Экранированный кабель или экранированный кабель — это электрический кабель , который имеет общий проводящий слой вокруг своих проводников для электромагнитного экранирования . [1] Этот экран обычно покрыт самым внешним слоем кабеля. Распространенные типы экранирования кабеля можно наиболее широко классифицировать как фольгированный тип (часто с использованием металлизированной пленки ), контрспиральные проволочные жилы ( с оплеткой или без оплетки) или оба. [2] Может потребоваться продольный провод с диэлектрической спиральной фольгой для закорачивания каждого витка. [1]
Экран действует как клетка Фарадея — поверхность, отражающая электромагнитное излучение . Это снижает как помехи от внешнего шума на сигналы, так и сигналы, излучаемые и потенциально мешающие другим устройствам (см. электромагнитную совместимость ). Чтобы быть эффективным против электрических полей (см. также емкостную связь ), экран должен быть заземлен. [3] Экран должен быть электрически непрерывным, чтобы максимизировать эффективность, включая любые кабельные сращивания. Для высокочастотных сигналов (выше нескольких мегагерц) это распространяется на разъемы и корпуса, также по окружности: экран кабеля должен быть по окружности соединен с корпусом, если таковой имеется, через разъем или кабельный ввод . [1] [4] [5]
Некоторые типы экранированного кабеля используют экран в качестве обратного пути для сигнала. В качестве контрастных примеров можно привести коаксиальный кабель , а твинаксиальный кабель — нет.
Высоковольтные силовые кабели с твердой изоляцией экранируются для защиты изоляции кабеля, людей и оборудования.
В продаже имеется множество типов экранов для кабелей, и их использование зависит от области применения.
Использование экранированных кабелей в системах безопасности обеспечивает некоторую защиту от помех промышленной частоты и радиочастот, уменьшая количество ложных срабатываний. Лучше всего размещать кабели данных или сигнальные кабели физически на расстоянии не менее 3 дюймов (75 мм) от «тяжелых» силовых цепей, которые подключены параллельно.
Аналоговый сигнальный кабель, используемый в профессиональных аудиоприложениях, обычно представляет собой экранированную витую пару с разъемами XLR . Витая пара передает сигнал в сбалансированной аудиоконфигурации . Многожильный аудиокабель, проложенный от сцены до микшерного пульта, также экранирован.
Потребители используют экранированный медный провод с одним центральным проводником в несимметричной конфигурации.
Лучший способ прокладки экранированных кабелей для экранирования — заземлить экран на обоих концах кабеля. [6] Традиционно существовало эмпирическое правило заземлять только исходный конец экрана, чтобы избежать контуров заземления . Лучшей практикой является заземление на обоих концах, но существует вероятность образования контуров заземления. В самолетах используется специальный кабель как с внешним экраном для защиты от молнии , так и с внутренним экраном, заземленным на одном конце, чтобы устранить гул от системы питания 400 Гц. [7]
Силовые кабели среднего и высокого напряжения в цепях более 2000 вольт обычно имеют экранирующий слой из медной или алюминиевой ленты или проводящего полимера . Если неэкранированный изолированный кабель контактирует с землей или заземленным объектом, электростатическое поле вокруг проводника будет концентрироваться в точке контакта, что приведет к коронному разряду и возможному разрушению изоляции. Ток утечки и емкостный ток через изоляцию представляют опасность поражения электрическим током. Заземленный экран выравнивает электрическое напряжение вокруг проводника, отводит любой ток утечки на землю. На концах экрана следует применять конусы для снятия напряжения, особенно для кабелей, работающих под напряжением более 2 кВ относительно земли.
Экраны на силовых кабелях могут быть подключены к заземлению на каждом конце экрана и в местах сращивания для резервирования, чтобы предотвратить удар, даже если в экране будет протекать индуцированный ток. Этот ток приведет к потерям и нагреву и снизит максимальный номинальный ток цепи. Испытания показывают, что наличие оголенного заземляющего проводника рядом с изолированными проводами будет проводить ток короткого замыкания на землю быстрее. В цепях высокого тока экраны могут быть подключены только на одном конце. В очень длинных высоковольтных цепях экран может быть разбит на несколько секций, поскольку длинный экран может подняться до опасного напряжения во время неисправности цепи. Существует риск поражения электрическим током, если заземлен только один конец экрана. Максимальное рекомендуемое повышение потенциала экрана составляет 25 вольт. [ требуется ссылка ] IEEE 422 и 525 перечисляют длины кабелей, которые ограничат потенциал экрана до 25 вольт для одноточечного заземления. [8] [9] [10]
Для хорошей экранирующей способности электрическое соединение между экраном кабеля и экранами его разъемов или сальников и любых экранированных корпусов также не должно иметь зазоров. Это означает, что должно быть бесшовное низкоомное электрическое соединение по всему периметру или окружности электрического соединения. Это часто называют 360° экранированием (даже если разъем или сальник не круглый), и оно применяется между экраном кабеля и экраном разъема, экранами двух сопряженных разъемов и между экраном разъема и металлическим шасси или конструкцией, на которой он установлен.
Подводя итог, можно сказать, что для защиты от низкочастотных (<1 МГц) помех электрического поля заземление экрана на одном конце допустимо. Для высокочастотных помех (>1 МГц) предпочтительным методом является заземление экрана на обоих концах с использованием 360° круговых связей между экраном и разъемом и поддержанием непрерывности металл-металл между разъемами и корпусом.
Хотя давно известно, что экранированные соединения с помощью пигтейлов уступают методам 360°-концевой заделки, наши эксперименты показали, что пигтейлы обычно хуже более чем на 35 дБ для частот выше нескольких МГц.