Что такое экранированный кабель. Как устроен экран в проводах. Для чего нужно экранирование кабелей. Где применяются экранированные провода. Какие бывают типы экранов.
Что такое экранированный кабель и зачем он нужен
Экранированный кабель представляет собой электрический провод, имеющий дополнительный защитный слой — экран. Этот экран выполняется из проводящего материала и располагается между токопроводящими жилами и внешней изоляцией кабеля.
Основное назначение экрана в кабеле:
- Защита от внешних электромагнитных помех
- Предотвращение излучения электромагнитных волн самим кабелем
- Снижение перекрестных наводок между проводниками
- Улучшение передачи сигнала
Экранирование позволяет значительно повысить помехозащищенность кабельных линий и качество передаваемых сигналов. Это особенно важно для слаботочных систем и линий передачи данных.
Конструкция экранированного кабеля
В конструкции экранированного кабеля можно выделить следующие основные элементы:
- Токопроводящие жилы
- Изоляция жил
- Экран
- Внешняя оболочка
Экран обычно выполняется в виде оплетки из медных проволок или алюминиевой фольги. Он полностью окружает изолированные жилы кабеля. В некоторых конструкциях применяется двойное экранирование — комбинация оплетки и фольги.
Основные типы экранов в кабелях
Существует несколько основных типов экранов, применяемых в кабельной технике:
Экран в виде оплетки
Выполняется из тонких медных проволок, оплетающих жилы кабеля. Обеспечивает хорошую гибкость и долговечность. Эффективен для защиты от низкочастотных помех.
Фольгированный экран
Представляет собой тонкий слой алюминиевой фольги. Обеспечивает 100% покрытие. Эффективен для защиты от высокочастотных помех. Имеет малый вес, но менее устойчив к изгибам.
Комбинированный экран
Сочетает в себе оплетку и фольгу. Обеспечивает наилучшую защиту в широком диапазоне частот. Часто применяется в кабелях для передачи данных.
Области применения экранированных кабелей
Экранированные кабели широко применяются в следующих сферах:
- Системы промышленной автоматизации
- Контрольно-измерительное оборудование
- Аудио- и видеотехника
- Компьютерные сети
- Телекоммуникационные системы
- Автомобильная электроника
Особенно важно использование экранированных кабелей в условиях сильных электромагнитных помех, например, вблизи мощного промышленного оборудования.
Преимущества и недостатки экранированных кабелей
Рассмотрим основные плюсы и минусы использования экранированных кабелей:
Преимущества:
- Высокая помехозащищенность
- Снижение электромагнитного излучения
- Улучшенное качество передачи сигнала
- Возможность прокладки рядом с силовыми кабелями
Недостатки:
- Более высокая стоимость
- Большие габариты и вес
- Сложность монтажа
- Необходимость правильного заземления экрана
При выборе между экранированным и неэкранированным кабелем следует учитывать конкретные условия эксплуатации и требования к помехозащищенности линии.
Особенности монтажа экранированных кабелей
При монтаже экранированных кабелей необходимо соблюдать ряд правил:
- Экран должен быть правильно заземлен хотя бы с одной стороны.
- Следует избегать образования замкнутых контуров заземления.
- Необходимо обеспечить целостность экрана по всей длине кабеля.
- Экран не должен использоваться в качестве токопроводящей жилы.
- При соединении экранированных кабелей экраны также должны быть соединены.
Правильный монтаж позволяет в полной мере реализовать защитные свойства экранированных кабелей.
Экранированные кабели в компьютерных сетях
В компьютерных сетях широко применяются экранированные витые пары. Существуют следующие основные типы:
- FTP — экранированная фольгой витая пара
- STP — экранированная оплеткой витая пара
- SFTP — витая пара с двойным экранированием (оплетка + фольга)
Экранированные кабели позволяют обеспечить высокую скорость передачи данных при минимальном уровне помех. Особенно актуально их применение в промышленных сетях.
Заземление экрана кабеля
Правильное заземление экрана играет ключевую роль в обеспечении эффективного экранирования. Существует два основных способа заземления:
Одностороннее заземление
Экран заземляется только с одной стороны кабеля. Эффективно для защиты от электрических полей. Предотвращает протекание токов по экрану.
Двустороннее заземление
Экран заземляется с обеих сторон кабеля. Обеспечивает лучшую защиту от магнитных полей. Может вызывать протекание паразитных токов по экрану.
Выбор способа заземления зависит от конкретных условий применения кабеля и типа ожидаемых помех.
