Любой промышленный или бытовой объект, а особенно производственное помещение, имеет высокую степень электрической зашумленности. Электрошумы или электромагнитные помехи (EMI) возникают от так называемых «паразитных» или побочных излучений, а также наводок по цепям энергопитания. Наиболее мощный EMI-резонанс проявляется при переключения мощной нагрузки, работе больших индукционных нагревателей, трансформаторов и высокочастотных устройств. Изоляционное покрытие «прозрачно» для любого вида электропомех, его задача противостоять механическим повреждениям. Поэтому наиболее эффективным способом борьбы с электромагнитными шумами является оборудование кабельной продукции специальными экранами (позиция 4 на рисунке).
Интересно, что кабель может быть как генератором электропомех, то есть служить своего рода передающей антенной, так и принимать их от прочих источников. И только экранирование помогает минимизировать электрозашумленность в обоих случаях.
Описание и особенности применения экранированного кабеля
Это защитное приспособление не позволяет проводу распространять свои собственные электрошумы и защищает собственное электромагнитное поле кабеля от влияния любых внешних помех, которые могут существенно снизить его работоспособность. Кроме того, экранирование способно выполнять и некоторые другие функции:
при исполнении в муфтах снижать вероятность возникновения электропотенциалов непосредственно на наружной поверхности изделия.
Для моментального определения разновидности кабеля в маркировке провода с экраном присутствует буква «Э», например, ВВГЭ.
В зависимости от техпараметров и особенностей эксплуатации производятся расчеты, по которым определяют материал, конструкцию и тип защитного экранирования. Например, в электросетях с токовой нагрузкой до 50 А необходимы экраны из достаточно тонкой ленты из алюминия или меди. В силовых проводах экранирующий эффект могут гарантировать только медные проволоки увеличенного сечения. Для кабельной продукции средних токов используются комбо-экраны, состоящие из медной ленты и оплетки-проволоки. А если требуется выровнять электрополе в силовых проводах высокого напряжения, то экранирующее приспособление должно проводить электроток.
Экранным материалом обычно служат металлические, алюминиевые или медные, немагнитные ленты, проволоки, фольгирующие элементы или особая электропроводящая бумага
Для окончательного понимания механизма экранирования следует знать, что:
для защиты от внешних электромагнитных шумов экраном окружают сердечник (жилы) кабеля,
если нужно убрать внутренние электропомехи, то применяются индивидуальные экраны для пар (жил),
для решения обеих задач провод комплектуется обоими типами защиты.
Классификация кабелей с экраном
Наиболее частое применение среди экранированной кабельной продукции имеют силовые кабеля, которые рассчитаны на низкое, среднее или высокое напряжение сети (0,66/1 кВ, 6-110 кВ и выше). Экраны таких проводов просчитываются таким образом, чтобы блокировать возникающие внутри них электромагнитные поля, не позволяя им влиять на внешнюю среду. Силовые экранированные марки (ВВГЭ, КГВЭВ, ПвП и АПвП) могут оснащаться индивидуальными экранами как по жиле, так и по изоляции, которые выполняются из бумаги, проводящей электроток, или синтетической ленты, а также общим медно-проволочным экраном-оплеткой, спиральной ленточной оплетки, изготовленной из алюминия или меди.
Конструкция комбинированных проводов подразумевает совмещение силовых и управленческих жил в одной оболочке. По основным жилам проходит 6 кВ переменного тока, а по вспомогательной — 380 В. Высокое напряжение требует усиленного внимания, создает повышенные риски и уровень EMI-помех. Поэтому экранирование данной разновидности кабелей является обязательным.
Экран из электропроводящей резины или алюмолавсановой ленты с медной оплёткой накладывается отдельно на каждую фазовую жилу. На схеме, иллюстрирующей конструкцию марок КГЭУ и КГПЭУ, хорошо видно расположение элементов. Общий внешний вид комбинированного провода хорошо виден на примере КГпЭ. Гибкие комбинированные кабеля с экранами часто применяются для присоединения к источникам питания передвижных машин, устройств и установок, к примеру, экскаваторов и кранов.
