Экранирующий слой экранированных кабелей: почему «повторное заземление» является палкой о двух концах? Остерегайтесь этой смертельной опасности!
2025-08-10
В промышленной автоматизации, прецизионных приборах и системах связи экранированные кабели служат бесшумными защитниками от электромагнитных помех (ЭМП). Их основная защита — экранирующий слой, образованный металлической оплеткой или фольгой — должна быть правильно заземлена, чтобы быть эффективной. Однако часто упускаемая из виду или неправильно понимаемая практика — «повторное заземление» (т. е. заземление экранирующего слоя на обоих концах или в нескольких точках вдоль кабеля) — может превратить этот защитный экран в источник помех! Почему так происходит?
Основная причина: ток и помехи в контуре заземления
Представьте себе экран как дополнительный проводник. При заземлении на обоих концах (точки A и B) он образует замкнутую проводящую петлю с землей, известную как «петля заземления».
1.Земля не является идеальным проводником: на самом деле земля не является идеальной точкой отсчета с нулевым потенциалом. Между различными точками заземления существуют различия в потенциале, обусловленные работой оборудования, индукцией молнии, неисправностями в системе электропитания и т. д. (также называется разностью потенциалов заземления или напряжением синфазного шума).
2.Ток течет незаметно: эта разность потенциалов действует как невидимый «источник напряжения», приложенный к контуру, образованному экраном и землей. Согласно закону Ома (V = I * R), разность потенциалов пропускает ток (известный как ток заземления) через экран.
3.Экран становится «антенной»: Сам экран обладает сопротивлением. Когда ток заземляющей петли проходит через это сопротивление, происходит падение напряжения в соответствии с законом Джоуля. Это колебание падения напряжения вызывает помехи в парах сигналов, заключенных в экране, что серьезно загрязняет чистые сигналы, предназначенные для защиты. Это проявляется в виде шума, искажения или даже полного уничтожения сигнала. В этот момент экран не только не блокирует внешние помехи, но и становится эффективным внутренним передатчиком помех!
Дополнительные недостатки многоточечного заземления: сложность и неопределенность
1.Образование множественных контуров заземления: при заземлении нескольких точек на длинных кабелях или кабелях с промежуточными соединениями могут образовываться сложные сети контуров заземления. Каждый контур может улавливать различные разности потенциалов заземления, вызывая непредсказуемые и трудно отслеживаемые помехи.
2.Высокочастотные сбои: теоретически, на высоких частотах (выше МГц) многоточечное заземление снижает импеданс экрана, обеспечивая превосходную высокочастотную экранировку (при условии, что он меньше 1/20 длины волны). Однако на практике шумы, вызванные различиями потенциалов заземления, часто значительно превосходят теоретические преимущества высокочастотного экранирования. Особенно в промышленных и энергетических средах основной проблемой остаются низкочастотные шумы (50/60 Гц и их гармоники). Риски, связанные с многоточечным заземлением, как правило, значительно превосходят его потенциальные преимущества в высокочастотном диапазоне.
Одноточечное заземление: золотое правило для устранения первопричины
Для решения проблем с контурами заземления в инженерной практике был установлен фундаментальный принцип одноточечного заземления экранов:
Принцип: надежно заземлите экран только на одном конце кабеля (обычно на конце, принимающем сигнал, или на опорном заземлении системы управления).
Эффект:
1.Устраняет заземляющие контуры: полностью устраняет пути для перепада потенциалов заземления, вызывающего протекание тока внутри экрана.
2.Сохраняет электростатическое экранирование: одноточечное заземление по-прежнему обеспечивает эффективное экранирование от помех электрического поля (электростатическая связь). Помехи магнитного поля (индуктивная связь) в большей степени зависят от материала и конструкции экрана.
3.Формирование клетки Фарадея: правильно заземленный одноточечный экран эффективно отводит внешние электромагнитные помехи на землю, защищая внутренние сигнальные линии.
Важное примечание: основные принципы заземления
1.Выбор точки заземления: отдавайте приоритет заземлению на конце приема сигнала. Если система имеет четко определенное «чистое» опорное заземление (например, заземляющую шину в шкафу управления), подключитесь к нему.
2.Качество соединения: соединения заземления должны быть низкоимпедансными, надежными и безопасными. Используйте специальные заземляющие клеммы или обжимные втулки, чтобы обеспечить непрерывное заземление экрана на 360 градусов (избегайте соединений типа «пигтейл»), с защитой от коррозии в точках соединения.
3.Консолидация заземления: заземления экранов от нескольких кабелей в одной системе должны сходиться в одной точке (например, заземляющая шина), чтобы предотвратить появление новых контуров заземления.
4.Исключение для системы плавающего заземления: в определенных конструкциях (например, в изолированных системах с батарейным питанием) вся система может быть подвешена над землей. В таких случаях экран может потребовать одноточечного соединения с внутренним эталонным заземлением внутри системы, а не с землей. Необходимо строгое соблюдение технических характеристик оборудования.
Предупреждение о безопасности:
Несоблюдение требований по заземлению экрана не только вызывает помехи в сигнале, но и в условиях воздействия электричества или молнии неправильные повторяющиеся пути заземления могут привести к опасным разностям потенциалов, ставя под угрозу безопасность оборудования и персонала. Правильное заземление обеспечивает двойную гарантию безопасности и производительности!
Вывод:
Экранированный слой экранированных кабелей никогда не должен заземляться произвольно. Множественные или избыточные точки заземления создают контуры заземления, превращая экран в соучастника появления помех. Это значительно снижает или даже полностью нивелирует его защитную функцию. Строгое соблюдение принципа одноточечного заземления и обеспечение качества заземления имеют первостепенное значение для максимальной эффективности экранирования и гарантии стабильной и надежной работы системы. Чтобы экран действительно защищал сигналы, а не усиливал помехи, для начала устраните избыточное заземление!
Ключевой вывод: одноточечное заземление снижает помехи; многократное заземление вносит шумы. Выбор точки заземления экрана определяет, будет ли он действовать как защитный экран или как источник помех.
Циндао Хуацян Кабель — производитель, специализирующийся на производстве и разработке проводов и кабелей на протяжении 20 лет. Провода и кабели бренда Huayu компании соответствуют всем требованиям Международной электротехнической комиссии и национальным стандартам. Обслужив тысячи предприятий и десятки тысяч клиентов, компания предлагает следующие ведущие продукты: кабели из алюминиевого сплава, сшитые силовые кабели, силовые кабели с поливинилхлоридной изоляцией, кабели управления, компьютерные кабели, кабели с минеральной изоляцией, а также провода и кабели для электрооборудования. Мы также предлагаем изготовление специализированных кабелей по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями заказчика.
