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屏蔽电缆的作用是什么

来源:智造商2018.02.03

  工业应用现场的电磁噪声环境往往十分复杂www.cechina.cn,电磁噪声的辐射或传导(EMI)可能会严重干扰机电设备的正常工作。而在这个过程中,电磁噪声传播的一类重要载体,就是产线设备中使用的各种电缆。它们中有些是噪声源,有些则是受扰对象。作为噪声源,电缆会像无线电发射天线那样CONTROL ENGINEERING China版权所有,将噪声传播到周边的线路和设备;作为受扰对象,电缆会像接收天线一样,吸收来自其他辐射源的噪声干扰。


  有关各类不同等级的噪声源可能影响的应用区域www.cechina.cn,大致可以参照上图列表。需要注意的是,大型动力开关,感应加热器,大型变压器...等都有可能发出较高水平的传导噪声和辐射干扰;而将信号电缆放置在动力线附近也是会将噪声耦合到信号线路上的。  


  要对抗电气线路上的电磁噪声干扰,一种非常重要的方式,就是使用带有屏蔽的线缆。
  屏蔽电缆是由公共导电层包裹着一根或多根(相互绝缘的)导线的电缆。 这个公共导电层即是线缆的屏蔽层,它一般由铜(或其他金属,如铝)的编织股线、铜带的非编织螺旋绕线或导电聚合物层构成。 
  屏蔽层内部可以包裹信号或动力导线,通过两种方式起到防止电磁噪声干扰的作用。


  一方面,它能够单纯的作为隔离层反射噪声能量;


  另一方面,它可以吸收噪声并将其传导到大地(Ground),成为噪声信号的返回路径。


  并且在任何一种情况下,电磁噪声都不会直接传递到线路导体。 尽管有时噪声能量仍然有可能穿过屏蔽层,但是通常已经有了很大程度的衰减,很难造成干扰影响。 因此,无论线缆本身是干扰源还是受扰对象,为其使用屏蔽都将是非常有效的。


  电缆屏蔽会有不同的性能等级,提供不同程度的屏蔽效果。 同时决定屏蔽需求量的因素也有很多,例如:电气应用环境、成本(即:为什么要为更多的屏蔽支付高额成本?)、 以及线缆直径,重量和灵活性...等问题。
  一般电缆的屏蔽会有两种类型:金属箔和编织网。


  金属箔屏蔽层通常使用一层薄薄的铝,附着在如聚酯材料的载体上,以增加强度使其更坚固。金属箔能够为导线提供 100% 的包裹覆盖,有着比较好的屏蔽性能。但同时因为它很薄,使用起来比较困难,尤其是在将其接入连接器时。因此,通常情况下是不会将整个金属箔屏蔽层都接地的,而是会使用排扰线来连接屏蔽层。


  编织网屏蔽通常由裸铜线或镀锡铜线编织而成。它为电磁噪声提供了一个低阻抗的接地路径,并且在使用连接器时可以通过压接或焊接的方式对接,十分方便。


  编织网屏蔽并不能提供 100% 的覆盖率,因为他们在导线表面的覆盖总会有些细小的缝隙。根据编织的紧密程度www.cechina.cn,编织网通常能够提供 70% ~ 95%的覆盖率。不过一般来说,对于固定敷设的电缆,70% 的屏蔽覆盖就已经足够了。


  事实上,尽管金属箔有着较高的屏蔽覆盖率,但这并不意味着它的屏蔽效果就更出色。原因在于CONTROL ENGINEERING China版权所有,铜有着比铝更强的导电性,这使得编织网能够更好的传导电磁噪声。因此作为屏蔽层,编织网往往有着更好的屏蔽效果。当然,不难看出,它也在一定程度上增加了电缆的尺寸和成本。


  在噪声环境比较恶劣的应用场合,经常需要使用多层屏蔽。最常见就是同时使用金属箔和编织网。例如:我们之前在「双绞线一文」中所说的,有时在多芯电缆中,每一对导线都会有金属箔屏蔽包裹,以防止对绞线之间的串扰,而同时整根电缆也会用金属箔或编织网或二者同时屏蔽。这种结合了金属箔和编织网的做法,可以让两种屏蔽技术相互支撑补偿,以一种技术的优势克服另一种的局限性,从而为电缆提供了超出任何单一技术所能提供的屏蔽性能。


  在实际应用中,屏蔽的目的是为了将感应到的电磁噪声传导到大地(Ground),成为噪声信号的返回路径,这一点至关重要。不了解其含义可能意味着无效的屏蔽。电缆屏蔽及其端接必须能够为电磁噪声提供一条低阻抗的接地路径。未接地的屏蔽电缆将无法有效工作,而接地路径中的任何断点或过多的节点都会因为增加接地阻抗而降低线缆的屏蔽性能。
  最后总结几点关于线缆屏蔽的实用建议:


  1. 确保电缆具有足够的屏蔽以满足应用需求。在普通的电磁干扰环境中,单独使用金属箔应该就能够提供足够的噪声保护;而在比较恶劣的噪声环境中,就有必要考虑使用同时组合了编织网和金属箔的屏蔽电缆;


  2. 基于特定的应用环境,使用合适的屏蔽电缆。例如:在使用过程中需要反复弯曲的电缆,通常会使用螺旋缠绕的屏蔽层而不光是编织网;同时,柔性电缆也往往会尽量避免仅使用金属箔屏蔽,因为电缆的连续弯曲有可能会撕裂箔层;


  3. 确保电缆所连接设备的有效接地。尽可能使用大地,并检查接地点与设备之间的连接;电磁噪声的消除取决于其接地路径的低阻抗;


  4. 很多设备和连接器的设计允许 360° 全方位的屏蔽连接,须确保其与电缆屏蔽层之间可靠接合。例如:许多常见的连接器会配有金属涂层塑料、铸锌或铝制外壳;应尽量选择与线缆屏蔽性能相匹配的连接器,避免因低标准而影响屏蔽效果或过高的规格要求而带来的成本增加。
  那么问题来了,电缆的屏蔽层是应该单端接地呢?还是应该双端同时接地呢?

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