Контрольные кабели служат для обмена данными с приборами и распределительными устройствами, доступ к которым существенно затруднен или вообще невозможен. Этот тип кабельной продукции требует надежной защиты, ведь передает важную управленческую информацию. Экран в марках КВВГЭ и АКВВГЭ выполнен посредством намотки из фольги (медь или алюминий) с перекрытием, которая обеспечивает неразрывность экрана при допускаемых радиусах изгибания кабелей. При этом в продольном направлении экрана проложена медная проволока. Экранирование провода КГВЭВ, который применяется для нестационарного монтажа, осуществляет медная оплетка. Кроме того, экранным материалом может служить медная, алюминиевая или алюмополимерная лента.
Сигнальные кабели широко применяются в системах, которые отличаются строжайшими требованиями к точности и защите данных. В этот перечень входит практически любая слаботочная аппаратура, включая измерительную, охранную или пожарную. Экранированный кабель для ОПС, например, марки КПСЭнг-FRLS, КПСЭнг-FRHF или КПСЭСнг(А)-FRLS, служит для подключения систем оповещения и эвакуации, дымовых датчиков и прочих приборов, которые должны немедленно срабатывать при возникновении ЧП. За счет температуроустойчивой изоляции на основе кремния экранированный кабель для пожарной сигнализации способен сохранять работоспособность, даже находясь внутри горящего помещения, а также отличается низкой величиной выделения продуктов горения. Экранированный кабель для ОПС обычно оснащен защитой от электропомех, изготовленной из алюмолавсановой ленты.
Также достаточно обширной группой является класс кабелей связи, управления и передачи данных. Данный тип проводной продукции весьма чувствителен к EMI-шумам, поэтому зачастую оборудован защитными экранами. Коротко рассмотрим наиболее распространенные марки и подгруппы данного типа.
ТППШв используется в телемеханических или телефонных локальных сетях, которые требуют от изделий возможности обеспечивать широко- или фазоимпульсную частотную модуляцию сигналов (до 2 МГц). Защищен экраном из алюминиево-полиэтиленовой фольги.
Распределительный РВШЭ-кабель обычно применяют при монтаже радиоаппаратуры и аудиотехники (приспособлений и приборов для записи и воспроизведения звука), в системах телефонии. Экран из медных твердых проволок обеспечивает отличную устойчивость к электропомехам и качественный уровень передачи аудио.
Коаксиальные кабели с обозначениями РК, RG и SAT используются только для телевизоров, антенн, систем видеонаблюдения и радиоэлектроники. Они экранированы алюминизированной полиэстерной пленкой и/или проволочной оплеткой из луженой медной проволоки.
Высокоскоростной обмен данными через проминтерфейс RS-485 в сетях объектов по стандартам TIA/EIA-485-A и ИСО/МЭК 8482, подключение систем, созданных для контроля инженерных сооружений и распределённого сбора информации осуществляется при помощи марок КИПЭВ, КИПЭП, КИПЭВБВ и других. Они экранированы алюминиево-лавсановой лентой или медно-луженной оплеткой с прокладкой дренажного проводника.
Витые пары FTP из подкласса Lan-кабелей имеют защитный экран из фольги, поэтому их можно монтировать даже вблизи с электропроводкой и прочими источниками EMI-излучения.
Провода STP (S/UTP) — это экранированные витые пары. Кабеля STP, в отличие от FTP-пар, имеют фольгированные экраны для каждой пары, а также общую экранную защиту (медная оплетка).
Кабеля S/FTP представляют собой витые пары с фольгированной оплеткой каждой пары и общей оплеткой для всех пар из тонкой плетеной медной проволоки.
Подгруппа SF/UTP включает марки для передачи дата-данных, защищаемые сдвоенным внешним экраном из фольги и медной оплетки. Кабеля SF/UTP востребованы, когда прокладка витой пары производится рядом с ЛЭП электросетью и требуется дополнительная и надежная защита от электрошумов
Экранированный кабель.
Экранированный кабель – основной способ борьбы с электромагнитными помехами. Для производственных помещений разного типа характерной есть электрическая зашумленность. Работа оборудования нарушается из-за электрических шумов и помех от паразитных излучений, это и есть электромагнитные помехи (ЕМІ). Изоляция кабеля обеспечивает защиту только от механического воздействия (сырости, влаги, износа и сколов), но не защищает от электромагнитных излучений. Экранирование сможет помочь в борьбе с электромагнитными шумами.
Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника.
Кабели могут как излучать, так и поглощать электромагнитные помехи. Кабель выступает или в роли антенны, которая излучает помехи, или в роли приемника, который улавливает электромагнитные помехи с других источников. И в том, и в другом случае помогает экранирование кабеля.