Перспективы развития экранированных кабелей
Развитие технологий экранирования кабелей продолжается. Основные тенденции включают:
- Разработку новых материалов для экранов
- Совершенствование конструкций комбинированных экранов
- Создание «умных» экранов с активным подавлением помех
- Миниатюризацию экранированных кабелей
- Повышение эффективности экранирования в широком диапазоне частот
Это позволит в будущем еще больше расширить области применения экранированных кабелей и повысить качество передачи сигналов в различных системах.
Экранированный кабель — что это такое
Каждое электрическое устройство, такое как электродвигатель, ноутбук, радиопередатчик, телекоммуникационные устройства или высоковольтные кабели, генерируют собственные электромагнитные поля, которые могут влиять на работу других устройств и вызывать их помехи. Для того чтобы противодействовать влиянию этих полей, применяются так называемые экранирование. Экранирование проводов — это способ защиты, который с помощью правильно изготовленных экранов, обычно называемых экранами, защищает электроустановки и устройства от воздействия электрических и/или магнитных полей. Такие экраны обычно изготавливаются из металла, их можно встретить, например, в электротехнических устройствах, помещениях или в некоторых электрических проводах.
Использование экранированных кабелей дает много преимуществ. Ответ на вопрос «в чем преимущества и почему стоит использовать экранированный кабель?» приводится далее в статье.
Разница между проводом и кабелем
Большинство людей, особенно люди, не имеющие отношения к электротехнической промышленности или имеющие общее представление об электричестве, ежедневно используют термин электрический кабель или электрический провод взаимозаменяемо.
Хотя для электриков-любителей это не будет большой ошибкой, для профессионалов, связанных с электротехнической промышленностью, это может внести некоторые неточности. Так в чем же разница? Электрические кабели всегда имеют герметичную и усиленную изоляцию , поэтому их можно эксплуатировать в различных условиях внешней среды, как внутри помещений, так и на открытом воздухе, например, в воде и земле.
Электрические провода могут иметь изоляцию, но это не обязательное требование, поэтому в основном их используют внутри помещений. Те, у кого нет изоляции, часто помещают в трубчатые оболочки. В свою очередь электрические провода с изоляцией строят на меньшие напряжения, чаще всего до 6кВ. Для сравнения, кабели можно использовать во всем диапазоне напряжений, т.е. ниже и выше 6 кВ.
Экранированный кабель — конструкция на примере коаксиального кабеля
Как было сказано выше, кабели отличаются от проводов тем, что всегда имеют изоляцию и применяются в широком диапазоне напряжений.
Пример конструкции кабеля с экраном показан ниже на рисунке 1. На него укладывается коаксиальный кабель, также известный как спутниковый или антенный кабель, имеющийся в большинстве домовладений. Используется для передачи маломощных переменных сигналов, в том числе для передачи сигнала от спутникового преобразователя к декодеру.
В электрических кабелях стандартно можно выделить четыре основных элемента — хотя не все из них имеют экран — и это:
— одножильный или многожильный электрический кабель (с отдельной внутренней изоляцией для каждой жилы) — обычно изготавливается из меди, также можно найти электрические провода алюминиевые или стальные,
— внутренняя изоляция (диэлектрик) — в случае коаксиального кабеля изоляционным материалом является полиэтилен, а в других кабелях также используется резина или ПВХ. Функция внутренней изоляции заключается, в том числе, в защите от поражения электрическим током. В случае многожильных кабелей отдельные цвета изоляции указывают, с каким кабелем мы имеем дело.
Поэтому это может быть фазный, нулевой или заземляющий провод,
— экран — это вторая проводящая среда после электрического провода. Обычно изготавливается в виде алюминиевой фольги, медной или алюминиевой оплетки. В полужестких воздуховодах он также доступен в виде втулки.
— внешняя изоляция – защищает кабель от внешних факторов, таких как механические повреждения или влажность. Внешняя изоляция выполнена из термопластичных и термореактивных материалов, например поливинилхлорида (ПВХ).
Экранирование — что это? Откройте для себя преимущества!
Основные преимущества использования экрана в кабелях описаны ниже:
– Экранирование в основном используется для сдерживания электрических и магнитных полей, особенно с более высокими частотами. Экран позволяет защитить окружающую среду от полей, исходящих от устройства и наоборот – защищает устройство от воздействия магнитных или электрических полей, возникающих снаружи.
