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屏蔽线是什么?有何作用?
来源:   作者:   点击数:   日期:2024-12-09 17:12

从事电网工作的朋友们,经常会接触到屏蔽线。今天这篇文章,我们就来看看屏蔽线是什么,以及它有何作用。

网上给屏蔽线的定义是:使用金属网状编织层把信号线包裹起来的传输线,编织层一般是红铜或者镀锡铜。屏蔽线的屏蔽层(包裹的导体叫屏蔽层)需要接地,外来的干扰信号可被该层导入大地。

这段话有个关键部分:屏蔽线的屏蔽层是需要接地的。

而屏蔽线的屏蔽层,主要是由铜、铝等非磁性材料制成的,且厚度很薄,远小于使用频率上金属材料的集肤深度(导体中电流密度减小到导体截面表层电流密度的1/e(e为自然底数e=2.71828183)处的深度)。

屏蔽层之所以有这样屏蔽的效果,主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的,而是由于屏蔽层的接地产生的,接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。
 

屏蔽线的结构及作用如何呢?

上文说到了屏蔽层,指的就是包裹的导体,一般为导电布,编织铜网或铜(铝)铂。对于高级一点的屏蔽线,包含屏蔽层、绝缘层、信号导线、屏蔽层接地导线等部分,普通的屏蔽线,则只有屏蔽层、绝缘层、导线三个部分。    

屏蔽线的作用,则是将电磁场噪声源与敏感设备隔离,切断噪声源的传播路径。
 

屏蔽有主动屏蔽和被动屏蔽两种方式。主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射,是对噪声源的屏蔽;被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰,是对敏感设备的屏蔽。

屏蔽线多了,就要构成屏蔽的系统。这种系统统称为屏蔽布线系统。

它是在普通非屏蔽布线系统的基础上,加上金属屏蔽层,利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应,实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能。屏蔽布线系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用,因而具有非常好的电磁兼容(EMC)特性。

关于电磁兼容,大家知道,它是两方面的,一方面是指电子设备或网络系统具有一定的抵抗电磁干扰的能力,另一方面是不能产生过量的电磁辐射。    

换句话说,屏蔽布线系统可在比较恶劣的电磁环境中正常工作,同时又不能产生辐射过量的电磁波,干扰周围其它设备及网络的正常工作。

我们来研究下屏蔽电缆的屏蔽原理。

我们知道,在一对双绞线中,使用时两根线的电流方向是相反的,产生的磁力线就可以相互抵消。

由于是对称螺旋结构,可以看成两根线对于周围任一点的位置都是基本一致均衡的,因而,不但两根线的干扰可以抵消,向每一个方向移动时受力大小也是一样平衡的。

而屏蔽电缆的屏蔽原理,则有别于双绞线的平衡抵消。屏蔽电缆是在四对双绞线的外面加多一层或两层铝箔,利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理,有效的防止外部电磁干扰进入电缆,同时也阻止内部信号辐射出去,干扰其它设备的工作。

实验表明,频率超过5MHz的电磁波只能透过38μm厚的铝箔。如果让屏蔽层的厚度超过38μm,就使能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在5MHz以下。而对于5MHz以下的低频干扰,则可应用双绞线的平衡原理有效的抵消。
 

一般的接法就是,屏蔽线的一端接地,另一端悬空。这种接地方法是比较好的。

这是因为,当信号线传输距离较远时,由于两端的接地电阻不同或PEN线有电流,可能会导致两个接地点电位不同,此时如果两端接地,屏蔽层就有电流形成,反而会对信号形成干扰,因此这种情况下采取一点接地、另一端悬空的办法,能避免此种干扰形成。如果是两端都接地,那会增大信号的失真。

而关于两层屏蔽,要注意的是:应是相互绝缘隔离型屏蔽。如没有彼此绝缘,那还是单层屏蔽。

其实关于这个,是有相关规范的。

在GB50217-2018 《电力工程电缆设计标准》3.7.8中,对于控制电缆金属屏蔽的接地方式有着下列的相关规定:

(1)计算机监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层,不得构成两点或多点接地,宜用集中式一点接地。

(2)除(1)项等需要一点接地情况外的控制电缆屏蔽层,当电磁感应的干扰较大,宜采用两点接地;静电感应的干扰较大,可用一点接地。双重屏蔽或复合式总屏蔽,宜对内、外屏蔽分用一点,两点接地。

(3)两点接地的选择,还宜考虑在暂态电流作用下屏蔽层不致被烧熔。

以上便是关于屏蔽线的一些知识了。在工作中,还是应结合工况实际,认真分析,做出有利决策与判断。    

 

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