В таблице приведены данные принципов классификации уровня шумов на площадях, которые подвергаются его воздействию. Что же касается эксплуатации больших трансформаторов и индукционных нагревателей, переключения мощной нагрузки, то необходимо брать во внимание возникающие большие помехи в результате наводок по цепям питания или от паразитных излучений.
Уровень шума
Источник шума
Типичное расположение
Электролитические процессы, мощные двигатели, генераторы, трансформаторы, индукционные нагреватели, релейные блоки управления, силовые линии и провода цепи управления, расположенные в непосредственной близости
Большие производства, такие как сталепрокатные и литейные цеха
Провода, расположенные рядом с двигателями среднего размера, релейные блоки управления
Средние промышленные производства
Провода, расположенные на сравнительно большом расстоянии от силовых линий; двигатели менее 5 л.с.; в отсутствие в ближайшем окружении индукционных нагревателей, электрических разрядов и силовых реле
Склады, лаборатории, офисы и осветительные установки
К появлению сетевых наводок в сигнальных цепях также могут привести сигнальные линии, что находятся рядом с силовыми кабелями.
Экранирование – основной способ борьбы с электромагнитными помехами в кабелях.
Рис. 1. Экран часть излучения отражает, часть энергии передает в землю, пропуская незначительную долю энергии.
Экран, окружая внутренний сигнальный или силовой проводник, воздействует на электромагнитные помехи. Есть два способа воздействия экрана на ЕМІ:
1. Он отражает излучение;
2. Перенаправляет шумы на земляную шину.
Хотя часть паразитной энергии все равно проходит через экран, ее количество небольшое, поэтому не приводит к существенным наводкам.
Уровень защиты и степень экранирования могут быть разными, это зависит от:
электрического окружения кабеля;
его стоимости;
характеристик (диаметр, вес, гибкость кабеля).
Практически во всем промышленном оборудовании неэкранированный кабель проходит внутри металлических шкафов или металлических труб, которые являются защитой от внешних электромагнитных излучений.
Есть два типа экранирования кабелей: оплетка и покрытие из фольги.
Фольга для экранированного кабеля – это тонкий слой алюминия, который крепят на основу (обычно это полиэстер), что придает прочность и износоустойчивость. Преимущество такого экрана в 100% покрытии проводников. Но это покрытие усложняет работу, так как очень тонкое. Особенно это касается разъемов. Для заземления применяют отводящий провод, который соединяет конец экрана с землей.
Оплетку делают в виде сетки из оголенной и луженной проволоки. Этот тип экранирования обеспечивает низкоомное заземление и легкое крепление к разъему методом пайки или обжатия. Однако такой экран не дает 100% покрытия, в нем остаются небольшие зазоры. В зависимости от плотности оплетки, покрытие может быть от 70 до 95%. Для стационарного кабеля, в большинстве случаев, допустимая плотность покрытия – 70%, этого вполне достаточно. Как правило, на практике, эффективность экранирования трудно заметить зависимо от процента покрытия. Кроме этого, медь является более хорошим проводником электричества, чем алюминий, поэтому именно медная оплетка более эффективная. Она также дает большую защиту от наводок по цепям питания. Но это увеличит стоимость и размеры экранированного кабеля.
При этом в очень зашумленных местах возникает необходимость использовать многослойные комбинированные экраны из фольги и оплетки. Например, весь кабель может экранироваться оплеткой (как вариант, фольгой и оплеткой в комбинации или же только фольгой), в то время как отдельные пары проводов в многожильных кабелях экранируются фольгой, что обеспечивает защиту от перекрестных наводок между соседними парами. Также в экранированном кабеле могут быть два слоя или оплетки, или фольги.
Компания Alpha Wire предлагает кабель с защитным покрытием, которое объединяет оплеточный и фольгированный экран (метод экранирования SupraShield).
Рис. 2. Типовые конфигурации экранов
Наибольшая эффективность экранирования достигается благодаря тому, что один экран поддерживает другой. Это дает возможность преодолеть прочностные ограничения каждого из них.
Рис. 3. Самая высокая эффективность экранировании достигается за счет комбинированных экранов из фольги-оплетки.
За счет уникальной трехслойной фольгированной ленты (алюминий-полиэстер-алюминий) достигают улучшения эксплуатационных характеристик кабелей SupraShield. Эта лента повышает эффективность экранирования, так как уменьшается сопротивление экрана и отводящего провода, что дает возможность быстрого и легкого заземления.