Коаксиальные кабели передают цифровые и аналоговые сигналы в диапазоне от 20 Гц до 15 ГГц и в них можно встретить экран в виде фольги и оплетки. В случае спутникового сигнала передача от конвертора на спутниковый ресивер происходит в диапазоне частот от 950 МГц до 2150 МГц. Возникает вопрос, зачем в спутниковом кабеле двойное экранирование? Речь идет в первую очередь о механическом и экономическом аспекте — при отсутствии фольги оплетка должна была бы быть толще и плотнее, что ухудшило бы возможность изгиба кабеля и себестоимость его производства. При производстве спутниковых кабелей нет смысла делать тугие оплётки, если использование дополнительной фольги дает такой же или такой же конечный результат, как и тщательное плетение. Использование фольги — более дешевое решение, оно просто позволяет «залатать» разрыв в оплетке, но сама фольга относительно тонкая, из-за чего экранирует намного хуже, чем сплошная оплетка.
– Экранирование обеспечивает безопасность в виде защиты от поражения электрическим током и ограничивает токи короткого замыкания.
Для предотвращения появления напряжения снаружи щиток заземляют. Даже если внешняя изоляция повреждена, напряжения снаружи кабеля не будет. Это позволяет избежать опасных междуфазных коротких замыканий и скачков напряжения в оборудовании рядом с кабелем.
– Экранирование обеспечивает равномерное распределение магнитного поля. Однако следует учитывать, что, например, в случае двухпроводной линии с увеличением толщины стенки экрана распределение магнитного поля во внутренней области экрана будет становиться все больше и больше. неровный. Поэтому важными параметрами экрана являются его толщина, плотность покрытия и проводимость материала, из которого он изготовлен. Если экран спроектирован правильно, чтобы он мог должным образом выполнять свою роль, необходимо учитывать эти три параметра. Помимо толщины экрана, на распределение магнитного поля в упомянутых двухпроводных линиях влияет также явление близости и реверсивности токов в проводах.
Электрические линии могут вызывать электромагнитные помехи как в своей работе, так и в работе других устройств, и они тоже это чувствуют — в результате эффекта связи.
Поэтому для обеспечения ЭСМ (электромагнитной совместимости) линия должна быть экранирована. Экранирование — это защитный эффект, выражающийся, прежде всего, в так называемом оптическом покрытии, т. е. в области, которая визуально закрывается экраном. Например, если линия имеет медную или алюминиевую фольгу в качестве экрана, можно говорить о 100%-м покрытии, поскольку она действует как труба. Если экран плетеный или сложенный проволокой, это имеет то преимущество, что в отличие от фольги он намного прочнее и устойчивее к изгибу. Однако недостатком оплетка заключается в том, что площадь покрытия уменьшается, потому что между каждым экранирующим проводом есть небольшой зазор. Как правило, оплетки имеют плотность покрытия в диапазоне от 30% до 95%.
Было показано, что в случае линейных кабелей наилучшим решением является плетеный экран с оптимальным углом наклона оплетки. С другой стороны, когда речь идет о витых проводах (так называемых «витых проводах»), оптимальным экраном является фольга, помещенная между внутренней изоляцией — оплеткой всех одиночных проводов в витой паре — и трубой-оболочкой.
Экранированная витая пара и не экранированная витая пара
Одним из наиболее очевидных преимуществ медных кабелей является то, что они намного дешевле, чем оптоволоконные кабели, и их гораздо проще подключить. На выбор соответствующего типа кабеля влияют окружающая среда и его назначение.
В случае витых кабелей можно выделить следующее деление:
— неэкранированная витая пара
— экранированная витая пара
Неэкранированный кабель представляет собой витую пару UTP.(неэкранированная витая пара), которая используется в сетевых приложениях. Обычно он состоит из четырех пар медных проводов от 22AWG до 28AWG, каждый из которых изолирован и скручен. Неэкранированная симметричная витая пара UTP состоит из витых пар проводов (обычно четырех) с оболочкой из ПВХ или LSZH (Low Smoke Zero Halogen). Обозначение LSZH означает, что крышка изготовлена из материала, не выделяющего при пожаре вредных газов. Ухудшение характеристик такого кабеля может быть вызвано, в том числе, превышение радиуса изгиба кабеля, слишком большое натяжение (растяжение) или отсутствие терминатора.
Возникающие электромагнитные помехи также ухудшают характеристики кабеля UTP, поэтому его используют для сред с низким уровнем электрических помех.
О преимуществах экранированных кабелей уже упоминалось ранее. Наиболее популярны экраны из фольги и металлической оплётки (плетенки). Фольга обеспечивает 100% непрозрачность, тесьма от 30 до 95%. Однако оплетка обеспечивает лучшую общую защиту, поскольку она толще фольги и поглощает больше электромагнитных помех. Характеристики плетеных экранов также лучше на более низких частотах. Фольга тоньше, реже подавляет помехи, но обеспечивает лучшую защиту в более широком диапазоне частот. Поэтому для наилучшей защиты иногда применяют комбинированные экраны из фольги и тесьмы. Экраны могут окружать все пары витых проводов вместе и/или отдельные пары витых проводов.
