Щит заземления. Заземление экрана кабеля: теория, практика и влияние на эффективность экранирования

Как правильно заземлить экран кабеля. От чего зависит эффективность экранирования. Какое влияние оказывает способ подключения экрана на его характеристики. Теория экранирования и модели физической и электрической среды. Поверхностное передаточное сопротивление и методы его расчета и измерения.

Теория экранирования кабеля и модели физической среды

Эффективность экранирования кабеля зависит от многих факторов, включая конструкцию экрана, способ его подключения и характеристики окружающей среды. Чтобы разобраться в этом вопросе, рассмотрим основные аспекты теории экранирования:

• Модель физической среды экранированного кабеля
• Модель электрической среды
• Понятие поверхностного передаточного сопротивления
• Методы расчета и измерения характеристик экрана

Базовая модель физической среды экранированного кабеля включает две связанные линии передачи — внешнюю (между экраном и заземляющей плоскостью) и внутреннюю (между экраном и сигнальными проводниками). Связь между ними характеризуется поверхностным передаточным сопротивлением Z

t.

Поверхностное передаточное сопротивление и его влияние на эффективность экранирования

Поверхностное передаточное сопротивление Z_t является ключевым параметром, определяющим эффективность экранирования. Оно связывает напряжение помех, возникающее на внутренних проводниках кабеля, с токами, протекающими по внешней стороне экрана.

Z_t можно рассчитать теоретически или измерить экспериментально. Расчетный метод основан на физических свойствах экрана и дает представление о физике процесса экранирования. Для сплошных экранов Z_t можно рассчитать по формуле Шелкунова:

Z_t = R_DC * (1 + j) * sqrt(f / (5.4 * 10^7 * t^2 * μ_r * σ_r))

где R_DC — сопротивление экрана постоянному току, t — толщина экрана, μ_r и σ_r — относительные магнитная проницаемость и проводимость материала экрана, f — частота.

Особенности экранирования для различных типов экранов

Характеристики экранирования существенно различаются для сплошных и плетеных (обмоточных) экранов:

• Для сплошных экранов эффективность экранирования улучшается с ростом частоты
• Плетеные и обмоточные экраны имеют более сложную частотную зависимость из-за наличия отверстий или щелей
• Z_t плетеных экранов растет с частотой до некоторого пикового значения, затем колеблется
• Частота пика Z_t зависит от длины кабеля

Для плетеных экранов Z_t обычно определяют экспериментально, измеряя его частотную зависимость для образца кабеля.

Влияние способа подключения экрана на его эффективность

Способ подключения экрана кабеля оказывает существенное влияние на его эффективность:

• Заземление с одного конца:
  • Разрывает контуры заземления
  • Может вызывать емкостную связь на высоких частотах
  • Снижает эффективность экранирования, особенно на высоких частотах
• Заземление с обоих концов:
  • Обеспечивает максимальную эффективность при малой разности потенциалов между концами
  • Требует правильного подключения экрана на 360° с обоих концов
  • Неправильное подключение (например, косичками) значительно снижает эффективность

Выбор оптимального способа заземления экрана

Выбор способа заземления экрана зависит от конкретных условий применения:

• На низких частотах (до сотен кГц) заземление с одного конца может быть достаточно эффективным
• На высоких частотах (МГц и выше) предпочтительно заземление с обоих концов
• При большой разности потенциалов между концами кабеля может потребоваться компромиссное решение

В любом случае необходимо обеспечить правильное подключение экрана, желательно на 360°, для достижения максимальной эффективности экранирования.

Влияние экрана на форму сигнала

Экран кабеля оказывает фильтрующее воздействие на передаваемый сигнал, независимо от способа его подключения:

• Экран действует как фильтр верхних частот
• Подавляются низкочастотные составляющие сигнала
• Время нарастания импульсов на внутренних проводниках уменьшается

Это необходимо учитывать при передаче широкополосных сигналов по экранированным кабелям.