Экран предназначен для перенаправления любых помех на землю. Необходимо учитывать значимость экранирования. Игнорирования этого вопроса может привести к использованию неэффективных экранов. Важно знать, что экран кабеля обеспечивает низкоомное заземление. Если же не учитывать этого, экранированный кабель будет использоваться неэффективно. Любые повреждения экрана приведут к увеличению импеданса и снижению эффективности экранирования.
Практические рекомендации, которые помогут обеспечить эффективность экранирования:
1. Правильно используйте кабель в зависимости от зашумленности окружающего пространства. Убедитесь, что кабель имеет достаточную степень экранирования. В среде с умеренной зашумленностью целесообразно будет использовать кабель с фольгированным экраном, который обеспечит высокий уровень защиты. Если же среда более зашумлена, необходимо использовать экран из оплетки или же из оплетки и фольги (комбинированный).
2. Кабель должен быть пригодный для приложения. Если же экранированный кабель будет подвергаться регулярным изгибам, то вместо оплетки необходимо использовать спирально навитую экранировку. Также не используйте гибкие кабели с экраном из фольги, так как их постоянное изгибание приведет к износу такого покрытия.
3. Обратите внимание на то, чтобы оборудование, к которому подсоединен кабель, было правильно заземлено. Всегда проверяйте соединение между точкой заземления и оборудованием, а также используйте заземление там, где для этого есть возможность. Учитывайте то, что степень устранения помех находится в прямой зависимости от величины сопротивления проводника, который идет на землю (чем меньше, тем лучше).
4. Конструкции большинства разъемов имеют максимально допустимую законцовку экрана 360°. Для этого необходимо убедиться, что эффективности экранирования разъема и кабеля одинаковые. К примеру, большинство распространенных разъемов идут с кожухом из металлизированного пластика, который покрыт цинком или алюминием. Не переплачивайте за кабель, необходимость в котором отсутствует, но и не экономьте, чтобы в результате не получить кабель с недостаточной эффективностью экранирования.
5. Делайте заземление кабеля только на одном конце. Это поможет устранить возможное возникновение шумов в заземляющем контуре.
Эффективность экранирования зависит от наиболее слабого компонента. Высококачественный кабель не даст вам необходимого экранирования, если разъем будет низкого качества. И, соответственно, разъем высокого качества не обеспечит защиту системы от помех, если кабель низкопробный.
Экранированный кабель: где и как применяется
Экранированный кабель часто используется в промышленных зонах производства, различных офисных зданиях, цехах и предприятиях. Часто возникает потребность проложить кабельную систему через траншею или канал, и иногда кабели разного назначения создают вредоносные электромагнитные излучения, электрические шумы. Как итог: нарушается работа технического оборудования. Эту проблему можно решить, проложив специальный экранированный кабель.
Условия в работе электротехнического оборудования разнообразны, и используется оно всегда по-разному. Порой кабельную систему проводят для улавливания определенных частот, в качестве антенны.
Для чего именно нужен экранированный кабель
Экранированный провод обеспечивает бесперебойную электрическую работу без помех и шумов благодаря специальному экрану, даже если рядом проложено огромное количество источников энергии. Также специальный экран не позволяет магнитному полю кабеля не оказывать никакого вредоносного воздействия на другие проложенные рядом кабели. Экранирование обеспечивает надежную заземленность проводу. Состав экрана для экранированного кабеля при производстве бывает разным: это комбинация электропроводящей бумаги, фольгированных лент, медной или алюминиевой проволоки и полимерных добавлений.
У экранированного кабеля есть разные свойства и виды назначения. По этой причине конструкции проводов всегда отличаются друг от друга в зависимости от типа.
Механизм работы и применения экранированного кабеля:
Когда требуется защита от внешних электромагнитных шумов и помех, защитным экраном окружаются внутренние жилы провода.
Для устранения внутренних помех и шумов, для внутренних жил применяются индивидуальные экраны.
Когда необходимо устранить оба типа помех, провод комплектуется обоими способами защиты.
Схема экранированного кабеля
Классификация экранированных проводов
Есть разные типы того, как можно экранировать провод. Это зависит от цели назначения кабеля. Поэтому, есть следующие типы назначения экранированного кабеля с медными или алюминиевыми жилами:
Силовые кабеля . Рассчитаны на разные уровни напряжения – от низкого до высокого. Благодаря встроенному внутрь экрану, кабель не распространяет в окружающую среду и на соседние источники электроэнергии электромагнитные помехи. Может накладывать как на токопроводящие жилы, так и после изоляции их.