Обозначения экранированной витой пары
Существует несколько типов кабелей с витой парой, и их терминология менялась с годами. UTP используется для неэкранированной витой пары.
В случае экранированных витых пар можно встретить следующие буквенные сокращения. Буква перед косой чертой представляет общий внешний экран, а буква после косой черты представляет экран вокруг отдельных витых пар медных (электрических) проводов.
И так:
– U/FTP (Unshielded/Foiled Twisted Pair) – это кабель без внешнего общего экрана, но с экраном из фольги, который окружает каждую пару из четырех электрических проводов.
– Ф/УТП (Фольгированная/неэкранированная витая пара) — этот кабель имеет общий экран из фольги вокруг всех электрических проводов в кабеле. Отдельные пары проводов не имеют индивидуального экрана.
– Sc/FTP (Screened/Foiled Twisted Pair) – кабель имеет общий экран из проволочной сетки под внешней изоляцией кабеля. Отдельные пары электрических проводов также окружены одиночными экранами из фольги.
– F/FTP (Foiled/Foiled Twisted Pair) – в таком кабеле под внешней изоляцией находится экран из фольги. Кроме того, отдельные пары электрических проводов также окружены одиночными экранами из фольги.
Кабели Sc/FTP и F/FTP обеспечивают наилучшую защиту от внешних шумов и посторонних перекрестных помех.
Экранированные кабели управления
Кабели управления используются для передачи сигналов управления между передатчиком и приемником. Их можно найти, например, в промышленных роботах, сборочных линиях, станках с ЧПУ и т. д. Как следует из названия, они предназначены для управления устройством с помощью электрического сигнала, что также означает, что они должны быть устойчивы к помехам. В противном случае воздействие помех на управляющий сигнал может привести к неисправности устройства.
Кабели управления используются как в стационарных, так и в мобильных установках. Для получения адекватного ослабления асимметрии используются параллельно скрученные проводники. Для повышения устойчивости к электромагнитным помехам помимо экрана в виде алюминиевой фольги или оплетки применяют еще и заземляющий провод. Часто можно встретить двойной экран. Затем внешнюю оплетку оцинковывают для повышения ее устойчивости к механическим движениям.
Кабели управления очень часто используются в мобильных приложениях, что делает их подверженными — в дополнение к суровым условиям окружающей среды — повышенным нагрузкам, возникающим в результате движения, скручивания или частых изгибов. Во избежание быстрого износа или повреждения изоляции провода управления покрывают полимерными материалами с повышенной стойкостью к указанным выше механическим движениям. Кроме того, тросы управления часто укладывают в так называемые цепи, которые обеспечивают дополнительную защиту от истирания или повреждений, вызванных многократным изгибом.
Направляющие уменьшают износ и давление на кабели во время изгиба, а также помогают организовать и удерживать их на месте. Ведущим производителем энергоцепей является немецкая компания igus®, которая за последние годы внедрила множество технологических инноваций в свои энергоцепи. В первую очередь речь идет о типе используемых материалов, благодаря которым удалось добиться большей долговечности при меньшем весе цепи, что, несомненно, является большим преимуществом.
Еще одним преимуществом является их модульная структура, которая делает установку цепей относительно простой, и их можно довольно гибко адаптировать к индивидуальным требованиям, например, в отношении длины. Однако перед выбором направляющей для кабеля управления убедитесь, что кабель совместим с направляющей.
Для этого
– внешние диаметры и количество используемых тросов – для определения внутреннего размера цепи
– радиус изгиба тросов – затем можно выбрать соответствующий радиус цепи,
– общий вес тросов – для выбора провисания цепи.
igus® также специализируется на производстве электрических кабелей. Кабели для мобильного применения доступны на рынке под названием chainflex®. Ассортимент chainflex® очень широк и включает более тысячи различных кабелей, включая кабели управления, кабели для сервоприводов, кабели для двигателей или роботов, кабели для шин и многие другие. Доступен как в экранированном, так и в неэкранированном исполнении.
Кабели управления chainflex® отвечают различным механическим требованиям, в том числе являются:
– способными к скручиванию,
– пригодными для особо жестких лучей и низких температур,
– устойчивыми к УФ-излучению,
– огнестойкими и не содержащими галогенов.