Практические рекомендации по заземлению экранов кабелей

На основе рассмотренной теории можно сформулировать следующие практические рекомендации:

1. По возможности используйте заземление экрана с обоих концов для максимальной эффективности
2. Обеспечьте подключение экрана на 360° с обоих концов кабеля
3. Избегайте использования косичек для подключения экрана
4. При невозможности заземления с обоих концов используйте заземление с одного конца на низких частотах
5. Учитывайте влияние экрана на форму передаваемого сигнала
6. Для ответственных применений проводите измерения эффективности экранирования

Правильное заземление экрана кабеля позволяет максимально использовать его защитные свойства и снизить уровень электромагнитных помех в системе.

Расценки на строительно-монтажные работы | Портал сметчика

---

Список оборудования и материалов:

ID:1

С2000-М Пульт контроля и управления

ID:808

Кабель силовой и связи

ID:5

Коробка монтажная КМ-О(4К)

ID:45

Подключение кабелей и проводов

ID:455

Лоток

ID:1049

Кронштейн

ID:274

ВРУ. Вводно-распределительное устройство

ID:2334

Монтаж металлического мангала

ID:2333

Вентилятор радиальный ВРАН6-035-Т80 с электродвигателем А80В2, N=2.2кВт, n=2820 об/мин. комплектно с ШУВ (масса вентилятора 31,9кг)

ID:332

Датчик температуры наружного воздуха

ID:488

Контур заземления

ID:2332

РИП-24 исп.

51

ID:295

ИБП Источники бесперебойного питания

ID:875

Выключатель автоматический

ID:106

Частотный преобразователь

ID:113

ЩРН-П-12 IP41 Щиток модульный навесной

ID:121

RJ-45 коннектор

ID:22

Коммутатор WS-C2960S-48FPS-L

ID:568

DIN-рейка (динрейка)

ID:177

Патч-панель 19 , 1U, 24 порта RJ-45, категория 5e

ID:12

Аккумуляторы DTM

ID:1038

Шина нулевая в корпусе

ID:44

Трубы гибкие гофрированные из ПХВ «DKC”

ID:222

UTP Кабели «витая пара» (LAN)

ID:4

Извещатель пожарный ручной ИПР-513

ID:108

РИП12 Источник питания резервированный

ID:753

Трос

ID:1533

Насос

ID:383

Шкаф металлический с монтажной платой

ID:16

Короба пластмассовые

ID:1910

Ограждение из нержавеющей стали

ID:1043

Муфта кабельная, для силового кабеля

ID:877

прожектор светодиодный

ID:594

Cмесительный узел

ID:101

С2000-БКИ Блок индикации с клавиатурой

ID:1542

труба стальная водогазопроводная

ID:25

УК-ВК Устройство коммутационное

ID:330

Контактор

ID:13

Считыватель-2 исп.

01 Монтажная площадка под «Touch Memory»

ID:47

С2000-СП1; СП2; СП4 Блок сигнально-пусковой

ID:61

Рукава металлические

ID:56

Кабель (монтаж для систем ОПС)

ID:340

Системный блок ПК

ID:2011

Контроллер

ID:223

Коммутатор

ID:86

УДП 513-3АМ исп.02 Устройство дистанционного пуска адресное. Извещатель пожарный ручной.

ID:104

С2000-КПБ Контрольно-пусковой блок

ID:404

Приточно-вытяжная установка

ID:1732

Кросс оптический в стойку КОР-32У

ID:215

Розетка 220В

Ещё 50

Разделы сайта ➤

---

Канал «PNR SYSTEM» на Дзен

Где и как учтены расходы на испытания электрооборудования.

Уважаемые коллеги, большая просьба подписаться на канал.

Перейти на канал ➤

---

👱 Сейчас на сайте: 62

---

Ваши вопросы

Уважаемые специалисты сметчики, поучаствуйте в дискуссии. Поможем коллегам!

9 часов назад

Карпенко Матвей
Красноярск

Коллеги, помогите разобраться. Подрядчик выполняет работы на высоте по сборнику ферм26, в смете есть коэффициент учитывающий работы на высоте. Подрядчик еще накрутил сверху коэффициент на обеспечение  ...