Комбинированные – силовой и управляющий кабель в одном механизме, отличается своей гибкостью. Обычно такой тип назначения используется в работе передвижных электрических механизмов. Например, экскаваторов. Изолируется экранированный провод резиной в таком случае. Не позволяет распространиться помехам на управляющие механизмы.
Как экранировать кабель
Самостоятельно сделать защитный экран для кабеля практически невозможно, к тому же, лучше не заниматься этим без опыта или хотя бы профильного образования. Лучше довериться фабричным кабельным проводам, которых огромное количество в магазинах. Защита помещается под основную оболочку провода. Самостоятельная облицовка провода требует бережного отношения и аккуратности, чтобы полотно оставалось целостным и без повреждений.
Кабель с экраном
Обычно, провода экранируют двумя способами материалов: создается либо оплетка, либо цельное покрытие из фольги. Фольга имеет свои плюсы и минусы. По-простому, это тонки слой алюминия. Используя метод оплетки проволокой, обеспечивается высокий уровень заземления. Считается одним из самых надежных способов, но недостаток в том, что могут образовываться минимальные бреши в поверхности. Размер их зависит от толщины и длины проволоки.
Заключение: что важно учитывать при покупке экранированного кабеля
Чтобы экранирование проводов было эффективным, есть следующие рекомендации при покупке и эксплуатации:
Обратите внимание заранее на зашумленность той среды, в которой планируется применение кабеля. Если это среда с умеренной электромагнитной зашумленностью, покупайте кабель с оплеткой в виде фольги.
Если степень зашумленности помехами высокая, рекомендуется использовать комбинированный тип защиты сетки с фольгой.
Если местность обладают изгибающими нагрузками, защитный экран должен быть выполнен в виде спирали. Иначе такой кабель просто будет неэффективен и быстро придет в негодность из-за неподходящих условий.
Перед прокладкой кабельной системы, важно проверить уровень заземления оборудования. Поскольку при неправильном подключении, помехи никуда не уйдут, а только станут сильнее. Сопротивление заземления должно быть достаточно низким.
Заземлить провода необходимо в конце работ, иначе помехи получатся в заземляющем проводнике.
Ассортимент проводной проводки с защитным экранированием сейчас достаточно разнообразен, поэтому при выборе стоит грамотно учесть и рассчитать все нюансы среды и условий. Перед подключением важно ознакомиться с назначением каждого кабеля, окружающую среду, возможность электромагнитных помех и шумов. Только при расчётливом подходе, эффективность экранирования будет на высоком уровне, и обеспечена защита.
Экранирование в электрических сетях
Для защиты электротехнического оборудования от помех и прочих электромагнитных влияний достаточно эффективной мерой является экранирование. Согласно ГОСТ 30372-95, экранированием называется способ ослабления электромагнитной помехи с помощью экрана, имеющего высокую электрическую и (или) магнитную проводимость.
Физика экранирования
В электроэнергетике используются частоты 50 или 60 Гц. Гармоники от них можно принимать во внимание в диапазоне примерно до 1,5 кГц, если речь идет о воздействии на силовое оборудование (о средствах связи будет сказано отдельно). Спектр молнии очень широкий, помехи для радиосвязи наблюдаются вплоть до частоты 30 МГц. Тем не менее, пик спектра удара молнии находится в районе 500 Гц.
На низких частотах пригодна модель, предложенная еще Фарадеем. Внешнее электрическое поле вызывает поляризацию в толще экрана. В результате на поверхности внутри экрана находятся электрические заряды, противоположные по знаку зарядам на внешней поверхности. В итоге поле от этих зарядов компенсирует внешнее электрическое поле.
Экранирование от магнитного поля низкой частоты обусловлено тем, что, при коэффициенте магнитной проницаемости материала экрана много большим 1 и достаточной толщине конструкции силовые линии магнитного поля проходят по экрану, не попадая в пространство, заключенное внутри него.
