников с индивидуальным заземлением.

Провод КГЭ представляет собой группу экранированных проводников витая пара, каждая жила которой состоит их множества волокон. Каждая жила имеет свою изоляцию и цвет. Кроме этого, силовой проводник оснащен общей полимерной оболочкой, имеющей высокие показатели прочности и температуру монтажа (от -45 до 70 градусов). Между наружной и внутренней оболочками размещается алюминиевая оплетка. Также здесь размещена индивидуальная заземляющая жила с собственной изоляцией, которую часто используют в роли монтажного троса.

Акустический провод экранированный: особенности и виды

Акустический провод с экраном, представляет собой двухжильный или многожильный провод, изолированный полимерными материалами (тефлон, полиуретан, поливинилхлорид). Для удобства они окрашены разным цветом. Основным токопроводящим элементом является медь, а экран представлен в виде металлической или пластиковой оболочки, препятствующей воздействию внешних токов, влияющих на качество звука.

Современные акустические шнуры подразделяются на несколько видов:

Балансный экранированный кабель — используется для аудио систем, имея два стержня, несущих идентичную информацию, с различной сходностью.
Star Quad — акустический провод, имеющий две пары изолированных стержней, которые имеют параллельное соединение.
Проводник, покрытый пластиковой оболочкой. Его часто используют при незначительном расстоянии (к примеру: для аудио установки авто).
Одножильный экранированный провод применяется для записывающих аудио- или видеоустройств.

Кроме этого, существуют отдельный вид акустических проводников, оснащенных экраном из фольги или ткани. Они обычно применяются для микрофонов.

Заключение

Учитывая разнообразие подобной проводки, при её прокладке и подключении необходимо учитывать все нюансы, касающиеся назначения, условий и наличия внешних источников электромагнитных полей, а также влияние окружающей среды. От этих факторов зависит эффективность экранирования.