Обозначение chainflex® M относится к кабелям, надежность которых гарантирована в течение одного миллиона циклов движения.
К экранированным кабелям управления относятся, среди прочего, версии:
– LIYCY,
– JZ-500-C,
– серии IGUS: CF2, CF6, CF10, CF78, CF99, CF140, CF180.
Экранированный кабель для управления двигателем
Кабели двигателя подвергаются чрезвычайно высоким нагрузкам, например, частые изгибы или высокие скорости и ускорения. Кроме того, они часто подвергаются воздействию УФ-лучей или контактируют с органическими маслами и охлаждающей жидкостью. Доступны как одножильные, так и многожильные кабели, экранированные и неэкранированные. К экранированным кабелям двигателя igus относятся, в частности: экранированный кабель CF31, CF35, CF38, CF270, CF886, CF896, CFROBOT или экранированный кабель CFROBOT7.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) оказывает решающее влияние на управление двигателем с помощью инвертора, поэтому здесь так важна электромагнитная совместимость (ECM).
В этом случае используйте экранированные кабели. Одним из них является, например, многожильный кабель управления с двойным экраном с маркировкой 2XSLCY-J. Этот кабель используется для подключения двигателя к инвертору, а кабель 2YSLCY используется для передачи данных.
С другой стороны, для управления серводвигателями используется только качественный экранированный кабель, т.н. серво кабели. Кабели для сервоприводов в ассортименте igus® обозначаются как CF21, CF27, CF29, CF210, CF220, CF270, CF280, CF887, CF897.
Экранированные кабели для направляющих
Тросы для направляющих приспособлены для работы с наименьшими радиусами изгиба, поэтому отличаются повышенной устойчивостью к механическим движениям, таким как скручивание, раздавливание или изгиб.
В конструкции таких кабелей можно выделить следующие характеристики:
— Жилы в таких кабелях должны соответствовать высоким требованиям гибкости. Один из способов улучшить его — сделать одну жилу из кучи тонких проводов — вместо одного провода того же диаметра.
Соответствующие инновационные полимерные материалы используются для производства защитных покрытий, а также для повышения прочности на изгиб.
– Плетеный экран более устойчив к изгибу, чем фольга, поэтому этот тип экрана в основном используется в кабелях для мобильных устройств. Для повышения прочности оплетку обычно изготавливают из меди, подвергнутой процессу цинкования. Медь обладает большей гибкостью, чем алюминий, что делает ее более устойчивой к изгибу.
Сейчас доступны различные версии энергетических цепей, как для одно-, двух-, так и для трехмерного (3D) движения — например, в промышленных роботах. В целом кабели для энергоцепей должны соответствовать ряду стандартов и руководств, в том числе требованиям безопасности, связанным с электромагнитной совместимостью (ЭМС). Большинство кабелей, доступных на рынке, можно разместить в направляющих, таких как кабели управления, кабели двигателей, кабели сервоприводов, кабели передачи данных и т. д. Примером может служить кабель управления OLFLEX FD CLASSIC 810 CY от LABB KABEL, кабели передачи данных.
от HELUKABEL или вышеупомянутые ранее кабели igus®. Однако важно, чтобы отдельный кабель был адаптирован с точки зрения конструкции для мобильного применения. В первую очередь следует помнить о правильном подборе.
Заземление экранированного кабеля
Целью использования электромагнитного экрана является либо закрытие генерируемого в нем электромагнитного поля и предотвращение его распространения, либо создание пространства, свободного от внешних полей. В проводах электронных устройств возникают перепады напряжения, что приводит к так называемым электромагнитным помехам (ЭМП). Это также относится к области промышленной автоматизации.
Что касается видов помех, то их пять видов, но они обычно возникают одновременно — а это:
— гальванические,
— емкостные,
— индукционные,
— волновые,
— радиационные.
Помехи способствуют некорректной работе отдельных функций данного устройства и даже могут стать причиной его полного выхода из строя.
Для предотвращения появления помех применяют экранирование приборов и проводов К экранам относятся магнитные, электромагнитные и электростатические экраны.. Электростатическое экранирование работает по принципу электростатической индукции, подобно клетке Фарадея, внутренняя часть которой защищена проводником, перехватывающим на своей поверхности электрический потенциал, поступающий извне. Благодаря этому внутренняя часть клетки освобождается от внешних электрических полей. Чтобы экранированные кабели выполняли свои защитные функции, необходимо помнить об их правильном заземлении. При таком расположении электропроводный материал экрана соединен с землей или опорным потенциалом. При отсутствии заземления экран в кабеле становится просто бесполезным.