Совсем не обязательно, чтобы экран был выполнен из сплошного листа без отверстий. В экране могут быть отверстия. Мало того, он может представлять собой клетку из электропроводящего материала. Такой вариант экрана называется «клетка Фарадея». Но при этом должно соблюдаться условие: линейные размеры отверстий или шаг между прутьями сетки по линейным размерам меньше (в идеале — много меньше) длины волны излучения, от которого производится экранирование. Также важен хороший электрический контакт (в идеале — сварка) между прутьями клетки.
Согласно ГОСТ Р 51317.1.2-2007 (МЭК 61000-1-2:2001) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методология обеспечения функциональной безопасности технических средств в отношении электромагнитных помех» под низкими частотами применительно к экранированию подразумеваются частоты ниже 9 кГц.
На частотах выше 9 кГц при рассмотрении явления экранирования используется иная модель. Если предельно упростить процессы для облегчения понимания, то экран на высоких частотах работает следующим образом. Под действием внешнего излучения в экране возникают вихревые токи. Эти токи создают электромагнитное поле, компенсирующее внешнее воздействие.
Экранированные кабели
Некоторые типы силовых кабелей имеют экран. Чаще всего это экран представляет собой металлическую ленту, которой обмотана изоляция токопроводящих жил. Также встречаются варианты экрана из толстой проволоки и комбинация толстой проволоки и металлической ленты. Известны конструкции кабелей с экранами из токопроводящей бумаги и токопроводящей резины. Очень редко можно встретить силовые кабели с экраном, представляющим собой оплетку из тонкой проволоки, хотя для сигнальных кабелей такая конструкция весьма распространена.
Сечение экранированного силового кабеля для прокладки под землей в траншее
Экранирование кабелей применяется в следующих основных случаях:
Кабели на напряжение свыше 2 кВ, проложенные в земле или в воде, а также проходящие в непосредственной близости от металлических конструкций. Наличие экрана предотвращает возникновение коронных разрядов между токопроводящими жилами и почвой (водой, металлическими конструкциями). Такие разряды приводят к разрушению изоляции кабеля.
Рядом с силовым кабелем проходят сигнальные кабели, чувствительные к наводкам. Это требование закреплено в ПУЭ-7, п. 3.4.11
Кабели, соединяющие частотно-регулируемый привод с мотором. Это связано с тем, что энергия по такому кабелю передается на частотах порядка десятков кГц.
Силовые кабели, прокладываемые в земле и в воде, также часто имеют металлическую броню. Эта броня предназначена для механической защиты кабеля, тем не менее, она обладает экранирующими свойствами. Согласно ПУЭ-7, п. 3.4.11, наличие брони или металлической оболочки обязательно для кабеля, соединяющего вторичную обмотку трансформатора на напряжение 110 кВ и выше, со щитом.
Экранированные токопроводы
На объектах генерации и высоковольтных подстанциях нашли свое применение комплектные пофазно-экранированные токопроводы. В них токопровод каждой фазы заключен в замкнутый непрерывный экран. При этом экран может быть герметичным, при больших напряжениях в него закачивают элегаз. Экраны подключают в одной точке к контуру заземления объекта.
Главные функции, которые выполняют пофазно-экранированные токоотводы — уменьшение взаимодействия между проводниками при внешних коротких замыканиях, а также устранение нагрева индуцированными токами расположенных поблизости конструкций из металла и железобетона. Другие важные функции экрана — защита токопровода от пыли и влаги, повышение безопасности эксплуатации и обслуживания.
Требования СО 153-34.21.122-2003
Вопросы экранирования с целью защиты от вторичного воздействия молнии рассмотрены в СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». Этот документ рекомендует использовать, при наличии такой возможности, в качестве экрана металлическую арматуру здания.
Арматура железобетонного здания обладает свойством экранирования
При электрическом соединении элементов арматуры друг с другом объекта получается «клетка Фарадея». Она защищает от электромагнитных воздействий удара молнии оборудование внутри здания. Арматура, согласно инструкции, должна быть соединена с системой молниезащиты здания.
В том случае, когда внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон. При прокладке кабелей между зданиями, если экран кабеля выдерживает ток молнии, дополнительное внешнее экранирование не требуется. Иначе для защиты кабеля рекомендуется размещать его в металлической трубе или экранированном коробе. Внешний экран или собственный экран кабеля на обоих концах соединяют электрически с общими заземляющими шинами зданий.