💬 1     😎 63

10.02.2023

Оксана
Хабаровск

Добрый день) Подскажите пожалуйста, как учесть прокладку лидер троса для подвески ВЛ 35кВ и  прокладку лидер троса для монтажа оптического троса (ОКГТ) ВЛ 35 кВ. ...

💬 1     😎 161

10.02.2023

Надежда
Лесной

Уважаемые коллеги, подскажите, пожалуйста, как правильно учесть в смете расходы на спецпроверку и специсследования оборудования? . ..

💬 2     😎 252

Напишите Ваш вопрос или сообщение

Перейти в раздел «Вопросы» Ещё 248 … ➤

---

Группа «PNR SYSTEM» (ВКОНТАКТЕ)

Версия для ПК ➤

Мобильная версия ➤

---

Электронные ссылки

ФГИС ЦС ➤

Минстрой России ➤

Федеральный реестр сметных нормативов ➤

Индексы изменения сметной стоимости ➤

Федеральные единичные расценки ФЕР-2020 ➤

Сметно-нормативная база ФСНБ-2022 ➤

---

     Уважаемые пользователи, информация, размещенная на сайте, является личным мнением администрации сайта, экспертов и пользователей сайта, которое основывается на документах сметного нормирования. Сайт предоставляет информацию, а вы как специалисты решаете использовать эту информацию или нет.

---

---

Услуги от профессионалов ➤

---

Задать вопрос эксперту:

Администратор

Работкин Дмитрий Васильевич

Михаил Кисляков

---

Услуги сметчиков:

Составление смет в частном порядке, входной контроль сметной документации, разработка программы на ПНР и другие виды работ.

Константин | Екатеринбург

Женечка | Москва

Юлия Шмелева | Екатеринбург

Наталья | Новосибирск

Татьяна | Ростов-н-Дону

👱 Показать всех ➤

Добавить резюме ➤

---

Помогите расценить!

Уважаемые специалисты сметчики, поделитесь расценкой на монтаж. Поможем коллегам!

7 часов назад     ID:2339

YXLON MG 226/2.25

  Найдены расценки: 3    Просмотров: 35

7 часов назад     ID:2338

PAM-340A Inter-M модульный усилитель 340 Вт, 5 зон

  Найдены расценки: 3    Просмотров: 32

7 часов назад     ID:2337

теплоизоляция задвижек

  Найдены расценки: 3    Просмотров: 31

Напишите, что расценить?

Перейти в раздел «Помогите расценить» Ещё 7 … ➤

Активные пользователи:

Константин

Алексей Милета

Евгения

Администратор

Металлорукав

Щит ГЗШ — главная заземляющая шина

Главная заземляющая шина (ГЗШ) – одна из важнейших составляющих устройства заземления, использующаяся для систем электроснабжения с мощностью до 1 кВ, соединяющая электропроводники и запускающая работу заземления и уравнивающая потенциалы.

Основные функции

Эта шина разделяет защитные проводники и соединяет проводящие ток составляющие:

• коммуникационные трубы из металла (водопроводные, газовые, канализационные и др.),
• металлические элементы сооружений,
• элементы вентиляционной системы,
• громоотводы,
• элементы главного проводника заземления.

Сфера применения

• Производственные объекты,
• Производственные цеха,
• Жилые дома,
• Общественные здания,
• ..другое.

Основные характеристики

• Степень защиты IP31, IP54
• Рабочая окруж. темп. -45°С до +50°С
• Относ.
  влажность воздуха не более 80%
  при +20 °С
• Высота размещения до 200 м
• Группа механич.
  исполнения М2
• Установка вертикальная

Чаще всего ГЗШ изготавливается из меди, однако встречаются и шины из стали.

Алюминий здесь не применяется. Диаметр ГЗШ не должен быть больше диаметра защитного проводника и нулевого питающего кабеля. Шина должна расположиться таким образом, чтобы к ней был легкий доступ в случае подключения/отключения защитных проводников. ГЗШ должна иметь соединения не менее чем в пяти местах.