Экран можно заземлить двумя способами, т. е. односторонним или двусторонним. Например, если кабель имеет двойное экранирование, один из экранов может быть заземлен с одной стороны, а другой — с обеих сторон.
Тип ожидаемых помех влияет на выбор метода заземления:
– требуется одностороннее заземление для защиты от внешних электрических полей.
Эта комбинация особенно выгодна для устранения емкостных и индуктивных помех и предпочтительна только для низкочастотных сигналов низкого напряжения.
– для исключения влияния переменного магнитного поля применяют двухстороннее заземление. Однако затем так называемая контур заземления, который дополнительно создает гальванические помехи и способствует низкочастотным магнитным возмущениям. Для уменьшения помех при заземлении с обеих сторон применяют двойное экранирование проводов, при котором внешний экран заземляется с двух сторон, а внутренний — с одной. Такую систему можно встретить при передаче высокочастотных сигналов. Для уменьшения гальванических помех можно подключить внешний экран с обоих концов, но экран должен быть подключен к опорному потенциалу через конденсатор с одной стороны.
Где используются экранированные кабели?
За последние двадцать лет потребность в более высоких скоростях сети привела к разработке новых спецификаций и технологий кабелей.
Развитие каждого поколения Ethernet сопровождается соответствующим развитием кабельных технологий. Частью этого развития является более широкое использование экранированных кабелей. Они все чаще используются в высокоскоростных сетях, особенно когда речь идет о минимизации AXT (Alien Crosstalk) на линиях 10 GbE.
Экранированные кабели обычно использовались для передачи сигналов на большие расстояния. За счет экрана они минимизировали электромагнитные помехи EMI по всей длине кабеля. Источниками электромагнитных помех, обычно называемых шумом, могут быть, например, двигатели лифтов, люминесцентные лампы, генераторы, кондиционеры или принтеры. Поэтому рядом с такими устройствами также используются экранированные кабели, даже если длина кабеля меньше. Кроме того, экранированный кабель также часто используется во взрывоопасных местах, например в шахтах.
Экранированные кабели — резюме
Подводя итог, можно сказать, что экранированный кабель имеет ряд преимуществ, таких как: снижение электрических помех, улучшение передачи сигнала, снижение электромагнитного излучения или предотвращение перекрестных помех между аналогичными кабелями.
Однако следует также учитывать, что экранированные кабели более дорогие, менее гибкие и могут быть более сложными в установке, чем не экранированные кабели, включая необходимость заземления.
Заземление экранированного кабеля хотя бы с одной стороны необходимо для исключения влияния электромагнитных помех на кабели. Кроме того, большинство экранированных кабелей тяжелее и толще неэкранированных, что также следует учитывать при планировании кабельной линии.
Помехи, наводки, экранированные кабели
Понравился материал? поделись им.
Основні правила екранування кабелю, стаття vse-e.com / Новини
Якщо розглянути різні галузі виробництва та промисловості, можна відзначити, що в кожній з них особливо важливо та цінно, щоб кабель та провід були надійними та довговічними.
Особливо цінують надійну роботу кабелю, наприклад, у теле- та радіомовленні. Дійсно, будь-яка помилка, допущена в сигналі, веде до спотворення інформації, що передається, а це неприпустимо. Тому фахівці продовжують працювати у напрямі розробки все кращих варіантів екранування, щоб сигнал залишався цілісним і не втрачалася його якість.
Екранування кабелю, загальні поняття
Небагато історії: вперше про електромагнітні перешкоди почали говорити на науковому рівні з 1960-х років. Причому, йшлося про наявність перешкод, які впливали весь електромагнітний діапазон. Адже до цього часу через розвиток лише радіосигналів бралися до уваги радіочастотні перешкоди. Зараз усі перешкоди, які відносяться до неіонізуючої частини електромагнітного спектру, мають назву електромагнітних. Тут маються на увазі проблеми щодо контурів заземлення, шляхів опору, вплив статичних зарядів, електричних і магнітних полів, вплив силових ліній і джерел живлення тощо.
Є ще один термін, трибоелектричні шуми, які безпосередньо пов’язані з рухом компонентів кабелю.
Причина таких шумів – це статичний та п’єзоелектричний ефекти. Часто виникають там, де провід піддається ударам та деформації. Боротися із шумами можна за допомогою екранування. Для цього необхідно розібратися у принципі роботи та видах екранування, яким користуються сьогодні.