Экранирование для защиты оборудования и персонала
На понизительных станциях и открытых распределительных устройствах, находящихся под напряжением 300 кВ и выше, уровень электромагнитного излучения от оборудования опасен для обслуживающего персонала. В связи с этим применяются защитные меры в виде металлических сеток, магнитных экранов из материалов с высокой магнитной проницаемостью и т. п. Соответствующие рекомендации приведены в п. 4.2 ПУЭ-7.
В современной электроэнергетике широко применяются разнообразные устройства связи. В частности, цифровизация энергетики без них невозможна.
Электроэнергетическое оборудование и линии электропередач является источником широкополосных помех. Для нормальной работы систем связи, установленных на подстанциях, необходимо обеспечить надежное экранирование слаботочного оборудования. С этой целью аппаратуру связи устанавливают в металлические шкафы, подключенные к общему контуру заземления объекта. Поскольку на работу средств связи могут оказывать влияние даже помехи с длиной волны порядка нескольких сантиметров, конструкция шкафа не должна иметь в себе крупных отверстий. При необходимости контролировать работу оборудования связи через смотровое окно, применяется экранирование окна токопроводящей сеткой, либо установка в окно токопроводящего стекла. Указанные элементы должны иметь электрическое соединение со шкафом.
Экранирование средств связи в электроэнергетике регламентируется семейством стандартов ГОСТ МЭК 6100, а также стандартами организаций. Данное экранирование должно защищать аппаратуру связи от составляющих спектра выше 9 кГц, т. е. относится к категории высокочастотного экранирования. Для высоких частот металлический экран может быть тонким, но важна его высокая проводимость.
Экранированные кабели: виды, особенности производства и применения
Когда несколько кабелей разного назначения проходят рядом, в одном колодце, желобе, кабель-канале, токи, идущие по ним, начинают воздействовать друг на друга посредством электромагнитных полей. В таких случаях и применяется экранированный кабель.
Экран защищает внутреннее электромагнитное поле от воздействия внешних полей. И, соответственно, наоборот. Однако цели экранирования могут быть шире. К примеру, помимо основной задачи, экран может повышать прочность и стойкость изоляции, защищать от агрессивной внешней среды, заземлять кабель, а при эксплуатации в муфте сводит к минимуму возможность появления электрических потенциалов на поверхности кабеля.
Материал для изготовления экрана может быть разным: фольга, специальная электропроводящая бумага, металлические ленты. Ленты могут быть из меди или алюминия. Такие тонкие ленты применяются в случаях, когда кабель рассчитан на ток силой до 50А.
Если расчетный ток больше, то экран собирается из проволоки большого диаметра. В кабелях, рассчитанных на ток среднего диапазона часто экран комбинированный, из металлической ленты и медной проволоки.
Классификация экранированных кабелей
Кабель, экранированный медный разделяют, в основном по назначению:
— Довольно распространённый вид экранированного кабеля – силовой. Обычно рассчитан на напряжение 6-10 кВ. Назначение экрана в таком случае – защита внешней среды от электромагнитного поля.
Силовой экранированный кабель различают по материалу изготовления жилы: медь (ПвП) или алюминий (АПвП). Экран в них изготавливается из пероксидносшиваемой пленки и дополнительная оболочка сверху из медной проволоки и ленты. Толщина экрана высчитывается исходя из планируемой нагрузки.
— Комбинированные кабель — два кабеля (силовой и кабель управления) в одной оболочке. Такие кабели тоже часто экранируют. Применяются для подключения к электропитанию передвижных установок: самоходных устройств, экскаваторов, кранов. Материалом для экрана в них служит алюмолавсановая лента с медной оплёткой в марках КГПЭУ или электропроводящая резина в марках КГЭУ.
— Контрольные кабели применяются для обмена информацией с приборами, к которым невозможен или ограничен доступ. Экран в таких кабелях нужен для защиты информации от внешних электромагнитных полей. Исполняется он в таких кабелях из медной проволоки или тонкой фольги.
— Сигнально-блокировочные кабели применяются в тех системах, которые предъявляют строгие требования к защите информации. Это, разного рода и назначения сигнализации (противопожарная, охранная), точные измерительные приборы.
Экран изготавливается из алюмополиэтиленовой ленты. — Ещё большие требования защиты передаваемой информации предъявляют кабели связи. К ним же относятся и кабели компьютерной коммуникации. Наибольшее распространение из них имеют кабели FTP или, так называемая витая пара. Экран в них может быть выполнен медной фольгой, плёткой или комбинированно.
