Основи екранування Вам потрібна допомога з професійним екрануванням ваших систем? Ми охоче допоможемо вам із плануванням і вибором потрібних компонентів.

Із джерела напруги (U) через провідники забезпечується живлення споживача (Z). Під час цього між плюсовими та мінусовими провідниками виникають різниці в напругах, внаслідок чого між провідниками утворюється електричне поле. Навколо провідника, через який протікає струм, виникає магнітне поле (H). Через залежність від струму, це магнітне поле схильне до тимчасових коливань. Оскільки навіть у найменших застосуваннях існують постійні струми, це призводить до нерегулярних магнітних змінних полів. Ці поля стають електромагнітними сигналами, свого роду «міні-передавачами» і одночасно приймачами. Кожен провідник, таким чином, може негативно вплинути на функції інших електричних та електронних приладів. Для того, щоб ці впливи не мали суттєвої дії на ваші пристрої та системи, потрібне належне екранування кабелів і провідників.

Якщо дві схеми використовують один спільний відрізок проводу, виникають гальванічні перешкоди. Часто це спільний нульовий або зворотний провід. Коливання струму чи напруги в першій схемі (наприклад, комутації) впливають на другу схему. Проте гальванічні перешкоди можуть викликати зокрема й неправильні заземлення екранованих кабелів MSR і DÜ.

Заходи протидії:

• Спільна ділянка провідника повинна мати якомога нижчий електричний опір і низьку індуктивність (використовуйте достатньо великий поперечний переріз провідника)
• Прокладайте електричні ланцюги якомога далі один від одного
• Робіть спільні лінії живлення якомога коротшими
• Розташовуйте точки розгалуження якомога ближче до джерела струму

Величиною перешкод ємнісних завад є електрична напруга. Ємнісні перешкоди спричиняються змінними електричними полями системи, які діють як передавачі завад. Типовим прикладом ємнісних перешкод є два проводи, прокладені паралельно на великій відстані, які поводяться як дві протилежні конденсаторні пластини і в цій функції утворюють коротке замикання для високочастотних сигналів.

Заходи протидії:

• Уникайте паралельного прокладання, наскільки це можливо, або скорочуйте його до мінімуму
• Забезпечуйте максимальну відстань між передавачем перешкод і чутливим до них провідником (мінімальна відстань 60–100 см)
• Використовуйте екрановані провідники DÜ і MSR (виконуйте екранування з одного боку)
• Використовуйте попарно скручені провідники

Причиною індуктивної перешкоди є змінне магнітне поле. Навколо струмопровідного провідника виникає магнітне поле, яке проникає в сусідні провідники. Зміна струму викликає також зміну магнітного поля, через що в сусідніх провідниках індукується напруга.

Приклад: якщо два провідники прокладені паралельно на ділянці в 100 м на відстані 30 см один від одного, а струм від провідника, що випромінює перешкоди, становить 100 А (50 Гц), у провіднику, який сприймає перешкоди, індукується напруга прибл. 0,3 мВ. За аналогічного розташування але зміні струму в 1 кА за 100 мкс індукується напруга прибл. 90 мВ. Що швидша та більша зміна струму, то вища індукована напруга.

Заходи протидії:

• Відстань між силовими кабелями та кабелями DÜ і MSR має становити щонайменше 1 м
• Ділянки паралельного прокладання мають бути якомога коротшими
• Завдяки використанню скручених провідників індуктивні перешкоди можуть зменшитися приблизно в 20 разів
• Використання екранованих провідників, підключених з обох боків (екранування)

Скручені провідники?
Використання скручених проводів знижує індукційні перешкоди, оскільки завдяки скручуванню провідників постійно змінюється напрямок індукції відносно поля перешкод. Щоб уникнути з’єднань, сусідні пари в провіднику DÜ або MSR розташовані з різним кроком скручування. Стандартні кроки скручування: від 30 до 50 мм. В силових кабелях крок скручування становить залежно від поперечного перерізу провідника від 200 до 900 мм.