Між сердечником та зовнішньою оболонкою кабелю знаходиться екран. Якщо кабель має кілька токонесучих жил, екранування розташовується навколо жил, як єдиний загальний шар. При необхідності уникнути впливу жил одна на одну, може використовуватися екрануючий шар на кожну окрему жилу. Будь-який з безлічі способів має свої недоліки та переваги. Для цього необхідно у кожному конкретному випадку приймати найбільш доцільне та вигідне рішення.
Екранування кабелю, основні варіанти
Є такі варіанти, як екранувати кабель і провід.
Екранування кабелю оплеткою. Характеризується гнучкістю та великим терміном служби. Обплетення захищає від впливу низьких частот, має невеликий опір для постійного струму порівняно з фольгою.
Такий тип екранування чудово підходить для радіочастотних кабелів та аудіо кабелів. Тут важлива наявність якісного перекриття, оскільки саме цей факт впливає ефективність.
Екранування кабелю плівкою. Цей вид екрану виготовляється з фольги. Матеріал – алюміній, покритий зверху поліпропіленом чи поліефіром. Такий шар повністю покриває провідник, легкий та тонкий. Також фольга коштує дешевше. Її можна використовувати для екранування не лише, а лише потрібної ділянки або компонентів кабелю. Для цього застосовують клей, щоб з’єднати екран із зовнішньою оболонкою або діелектриком. Такий вигляд екрану добре захищає від високочастотних перешкод. При цьому якщо кабель піддається в процесі експлуатації частим вигинам, прослужить екран не довго. Важливо, щоб конструкція з фольги не мала шва, через який просочувалося б електромагнітне поле і перешкоди. Для цього один із країв фольги складають таким чином, щоб вийшов так званий замикаючий шар.
Екран з обплетення та плівки.
Комбінований вигляд екрану має кілька захисних шарів, що допомагає ефективно боротися з перешкодами на будь-якій частоті. Такий спосіб дозволяє найбільш надійно захистити кабель, повністю покрити його, при цьому зберігши високу гнучкість, міцність і низькі показники опору до постійного струму.
Екранування методом French Braid. Метод цікавий тим, що представлений двома багатожильним спіралями, що йдуть на зустріч один одному. Матеріал виготовлення — мідний дріт (або без покриття, або покритий шаром олова з чергуванням перехльостування вздовж зміщеної осі). Відрізняється високою якістю та захистом від шумів, зберігає гнучкість та міцність кабельної продукції.
Способи тестування екранування
Такі тести потрібні для того, щоб підібрати правильний не лише за вартістю, а й за ціною кабель. Щоб вирішити це завдання, для початку варто відповісти на прості запитання такого типу: Яких перешкод вам потрібно уникнути? Навіщо екранувати кабель? Це захистить сигнал, що передається по ньому, від зовнішнього впливу? Або щоб попередити вихід електромагнітного поля за межі кабелю, яке виникає внаслідок струмів, що проходять? Які частоти потрібно виключити? Процес експлуатації має на увазі механічний вплив (загини, перегини)?
Розглянемо кілька варіантів тестування кабелю.
Повний передатний опір. Даний тест дає можливість отримати абсолютний показник ефективності екрана, призначеного захищати кабель від частоти випромінювання до 1000 МГц, а також від статичних зарядів. Цей спосіб тестування досить популярний і надійний. Рекомендується міжнародною комісією з електротехнічних питань, а також військовими. Передатний опір залежить від конструкції екрана кабелю, тобто чим його значення нижче, тим екран працює ефективніше. Розрахунок проводиться на основі співвідношення сигналу коаксіального кабелю до сигналу, який з використання спеціального дефлектора вловлюється у навколишньому середовищі. Екранування дає поділ довкілля та середовища всередині самого кабелю.
Метод поглинаючого затиску. Тут використовується спеціальний прилад, який може ефективно вловлювати сигнали, що походять від кабелю, при цьому зберігаючи його цілісність. Після отримання даних їх порівнюють з рівнем випромінювання такого ж кабелю аналогічної довжини, але без наявності екрана.
З даних, обчислюється ефективність екранування.
Метод GTEM осередку (Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode). Даний метод заснований на дії гігагерцових електромагнітних хвиль в їх поперечній складовій. Як працює: береться шматок кабелю, роз’єм або електронний пристрій. Його поміщають усередину камери і піддають дії поля попередньо відомої величини. Або сама комірка камери може виступати як детектор, що уловлює випромінюваний сигнал. Метод працює у діапазоні до 1 ГГц.