Шина заземления может располагаться внутри ВРУ, либо неподалеку от него. В случае ее внутреннего расположения подключайте к ней проводник заземления, который через шину соединяется с главной заземляющей. Электропроводность проводника должна равняться или быть больше электропроводности проводника заземления питающей линии.

Соединения, уравнивающие потенциалы, должны соответствовать ГОСТ10434 (контактные соединения 2-го класса).

Строение шины должна иметь возможность подключения каждого проводника по отдельности. Возможно соединение путем сварки. Отсоединение шин (например, для измерения сопротивления) должно быть возможно при помощи специальных инструментов.

ГЗШ можно установить в предусмотренном для этого ящике из гнутых стальных профилей. На фасаде этой конструкции находится дверца для доступа к шине. На поверхности шкафа должна быть расположена паспортная табличка. Шкаф должен быть с замком (в частных домах это не обязательно).

Если в здании находится больше двух выводов электропитания, то необходима установка ГЗШ в каждую цепь ВРУ. При установке нескольких трансформаторов шина заземления должна быть возле каждой подстанции. Шины должен соединять проводник, уравнивающий потенциалы, с сечением не меньше, чем сечение заземления, отходящего от подстанции.

Лучше выбирать проводник с максимальным сечением и уже от него подбирать сечение шины заземления.

Если нужно соединить несколько ГЗШ, то можно применить и другие проводники. Главное, чтобы они делали сеть непрерывной и не нарушали проводимость.

Сейчас в продаже масса ГЗШ с разным количеством подключений. Чаще всего выбирают ГЗШ-10 (для 10 соединений). Каждое изделие имеет свои критерии использования для безопасной работы:

• диапазон температур – от -45 до +50° С,
• содержание влаги в воздухе – не более 80% при температуре +20° С,
• высота установки – не более 2 км над уровнем моря,
• недопустимо нахождение поблизости взрывоопасных и горючих веществ, а также пыли и едких химических составов.

8000наименований НКУ

24 месяца гарантия

3 города представителя

Заполните форму — и наш менеджер перезвонит вам!

.

Болдырева Светлана

Менеджер по работе с ключевыми клиентами электрощитового оборудования

8 (987) 820-11-86, 8 (8452) 707-791

Заляева Анастасия

Менеджер по работе с ключевыми клиентами электрощитового оборудования

8 (919) 820-02-13, 8 (8452) 707-791

Юраш Олеся

Менеджер по работе с ключевыми клиентами электрощитового оборудования

8-987-380-02-18, 8 (8452) 707-791

Оформить заявку
на расчет вашей схемы, спецификации или проекта!

.

an507: Заземление экрана

Полезные ссылки

Поддержка+1 800-444-7644

Отслеживание заказов

Развернуть меню

Специалисты по обработке сигналов, сбору данных, передаче данных и мониторингу приложений

О нас

электронная рассылка

Примечание по применению

Экранирование кабеля используется, прежде всего, для минимизации или устранения емкостной связи.

помехи от электрических полей. При правильной реализации его также можно использовать минимизировать индуктивную связь от магнитных полей. Защита эффективна только против электрических полей, если он обеспечивает путь к земле с низким импедансом. Плавающий Экран не защищает от помех. Заземление экранов может быть спорный вопрос, потому что есть несколько способов сделать это. Верное место для подключения электростатического экрана находится на опорном потенциале схемы содержится внутри щита. Этот момент будет варьироваться в зависимости от того, источник и приемник оба заземлены или один или другой плавает.

Блок-схемы модулей SCM5B, найденные в Каталоге продуктов, показывают опорный потенциал для входного сигнала (т.е. IN). Этот пункт, как правило, также является опорный потенциал схемы со стороны поля (показан символом заземления). Поскольку все модули SCM5B имеют высокий уровень изоляции между схемы на стороне поля и на стороне системы, соединения на стороне поля эффективно дифференциальные входы или выходы.

