シールドの基本原理 システムのプロフェッショナルなシールドに関するサポートが必要ですか。適切な部品のプランニングと選定は、当社にぜひお任せください。

コンシューマ（Z）には電圧源（U）からケーブル経由で給電されます。正と負の導体間に電圧差が生じ、導体間に電界が発生します。活線の周囲には磁場（H）が生成されます。この磁場は電流に依存しているため、一時的な変動を受けます。時定数電流はごく少数のアプリケーションにしか存在しないため、これにより不規則な交流磁場が発生します。この磁場は、「小型送信機」の一種である電磁信号となり、また同時に受信機にもなります。従って、各導体は、他の電気機器および電子機器の機能に悪影響を与える可能性があります。このような干渉が機器やシステムに顕著な影響を与えるのを防ぐため、プロフェッショナルなケーブルおよび電線シールドが必要です。

ガルバニック干渉は、2つの回路が共通の導電部を使用する場合に生じます。これはたいてい、共通の基準導体または戻り導体です。最初の回路での電流または電圧の変動（スイッチング動作など）が、2つ目の回路に影響します。 しかし計測制御回路やデータ伝送ケーブルのシールドが適切に接地されていないと、ガルバニック干渉も生じることがあります。

対策：

• 共通導電部の抵抗とインダクタンスをできるだけ低くする（十分に大きい電線サイズを使用）
• できるだけ回路を分離する
• 共通の給電線をできるだけ短くする
• 分岐点を電流源にできるだけ近くする

容量性干渉の妨害変数は、電圧です。容量性干渉は、干渉源として働くシステムの交流電場によって生じます。容量性干渉の典型的な例は、より長いパス上に並列に配置された2つの導体が2つの対向する蓄電板として動作し、この役割で、高周波信号の短絡として機能する場合です。

対策：

• できるだけ並列配置を避けるか、できるだけ短くする
• 干渉源と干渉を受けるケーブルの距離をできるだけ大きくする（最小距離60 ～ 100 cm）
• シールド付きのデータ伝送ケーブルおよび計測制御回路用ケーブルを使用する（シールドを片方の先端に接続）
• ツイストペアケーブルを使用する

誘導性干渉は、交流磁場によって生じます。活線の周囲には磁場（H）が生成され、隣接する導体にも侵入します。電流の変化によって磁場も変化し、隣接する導体に電圧が誘導されます。

例：2本の100 mケーブルが、互いに30 cm離れて並列に敷設され、干渉源の導体を流れる電流が100 A（50 Hz）の場合、約0.3 mVの電圧が干渉を受ける側の導体に誘導されます。同じ配置だが100 μsで1 kAの電流変化があると、約90 mVの電圧が誘導されます。電流の変化が速いほど、誘導される電圧は高くなります。

対策：

• 電源ケーブルと、データ伝送および計測制御回路用ケーブルとの間の距離を少なくとも1 mにする
• 並列経路はできるだけ短くする
• ツイストケーブルを使用することで誘導性干渉を約1/20に削減できる
• 両側シールド付きケーブルを使用する（シールド）

ツイストケーブル?
ツイストケーブルを使用すると、ワイヤのひねりによって誘導の方向が干渉場に対して常に逆転するため、誘導性干渉が減少します。カップリングを防ぐため、データ伝送用または計測制御回路用のケーブルの隣接するペアは、異なるツイストピッチで配置されています。通常30～50 mmのツイストピッチが使用されます。電源ケーブルの場合、ツイストピッチは電線サイズに応じて200～900 mmです。

波形干渉の場合、誘導される波またはパルスが生じ、隣接するデータ伝送用ケーブルや計測制御回路用ケーブルに重複します。波形干渉は、ケーブル内の1つの線回路が別のものに重複する場合にも生じます。ガルバニックおよび容量性、誘導性の干渉の場合、干渉源のケーブルと干渉を受けるケーブル上の電気信号の実行時間は考慮されません。例外として、干渉周波数の波長がケーブル長のサイズに近づくことがあります。この場合、その影響を考慮する必要があります。

対策：

• 全体シールド付きのシールドペアケーブルを使用する
• 全体のケーブル長の不一致を避ける
• 非常に高いレベルの信号を、非常に低いレベルの信号と同じケーブルで伝送しない
• 反射が非常に低く、低減衰で低キャパシタンスのケーブルを使用する

干渉源からの非導電性電磁波も、システムとケーブルに影響することがあります。干渉源は自由波H0、E0です。近接場では、干渉の種類に応じて電場または磁場が広がることがあります。　大電流は主に磁場を生成し、高電圧は主に電場を生成します。高周波干渉エネルギーが、干渉源に接続されたケーブル経由で広がり、直接放射が可能になります（>30MHz）。さらに、近くの強力な伝送ステーションが、ケーブルシステムの場所で高い電磁場強度を生じてケーブルに悪影響を与えることがあります。産業プラントでは、誘導負荷をオフにするときに、群を抜いて大きい干渉が生じます。このプロセスにより、「バースト」と呼ばれる、強く高周波の電圧過渡現象が生じます。バーストの周波数スペクトルは最高100 MHzです。

対策：

• 遠距離場と近接場で、吸収容量と反射容量の高いシールドを使用する（銅またはアルミニウム） ここでは、低カップリング抵抗で優れたシールド減衰値を持つ、導電性でできれば密封されたシールドを使用してください。（シールド）
• 主に近接磁場の場合、特に低周波数の場合は、ミューメタルまたはアモルファス金属を使用して、追加のシールドを提供してください。

使用されるシールド接続の種類は、主に予想される干渉の種類によって異なります。電界を抑制するには、シールドの一端を接地（1）する必要があります。ただし、交流磁界による干渉は、シールドが両端に施されている場合にのみ抑制されます。ただし、シールドを両端で接続すると（2）、接地ループが作成され、既知のデメリットがあります。基準電位に沿ったガルバニック干渉は、特に有用な信号に影響を与え、シールド効果が下がります。ここでは、内側シールドが一端で接続され、外側シールドが両端で接続されている、3軸ケーブル（4）の使用がソリューションとなります。ケーブルシールドが両端で接続されている場合のガルバニック干渉を減らすために、多くの場合一方の端はコンデンサを介して基準電位にも接続します（3）。これにより、少なくとも直流および低周波電流の場合、接地ループが中断されます。

次の例では、干渉から保護する目的の措置の有効性を示します。図示される配置は、2 mの長さにわたって、50 kHzの交流磁場にさらされています。出力出測定された干渉電圧は、シールドが接続されていない（1）0 dBの場合の干渉電圧に対して指定されます。シールドが片側に接続されている場合（2）、磁場の干渉には有効ではないため改善はありません。図3に示すようにシールドを両方に接続すると、干渉場は約25 dB減衰します。配置（4）では、ツイストケーブル（1メートルにつき20ツイスト）は、シールドがなくても干渉の影響を受けにくくなっています（10 dB）。これは導線ループの補償効果によって達成されます。シールドが片側に接続されている場合（5）、改善はありません。配置（6）でシールドが両側に接続されている場合のみ、減衰が約30 dBに改善します。