Метод Flex Test. Як поводитиметься кабель в умовах активної експлуатації? Це питання, звичайно ж, має першорядне значення. Таким чином, за допомогою даного методу кабель тестується в ситуаціях впливу на нього механічно, після чого порівнюються показання ефективності екранування до і після навантаження (скручування, вигину). Даний метод хороший і в тому випадку, якщо ви хочете дізнатися залишковий ресурс провідника.
Сьогодні галузь кабельно-провідникової продукції продовжує активно розвиватися, з’являються нові види кабелю, які технологія виробництва ускладнюється.
Того ж вимагають і методи тестування – постійного вдосконалення, оскільки особливо важливо ще від початку мати можливість провести оцінку тих чи інших перешкод, що впливають на якість сигналу, що передається. Це надійний спосіб розробити оптимальний варіант конструкції кабелю.
Автор: МЕГА КАБЕЛЬ
Экранирование кабеля: когда? Почему? | New England Wire Technologies
Почему в электрических кабелях используются экраны? В дополнение к преимуществу защиты компонентов кабеля от повреждения в результате движения и использования кабеля, для многих приложений необходимо надлежащее экранирование, поскольку оно может предотвратить нежелательные внешние помехи. Во многих приложениях электромагнитные помехи (EMI) представляют собой угрозу целостности сигнала. Качество экрана имеет особое значение в приложениях со слабым сигналом или высокой частотой, где небольшое изменение может иметь значительное влияние. Все электрические кабели будут излучать энергию и получать энергию из окружающей среды.
Таким образом, экранирование также можно использовать для сдерживания электромагнитной энергии, излучаемой кабелем, что может защитить близлежащие чувствительные компоненты.
Три наиболее распространенных типа экранов, используемых New England Wire для многожильных кабелей, — это оплетка, спираль и фольга. Плетеный экран выполнен из переплетенной токопроводящей проволоки. Оплетка может быть изготовлена с использованием самых разных материалов и размеров проволоки и может применяться в широком диапазоне диаметров кабеля. Спиральный экран выполнен из токопроводящей проволоки, спирально навитой на сердечник. Как и в случае с оплеткой, можно использовать различные материалы и размеры проводов, однако спиральные экраны обычно ограничиваются кабелями малого или среднего размера для достижения высокого покрытия. Экран из фольги представляет собой металлическую фольгу, спирально обернутую вокруг кабеля внахлест.
Можно использовать различные варианты фольги, однако наиболее распространенным является ламинированный алюминий с полиэфирной подложкой. Варианты или комбинации стандартных типов часто используются для предоставления индивидуального решения для конкретного приложения.
В дополнение к вариантам экранирования на основе проволоки и фольги, мы также можем производить с полупроводниковыми лентами, покрытиями или экструдированными слоями. Обычно они используются в сочетании с проволочными экранами для обеспечения дополнительного экранирования, но, что более важно, они используются для малошумных или устойчивых к коронному разряду высоковольтных кабелей.
Итак, какой тип щита лучше?
Идеальный метод экранирования для любого применения зависит от конкретного применения, для которого он будет использоваться. Например, эффективность экранирования на низких частотах во многом зависит от сопротивления. Поэтому идеально подходят проволочные экраны, такие как спирали и оплетки.
На высоких частотах покрытие становится основным фактором, что делает экраны из фольги со 100-процентным покрытием наиболее эффективным вариантом. На средних частотах важны как сопротивление, так и покрытие, поэтому обычно используется оплетка с высоким покрытием.
Хотя эффективность экранирования часто является одной из основных проблем для большинства приложений, следует учитывать и другие последствия экранирования. Конструктивные ограничения, такие как гибкость, срок службы при изгибе, диаметр, вес и стоимость, могут повлиять на выбор экрана. Кроме того, чтобы получить все преимущества экранирования, экран должен быть правильно заземлен, следовательно, средства подключения могут играть роль при выборе экрана.
Варианты или комбинации стандартных типов экранов часто используются для обеспечения максимальной эффективности экранирования для данного приложения. Например, наложение фольги и оплетки обеспечит экран со 100% покрытием и низким сопротивлением, что делает его эффективным от низких до высоких частот.
В последнее время экранирование стало столь же важным, как и любой другой элемент дизайна. Растущая сложность современных систем связи и управления в сочетании с увеличением расстояний, на которые необходимо передавать сигналы и средства управления, привела к экспоненциальному увеличению отказов, связанных с электрическими помехами (шумом). В зависимости от применения на кабели могут отрицательно воздействовать электромагнитные/радиочастотные помехи/ESI (электромагнитные помехи, радиочастотные помехи, электростатические помехи), также известные как «сигнальные помехи». помехи сигнала, надлежащее экранирование жизненно важно.