При использовании датчиков без подключения экрана к датчику подключите сигнальный линейный экран к опорному потенциалу входного сигнала SCM5B (рис. 1). Некоторые данные системы сбора данных требуют, чтобы датчик был заземлен. Это может быть найдено при использовании термопар или термометров сопротивления, предназначенных для вставки в защитные гильзы. В этой конфигурации модуль SCM5B обеспечивает изоляцию необходимо для устранения ухудшения сигнала из-за разницы потенциалов земли и токи контура заземления. При наличии экрана кабеля его следует заземлить. на датчике (рис. 2). Сделайте соединение экрана с землей как можно возможно подключение датчика к земле во избежание разности потенциалов между заземлением сигнала и экрана. Эта разность потенциалов может вызвать шум на сигнальных линиях.

Топ

что-то случилось

вещей, которые вы, возможно, не слышали об экранировании

От чего зависит эффективность экранирования кабеля? И как решение заземлять или не заземлять экран 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 экрана. Но это еще не все. Как мы увидим, способ отключения щита может значительно повлиять на его эффективность.

Теория экранирования

Модель физической среды

Теория экранирования начинается с модели физического окружения щита. В модели предполагается, что кабель имеет оболочку, так что экран не соприкасается с заземляющей пластиной нигде, кроме, возможно, концов. В этом случае линия передачи образована любой плоскостью заземления 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, связанные утечкой через экран (см. рис. 1).

Рисунок 1: Базовая модель физической среды

 

Связь внутренней и внешней линий передачи характеризуется механизмом, называемым поверхностным передаточным сопротивлением, Z _t . В большинстве установок экран и, следовательно, внешняя линия передачи замыкаются на землю либо с обоих концов, либо с одного конца, как схематично показано на рисунке 2, посредством замыкания или размыкания переключателя SW соответственно.

Рисунок 2: Модель физической среды, включая терминаторы

Внутренние проводники на каждом конце нагружены некоторым импедансом, который при проведении измерений обычно представляет собой разомкнутую, короткую или согласованную нагрузку.

Модель электрической среды

Если экран заделан с обоих концов, ток может протекать снаружи экрана. Этот ток может быть связан либо с петлями заземления, вызванными заземлением на концах кабеля, имеющим разный потенциал (V _d ), либо это может быть вызвано индукцией от внешних полей, либо и тем, и другим. В любом случае ток внешнего экрана передается во внутренние цепи через поверхностное передаточное сопротивление Z _t .

Если экран заделывается только с одного конца, контур заземления разорван. Ток ограничен тем, который индуцируется через распределенную емкость между внешней стороной экрана и плоскостью заземления (см. рис. 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 кабель заканчивается, но может быть высоким на открытом конце для частот, где кабель превышает одну десятую длины волны, потому что в этой точке он становится очень эффективной антенной.

На открытом конце имеется емкостная связь между экраном и жилами кабеля за счет краевой емкости C _f (см. рис. 4). Поскольку напряжение на этой емкости может быть высоким, значительный ток может быть введен в проводники кабеля через краевую емкость.

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

До сих пор мы рассматривали модель физического и электрического окружения экрана. Теперь нам нужно рассмотреть характеристики конструкции щита и то, как это влияет на его характеристики.

Поверхностное передаточное сопротивление

Для начала рассмотрим кабель, заземленный с обоих концов. Чтобы увидеть, как работает заземленный таким образом кабель, нам нужно обсудить поверхностное передаточное сопротивление. Проще говоря, импеданс поверхностного переноса связывает напряжение, возникающее в цепях внутри экранированного кабеля, с токами, протекающими по внешней стороне кабеля. Таким образом, на рисунке 2 при замкнутом выключателе ток I _экран на внешней стороне экрана дает начало В ₁ и В ₂ на проводниках внутри экрана, через Z _t .

