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屏蔽電纜的作用

文章出處：責任編輯：發布時間：2021-04-20 16:36:14 點擊數：- 【大 中 小】

工業應用現場的電磁噪聲環境往往十分復雜，電磁噪聲的輻射或傳導（EMI）可能會嚴重干擾機電設備的正常工作。而在這個過程中，電磁噪聲傳播的一類重要載體，就是產線設備中使用的各種電纜。它們中有些是噪聲源，有些則是受擾對象。作為噪聲源，電纜會像無線電發射天線那樣，將噪聲傳播到周邊的線路和設備；作為受擾對象，電纜會像接收天線一樣，吸收來自其他輻射源的噪聲干擾。

屏蔽電纜

有關各類不同等級的噪聲源可能影響的應用區域，需要注意的是，大型動力開關，感應加熱器，大型變壓器...等都有可能發出較高水平的傳導噪聲和輻射干擾；而將信號電纜放置在動力線附近也是會將噪聲耦合到信號線路上的。
要對抗電氣線路上的電磁噪聲干擾，一種非常重要的方式，就是使用帶有屏蔽的線纜。
屏蔽電纜是由公共導電層包裹著一根或多根（相互絕緣的）導線的電纜。這個公共導電層即是線纜的屏蔽層，它一般由銅（或其他金屬，如鋁）的編織股線、銅帶的非編織螺旋繞線或導電聚合物層構成。
屏蔽層內部可以包裹信號或動力導線，通過兩種方式起到防止電磁噪聲干擾的作用。一方面，它能夠單純的作為隔離層反射噪聲能量；另一方面，它可以吸收噪聲并將其傳導到大地（Ground），成為噪聲信號的返回路徑。
并且在任何一種情況下，電磁噪聲都不會直接傳遞到線路導體。盡管有時噪聲能量仍然有可能穿過屏蔽層，但是通常已經有了很大程度的衰減，很難造成干擾影響。因此，無論線纜本身是干擾源還是受擾對象，為其使用屏蔽都將是非常有效的。
纜屏蔽會有不同的性能等級，提供不同程度的屏蔽效果。同時決定屏蔽需求量的因素也有很多，例如：電氣應用環境、成本（即：為什么要為更多的屏蔽支付高額成本？）、以及線纜直徑，重量和靈活性...等問題。
一般電纜的屏蔽會有兩種類型：金屬箔和編織網。
金屬箔屏蔽層通常使用一層薄薄的鋁，附著在如聚酯材料的載體上，以增加強度使其更堅固。金屬箔能夠為導線提供 100％的包裹覆蓋，有著比較好的屏蔽性能。但同時因為它很薄，使用起來比較困難，尤其是在將其接入連接器時。因此，通常情況下是不會將整個金屬箔屏蔽層都接地的，而是會使用排擾線來連接屏蔽層。
編織網屏蔽通常由裸銅線或鍍錫銅線編織而成。它為電磁噪聲提供了一個低阻抗的接地路徑，并且在使用連接器時可以通過壓接或焊接的方式對接，十分方便。
編織網屏蔽并不能提供 100％的覆蓋率，因為他們在導線表面的覆蓋總會有些細小的縫隙。根據編織的緊密程度，編織網通常能夠提供 70％ ~ 95％的覆蓋率。不過一般來說，對于固定敷設的電纜，70％的屏蔽覆蓋就已經足夠了。
事實上，盡管金屬箔有著較高的屏蔽覆蓋率，但這并不意味著它的屏蔽效果就更出色。原因在于，銅有著比鋁更強的導電性，這使得編織網能夠更好的傳導電磁噪聲。因此作為屏蔽層，編織網往往有著更好的屏蔽效果。當然，不難看出，它也在一定程度上增加了電纜的尺寸和成本。
在噪聲環境比較惡劣的應用場合，經常需要使用多層屏蔽。最常見就是同時使用金屬箔和編織網。有時在多芯電纜中，每一對導線都會有金屬箔屏蔽包裹，以防止對絞線之間的串擾，而同時整根電纜也會用金屬箔或編織網或二者同時屏蔽。這種結合了金屬箔和編織網的做法，可以讓兩種屏蔽技術相互支撐補償，以一種技術的優勢克服另一種的局限性，從而為電纜提供了超出任何單一技術所能提供的屏蔽性能。
在實際應用中，屏蔽的目的是為了將感應到的電磁噪聲傳導到大地（Ground），成為噪聲信號的返回路徑，這一點至關重要。不了解其含義可能意味著無效的屏蔽。電纜屏蔽及其端接必須能夠為電磁噪聲提供一條低阻抗的接地路徑。未接地的屏蔽電纜將無法有效工作，而接地路徑中的任何斷點或過多的節點都會因為增加接地阻抗而降低線纜的屏蔽性能。
最后總結幾點關于線纜屏蔽的實用建議：
1. 確保電纜具有足夠的屏蔽以滿足應用需求。在普通的電磁干擾環境中，單獨使用金屬箔應該就能夠提供足夠的噪聲保護；而在比較惡劣的噪聲環境中，就有必要考慮使用同時組合了編織網和金屬箔的屏蔽電纜；
2. 基于特定的應用環境，使用合適的屏蔽電纜。例如：在使用過程中需要反復彎曲的電纜，通常會使用螺旋纏繞的屏蔽層而不光是編織網；同時，柔性電纜也往往會盡量避免僅使用金屬箔屏蔽，因為電纜的連續彎曲有可能會撕裂箔層；
3. 確保電纜所連接設備的有效接地。盡可能使用大地，并檢查接地點與設備之間的連接；電磁噪聲的消除取決于其接地路徑的低阻抗；
4. 很多設備和連接器的設計允許 360° 全方位的屏蔽連接，須確保其與電纜屏蔽層之間可靠接合。例如：許多常見的連接器會配有金屬涂層塑料、鑄鋅或鋁制外殼；應盡量選擇與線纜屏蔽性能相匹配的連接器，避免因低標準而影響屏蔽效果或過高的規格要求而帶來的成本增加。
來源：控制工程網

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