Силовой экранированный кабель
Отдельно стоит рассмотреть две крайних позиции этого списка. Силовой экранированный кабель представляет собой специальную конструкцию, которая передавая напряжение потребителю, не воздействует на внешнюю среду и сама защищена от воздействия извне.
Единого документа, регламентирующего производство «экранированных кабелей» в Росси сейчас нет. Поэтому большинство производителей в своей работе ориентируется на ГОСТ Р 53769-2010. В нём регламентируется производство кабелей с пластмассовой изоляцией, есть пункт и об экранизации.
Как явствует из названия, основным отличием силовых экранированных кабелей является наличие экрана. В обозначении такого кабеля медная жила не обозначается. Такова традиция. Обозначению подлежит другой материал жилы. Например, алюминий.
Однопроволочная или многопроволочная жила в зависимости от конструкции в любом случае должна соответствовать ГОСТ 22483-77. Нужно иметь в виду, что ГОСТ регламентирует электрическое сопротивление, а не сечение, как наивно предполагают некоторые.
Каждая жила подлежит изоляции. Сейчас, в основном это поливинилхлоридный пластикат. В некоторых марках это обычный полиэтилен. У каждой жилы своё цветовое обозначение. Если в марке предусмотрено экранирование каждой жилы, то он выполняется алюминиевой или медной фольгой.
Потом жилы скручивают и накладывают оболочку из поливинилхлоридного пластиката для придания кабелю круглой формы. Общий экран выполняется намоткой медной проволоки и сверху медной ленты. В обозначении наличие экрана маркируется буквой «Э».
Затем остаётся только нанести слой кабельной бумаги и ошлагновать.
Сверху либо наносится, либо нет (в зависимости от марки) защитный слой поливинилхлоридного пластиката. Если это предусмотрено маркой кабеля, то заканчивается процесс наложением брони.
Кабель с экранированными жилами совершенно безопасен в использовании не только в плане защиты от электрического тока, но и полным отсутствием помех на содержимое рядом проложенных кабелей. Но даже один экран снижает наведение искровой помехи, например, на телевизионный кабель в несколько раз. А оптоволоконный или обычный кабель, с цифровой информацией совсем не ощущают соседства с силовым экранированным кабелем.
Экранированный кабель витая пара
Экранированный кабель «витая пара» — наиболее распространённый вид кабеля в компьютерной периферии. Представляет собой одну или больше пар проводов, закрученных вокруг друг друга – отсюда и название. Чаще всего концы такого кабеля обжимаются разъёмом 8P8C, больше известным под маркой RJ45. Стандартный набор кабеля – 4 «витой пары».
В зависимости от степени защищённости содержимого «витые пары» классифицируются по нескольким видам: — UTP – никак не защищённый неэкранированный кабель; — SF/UTP – незащищенный кабель, но имеющий двойную внешнюю экранизацию; — FTP – защищён только внешним экраном. Чаще всего это алюминиевая фольга; — STP – хорошо защищённый экранированный кабель. В нём каждая пара, а также весь кабель защищены алюминиевой фольгой; — S/FTP – отлично защищённый экранированный кабель. Помимо экрана из медной фольги или оплётки для каждой пары, кабель имеет общую защиту в виде медной оплётки.
Традиционно в производстве экранированных витых кабелей используют медь. Но некоторые производители, пытаясь сэкономить, применяют более дешёвые сплавы с алюминием. Такие кабели очень не надёжны. Сигнал проходит через них плохо, многое теряется, из-за хрупкости, часто ломаются.
По типу жилы, «витая пара» может быть одно- или многожильная. Одножильная пара изготавливается из толстой проволоки – по ней сигнал лучше проходит. Но такой экранированный витой кабель более ломкий, лучше всего подходит для прокладки в стенках, перекрытиях и стационарных подключениях, типа розетки. Многожильная «витая пара» более устойчива к изгибам и потому чаще находит применение как средство мобильного соединения устройств.
Экраны «витой пары» не только защищают поток информации от искажения и наводок, но и дополнительно заземляют оборудование, то есть дают дополнительную защиту на случай грозы. Для этого внешний экран «витой пары» заземляется.
Конкуренцию «витой паре» может составить только фольгированный экранированный кабель. Но он стоит на много дороже и применяется только для прокладки вне помещений. Это обуславливается тем, что фольгированный экранированный кабель имеет намного более низкий уровень затухания сигнала, чем «витая пара».