Так как же определить, что такое Z _t ? Ну, мы можем измерить это, или мы можем вычислить это. Маршрут измерения описан в [3], пример будет показан позже. Путь 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 этом общем случае, поэтому для простоты рассмотрим коаксиальный кабель с заземляющей пластиной, обернутой вокруг него, как показано на рис. 5.9.0003

Рисунок 5: Базовая конфигурация для расчета Z _t

В этом случае экран и заземляющий слой образуют коаксиальный кабель (поэтому у нас есть коаксиальный кабель внутри коаксиального кабеля, который часто называют триаксиальным). Эта конфигурация может быть достигнута на практике для экранированного кабеля с оболочкой, натянув оплетку на оболочку; что часто делается для измерения Z _t , как объяснено 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, электрическое поле (E _r ) является радиальным, а H-поле (H _Θ ) является круговым (тематический режим, 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 будет уже не радиальным, а « с наконечником», как показано на рис. 7.

Рисунок 6: Показывает поля бегущей волны

Рисунок 7: Ориентация полей для расчета Z _t

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

Рисунок 8: Волна с компонентом E _Z (b), бегущая по внешней стороне экрана, с затухающим компонентом в экране, достигающая E _Z (a) внутри экрана

Из теории цепей Е _Z (а) связано с Е _Z (б) соотношениями:

E _Z (а) = Z _аа I _a + Z _t I _b

Е _Z (б) = Z _т I _а + Z _бб I _б

Где I _a — ток внутри экрана, I _b — ток снаружи экрана, Z _aa — поверхностное сопротивление экрана внутри, а Z _bb — поверхностное сопротивление экрана снаружи. Z _aa , Z _bb и Z _t можно рассчитать исходя из физических свойств корпуса, например. Щелкунова [1].

Переставляя уравнения на предыдущем слайде, E _Z (a) поле внутри экрана можно выразить через ток I _b и напряжение E _Z (b) снаружи экрана как:

Игнорирование терминов, которые малы

Е _Z (а) = Z _т I _б

Маршрут расчета для Z _t : Сплошные щиты

Формула для расчета 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 6 — проводимость экрана относительно меди, а f — частота в мегагерцах. Обратите внимание, что Z _t зависит от частоты.

Внутри экрана E _Z (a) гонит, по сути, ТЕМ-волну (если сопротивление проводника мало), которая распространяется по проводникам. Текущий я _a , вызванное волной, проходящей внутри экрана, приводит к возникновению напряжений В ₁ и В ₂ на концах кабеля (см. рис. 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 измерение на коаксиальном кабеле с твердым экраном RG402 [3]. Результаты показаны на рисунке 9, где термины «короткий короткий» и «короткий согласованный» относятся к двум различным методам измерения поверхностного передаточного сопротивления. Рисунок 9показывает, что формула Шелкунова является хорошим показателем импеданса поверхностного переноса [и, следовательно, эффективности экранирования]. Это также показывает, что для сплошного экрана эффективность экранирования продолжает улучшаться по мере увеличения частоты.

Рисунок 9: Пример Z _t для сплошного экрана

 

Путь измерения для Z _t : Кабели с плетеными (намотанными) экранами

Плетеные экраны ведут себя иначе, чем цельные, из-за отверстий в экране, образующихся в процессе плетения. Аналогичная ситуация и с обернутыми экранами, которые выглядят как щелевые антенны. Отверстия или прорези соединяют поля вне экрана с полями внутри экрана за счет взаимной индуктивности и емкости. Для этого случая можно рассчитать поверхностное передаточное сопротивление, например, см. [2]. Но это беспорядок, в частности, потому, что трудно определить, что такое взаимная емкость и индуктивность.

Как правило, делается образец кабеля с оплеткой или оплеткой, а затем измеряется его Z _t как функция частоты (как показатель 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 плетеного экрана увеличивается с частотой и в конечном итоге становится колебательным. Обернутые экраны в целом ведут себя так же, как и плетеные.

Важным моментом, как объясняется 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 изобразить в зависимости от произведения частоты и длины кабеля. Например, график, подобный показанному на рис. 11, можно построить, подгоняя кривую к пиковым значениям данных, изображенных на рис. 10.

