一文看懂屏蔽线的原理及接法

2021年6月2日
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屏蔽线是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层,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。

屏蔽线的原理

屏蔽电缆的屏蔽原理不同于双绞的平衡抵消原理,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(所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布,频率越高,趋肤深度越小,即频率越高,电磁波的穿透能力越弱),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以下的低频干扰可应用双绞线的平衡原理有效的抵消。

根据布线最早的定义,分为非屏蔽线缆-UTP和屏蔽线缆-STP两种。后来随着技术的发展和各家不同的工艺,衍生出了很多不同屏蔽的种类 1.F/UTP  Foil Screened Cable 单层的铝箔屏蔽结构 2.Foil and Braid Screened Cable 铝箔和铜质编织网双层屏蔽结构 a) SF/UTP 铝箔和铜质编织网同时包裹在四对线的外层 b) S/FTP (PIMF) 线对单对铝箔屏蔽加上包裹在四对线的外层的铜质编织网 PIMF =Pair in Metal Foil。

屏蔽电缆抵抗外界干扰主要体现在:信号传输的完整性可以通过屏蔽系统得到一定的保证。屏蔽布线系统可以防止传输数据受到外界电磁干扰和射频干扰的影响。电磁干扰(EMI)主要是低频干扰,马达、荧光灯以及电源线是通常的电磁干扰源。射频干扰(RFI)是高频干扰,主要是无线频率干扰,包括无线电、电视转播、雷达及其他无线通信。

对于抵抗电磁干扰,选择编织层屏蔽最为有效,也就是金属网屏蔽,因其具有较低的临界电阻。而对于射频干扰,金属箔层屏蔽最有效,因为金属网屏蔽所产生的缝隙可使得高频信号自由地进出。对于高低频混合的干扰场,则要采用金属箔层加金属网的组合屏蔽方式,也就是S/FTP形式的双层屏蔽电缆,这样可使得金属网屏蔽适用于低频范围的干扰,金属箔屏蔽适用于高频范围的干扰。

IBM ACS的屏蔽线缆中铝箔屏蔽层单层厚度即达到50-62μm,起到了更完整的屏蔽效果。同时由于只采用单层屏蔽,对于施工而言将更加简单,便于安装,不易在施工过程中造成人为的损坏,且铝帛的厚度可以承受更大的破坏力。从而能给用户提供更高品质的传输性能。

屏蔽线接法:

屏蔽线的一端接地,另一端悬空 。

一文看懂屏蔽线的原理及接法

当信号线传输距离比较远的时候,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,屏蔽层就有电流行成,反而对信号形成干扰,因此这种情况下一般采取一点接地,另一端悬空的办法,能避免此种干扰形成。

两端接地屏蔽效果更好,但信号失真会增大。

请注意:两层屏蔽应是相互绝缘隔离型屏蔽!如没有彼此绝缘仍应视为单层屏蔽!

最外层屏蔽两端接地是由于引入的电位差而感应出电流,因此产生降低源磁场强度的磁通,从而基本上抵消掉没有外屏蔽层时所感应的电压;

而最内层屏蔽一端接地,由于没有电位差,仅用于一般防静电感应。下面的规范是最好的佐证!

《GB 50217-1994电力工程电缆设计规范》——3.6.8 控制电缆金属屏蔽的接地方式,应符合下列规定:
(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。

《GB50057-2000建筑物防雷设计规范》——第6.3.1条规定:……当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端等电位连接,当系统要求只在一端做等电位连接时,应采用两层屏蔽,外层屏蔽按前述要求处理。

其原理是:1.单层屏蔽一端接地,不形成电位差,一般用于防静电感应。2.双层屏蔽,最外层屏蔽两端接地,内层屏蔽一端等电位接地。此时,外层屏蔽由于电位差而感应出电流,因此产生降低源磁场强度的磁通,从而基本上抵消掉没有外屏蔽层时所感应的电压。

如果是防止静电干扰,必须单点接地,不论是一层还是二层屏蔽。因为单点接地的静电放电速度是最快的。

但是,以下两种情况除外:

1、外部有强电流干扰,单点接地无法满足静电的最快放电。
如果接地线截面积很大,能够保证静电最快放电的话,同样也要单点接地。当然了,真是那样,也没有必要选择两层屏蔽。

否则,必须两层屏蔽,外层屏蔽主要是减少干扰强度,不是消除干扰,这时必须多点接地,虽然放不完,但必须尽快减弱,要减弱,多点接地是最佳选择。
比如,企业中的电缆桥架其实就是外屏蔽层,它是必须多点接地的,第一道防线,减小干扰源的强度。

内层屏蔽层(其实,大家不会买双层的电缆,一般是外层就是电缆桥架,内层才是屏蔽电缆的屏蔽层)必须单点接地,因为外部强度已经减少,尽快放电,消除干扰才是内层的目的。

2、外部电击和防雷等安全的要求。
这种情况必须要两层防护,外层不是用来消除干扰的,是出于安全的考虑的,保证人身和设备安全的,必须多点接地。内层才是防止干扰的,所以必须单点接地。

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