Хвильовими перешкодами називають пов’язані з провідником хвилі чи імпульси, які переходять на сусідні провідники DÜ і MSR. Крім того, хвильові перешкоди виникають внаслідок переходу від однією схеми до іншої всередині кабелю. У разі гальванічних, ємнісних та індуктивних перешкод час проходження електричних сигналів на провіднику, що випромінює перешкоди, і провіднику, що сприймає перешкоди, ігнорується. В особливих випадках може статися так, що довжина хвилі частоти перешкоди може мати порядок довжини провідника. У такому разі тут теж слід брати до уваги цей ефект.

Заходи протидії:

• Використовуйте кабель з екранованими парами та загальним екраном (екранування)
• Уникайте невідповідностей по всій довжині провідника
• Не проводьте сигнали з дуже високим рівнем в одному кабелі з сигналами з дуже низьким рівнем
• Використовуйте кабелі з високим рівнем відсутності відбиття, низьким затуханням і малою потужністю

На установки та провідники можуть також впливати бездротові електромагнітні хвилі від передавача перешкод. Передавач перешкод — це вільна хвиля H0, E0. У ближньому полі може переважати електричне чи магнітне поле залежно від типу перешкод. Високі струми генерують переважно магнітне поле, високі напруги — переважно електричне поле. Енергія високочастотних перешкод поширюється провідниками, які підключені до джерела та уможливлюють безпосереднє випромінення (>30 МГц). Крім того, сусідні потужні передавальні станції можуть викликати високу напруженість поля в місці розташування кабельної системи та створювати перешкоди для кабелів. На промислових підприємствах найбільші перешкоди виникають в разі вимкнення індуктивних навантажень. Великі високочастотні стрибки напруги, які виникають під час цього, називають «сплесками». Сплески мають частотний спектр до 100 МГц.

Заходи протидії:

• У дальньому та ближньому полі використовуйте екрани з високою абсорбційною та відбивальною здатністю (мідь або алюміній). Потрібно використовувати провідні та, якщо можливо, повністю закриті екрани з низьким опором з’єднання та сприятливими значення затухання екрана. (Екранування)
• У разі переважно магнітного ближнього поля, особливо на низьких частотах, потрібно забезпечити додаткове екранування мю-металом або аморфним металом.

Тип підключення екрана в першу чергу залежить від очікуваних перешкод. Для придушення електричних полів потрібне одностороннє заземлення (1) екрана. З іншого боку, перешкоди, викликані магнітним змінним полем, пригнічуються тільки в тому разі, якщо екранування встановлене з обох боків. Проте в разі розміщення екрана (2) з обох боків виникає заземлювальна петля зі своїми відомими недоліками. Зокрема, гальванічні перешкоди вздовж опорного потенціалу впливають на корисний сигнал і погіршують дію екранування. У цьому разі може допомогти використання триаксіальних кабелів (4), при чому внутрішній екран підключається з одного боку, зовнішній екран — з обох боків. Для зменшення гальванічних перешкод у разі підключення кабельного екрана з обох боків один бік також часто підключається до опорного потенціалу через конденсатор (3). Це перериває петлю землі, принаймні, для постійних і низькочастотних струмів.

Наступний приклад служить ілюстраціє ефективності заходів із захисту від перешкод. Вказане розташування піддається впливу змінного магнітного поля 50 кГц на ділянці у 2 м. Виміряна на виході напруга перешкод вказується відносно напруги перешкод на не підключеному екрані провідника (1) 0 дБ. У разі екранування з одного боку (2) покращення не спостерігається, оскільки воно неефективне в разі магнітних завад. Екран, підключений з обох кінців, як на рис. 3, послаблює поле перешкод приблизно на 25 дБ. У компонуванні (4) скручений провідник (20 скручувань/м) навіть без екранування демонструє нижчу чутливість до перешкод (прибл. 10 дБ), що досягається компенсаційним ефектом контурів провідника. Підключений потім з одного боку екран (5) не дає жодних покращень. Лише після підключення екрана з обох боків у компонуванні (6) затухання покращується приблизно до 30 дБ.