Рисунок 10: Пример Z _t для плетеного экрана

Почему это происходит, более подробно рассматривается в [5] и [4], где обсуждается поведение колебаний в зависимости от длины кабеля и частоты; а также почему Z _t достигает пикового значения на некоторой частоте, а затем уменьшается по мере дальнейшего увеличения частоты.

Влияние экрана на форму волны

Независимо от того, как оканчивается плетеный или обернутый экран кабеля, он в основном действует как фильтр верхних частот. В результате выброс, 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 перенапряжения показано на рис. 12. Здесь частотный спектр отрицательного первого грозового перенапряжения 4,5×77 умножен на спектр Zt, показанный на рис. 11, при длине кабеля 10 м. На рис. 12 показано, что низкочастотные составляющие выброса подавляются. В результате выброс, возникающий на внутренних проводниках кабеля, будет иметь более крутое время нарастания, чем выброс на внешней стороне экрана. Обратите внимание, что аналогичный эффект возник бы, если бы экран был заземлен только с одного конца, поскольку возникающая емкостная связь также подавляет низкочастотные составляющие выброса.

Рисунок 11: Z _t с рисунка 10, представленный как произведение частоты и длины кабеля

Рисунок 12: Влияние 10-метрового экрана коаксиального кабеля RG-58, заземленного с обоих концов, на отрицательный первый грозовой перенапряжение
4,5×77

Эффект отключения щита

Взглянув на теорию экранирования, есть практический вопрос, как отключить экран. Это решение зависит от среды, в которой проложен кабель.

Если экран заделан только с одного конца, на открытом конце экрана может быть относительно высокое напряжение. Поскольку между концом экрана и жилами кабеля существует емкость, электрические помехи могут вводиться 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] о том, 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 заключается в том, что экран никогда не должен соединяться только с одного конца. Но это замечание было сделано в связи с утверждением, что правильно спроектированная система не имеет контуров заземления, что на практике может быть недостижимо.

Рисунок 13. Эффект подключения экрана только с одного конца

Обратите внимание: разница между графиками «без экрана» и «360° с одной стороны» на рисунке 13 составляет 18 дБ на частоте 1 мГц. Экстраполяция этого графика на частоту 100 Гц [довольно рискованная вещь] приводит к предполагаемой разнице между двумя кривыми в 63 дБ. Таким образом, экран, заземленный только с одного конца, может иметь приемлемую производительность на звуковых частотах, но не на частотах радиовещания и выше.

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

Рисунок 14: Два примера подключения экрана на 360°

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

Рисунок 15: Потеря эффективности экранирования из-за подключения экрана косичками

Выводы

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

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

Важным фактором, который следует учитывать, является то, имеют ли заземления на противоположных концах кабеля одинаковый потенциал. Если они есть, токи контура заземления будут минимальными. В этом случае заземление обоих концов экрана, скорее всего, обеспечит наилучшие характеристики экранирования. Если заземления имеют существенно разные потенциалы, токи контура заземления могут быть проблемой, и в этом случае оставление одного конца экрана ненагруженным может обеспечить 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 отключения щита.

Каталожные номера

1. Шелкунов С.А. «Электромагнитная теория коаксиальных линий передачи и цилиндрических экранов». Белл Сист. Тех. Дж. 13 (октябрь 1934 г.): 532-579.
2. Мереуэтер, Д.Э. и Т.Ф. Эзелл. «Влияние взаимной индуктивности и взаимной емкости на переходную характеристику коаксиальных кабелей с оплеткой». IEEE транс. на ЭМС, ЭМС-18 (19 февраля76): 15-20.
3. Мартин, А.Р. и М. Д. Менденхолл. «Быстрый, точный и чувствительный метод измерения поверхностного передаточного сопротивления», IEEE Trans. по ЭМС, ЭМС-26 (1984): 66-70.
4. Мартин А.Р. и С.Е. Эмерт. «Эффективность экранирования длинных кабелей». Международный симпозиум IEEE по ЭМС, 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 Кит Армстронг. «Соединение экранов кабелей на обоих концах для снижения уровня шума». www.compliance-club.com/archive/old_archive/020514.htm.
7. Юстюнер Ф., Н.