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认识屏蔽电缆
日期:2010-11-3 9:18:59 点击:
来源:中国工控网
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[摘要]:医疗设施是典型的电噪音环境缔造者。电噪音,无论是辐射型还是传导型电磁干扰(EMI),都可能严重影响医疗器械的正常工作。本文介绍了屏蔽电缆的相关知识。
[关键词]:屏蔽 电磁干扰 绝缘 EMI
     
      医疗设施是典型的电噪音环境缔造者。电噪音,无论是辐射型还是传导型电磁干扰(EMI),都可能严重影响医疗器械的正常工作。绝缘可以保护电缆免遭机械擦伤和磨损以及环境中的湿气和液体泄漏。但绝缘对电磁能量却无能为力,无法提供任何保护,因此需要其它保护层。
      屏蔽层用于抵抗电磁干扰。电缆是电磁干扰的主要传输源,它即是发送方,也是接收方。作为发送方,电缆可以将噪音传导给其它设备,或者产生天线辐射噪音。作为接收方,电缆可以接收来自其它发送方的电磁干扰辐射。屏蔽对两种情况都起作用。下表简要列出了遭受普通级别噪音影响的区域。需注意,切换高负载、感应加热器和大型变压器都可能造成较高的传导型和辐射型电磁干扰。将信号线靠近电源线放置也会让电源线噪音传导到信号线上。
 
 噪音级别
                           噪音源
                 常见位置
      高
电解过程、重型电动机、发电机、变压器、感应加热器、继电器控制器、电源线以及紧邻的控制线
重型加工厂,例如炼钢厂和铸钢车间
      中
中型电动机附近的布线,控制继电器
一般制造厂
      低
远离电源线和电动机的布线;小于5 hp的电动机;附近无感应加热器、电弧、控制或电源继电器
存储区域,实验室、办公室以及灯具组装车间
 
      为抵抗电缆中的电磁干扰,首选方法是使用屏蔽。屏蔽材料包裹在内部信号或电源导线周围。屏蔽以两种方式对电磁干扰起作用。第一种,它可以反射能量。第二种,它可以接收噪音,并将其传导到地面。在任一种情况下,电磁干扰都不会到达导线。而这两种情况中,某些能量仍然能够不可避免地穿过屏蔽层,但它已经被高度弱化,不会造成干扰。电缆具有各种程度的屏蔽,提供不同程度的屏蔽效果。所需的屏蔽量取决于多种因素,包括电缆的应用电气环境、电缆成本——这就是为什么要购买高于需求的屏蔽——以及其它考虑问题,例如电缆直径、重量和柔韧性。工业应用中的非屏蔽电缆通常在受控环境中使用——在金属柜或线管中,使电缆免受周围电磁干扰。金属外壳对内部的电子产品起着屏蔽保护作用。 
 
                                           
                                                                   
                         
                           
图一屏蔽层反射一部分能量传导一部分能量到地面并允许一小部分能量通过
 
      电缆一般有两种屏蔽类型:铝箔和编织层。铝箔屏蔽使用微薄的铝层,铝层通常粘附在聚酯等载体上,以增加强度和硬度。它完全覆盖导线,具有较好的性能。然而铝箔较薄,因此很难处理,特别是将其敷在导线上时尤其如此。屏蔽层通常使用地线接地,而非将整个屏蔽层接地。编织层为祼铜线或镀锡铜线的编织网。编织层提供低电阻接地通道,连接到接头时,通过压接或焊接方式易于端接。虽然如此,编织屏蔽并非全部覆盖,而留有狭小空隙。根据编织的紧密度,编织层通常提供 70% 到 95% 的覆盖率。当电缆固定使用时,70% 的覆盖率通常就已足够。事实上,更高的覆盖率并不会增加屏蔽的效果。由于铜比铝具有更高的传导性,并且编织层拥有更大的体积来传导噪音,因此用编织层作屏蔽能具有更高的效率。但是,这将增加电缆的尺寸和成本。
       对于极嘈杂的环境,通常使用多层屏蔽。最常见的是组合使用铝箔和编织层。在多芯电缆中,有时使用铝箔对各个线对实施单独屏蔽,以防线对之间形成串扰,同时使用铝箔、编织层或两者对电缆实施整体屏蔽。电缆还可以使用两层铝箔或编织层。第三种方法是,例如 Alpha Wire 的 Supra-Shield,组合使用铝箔和编织屏蔽来保护电缆。两者之间相互支持,利用自体优势来弥补另一方的局限。如图二所示,图中屏蔽效果优于单独使用任何一种方法。提升 Supra-Shield 设计性能的是由铝/聚酯/铝箔构成的独特的三层带。此带通过减小屏蔽电阻来提升屏蔽效果,它与排扰线接触,有助于快速、可靠地进行端接。
 
      
                                        图二:典型的屏蔽配置
 
                                            
                     
   
                                              图三:铝箔编织屏蔽层具有最高的屏蔽效果
 
 
      在实际运用中,屏蔽的目的是将其接收到的任何噪音传导到地面上。这点无需夸大,如,大a daan到地面上。如何强调它的如何强调它的重要性也不为过未能认识到其中要害,则可能意味着无法取得有效屏蔽。电缆屏蔽层及其终端必须提供低阻抗接地通道。没有接地的屏蔽电缆不能有效工作。通道的任何形式中断都会提高阻抗,降低屏蔽效果。
 
 
有效屏蔽的实用指南
 
       1.    确保电缆具有足够能满足应用要求的屏蔽层。在中等嘈杂环境中,仅铝箔就可提供足够的保护。在更嘈杂的环境中,应考虑使用编织层或铝箔编织层屏蔽。
       2.    使用适用的电缆。需要反复挠曲的电缆通常使用螺旋绕包屏蔽层而非编织层。需避免在挠曲电缆上仅采用铝箔屏蔽,因为连续挠曲会撕裂铝箔。
       3.    请确保电缆连接的设备正确接地。尽量使用接地线,并检查接地点和设备之间的连接。消除噪音取决于低电阻接地通道。
       4.    大多数接头设计允许 360 端接屏蔽层。请确保接头提供与电缆相等的屏蔽效果。例如,许多普通接口都提供镀金塑料、铸锌或铝背壳。避免购买屏蔽性能低于预期的电缆。
       5.    将电缆的一端接地,这可以消除噪音引起的接地环路感应的可能。
    
       一个屏蔽系统的好坏取决于它屏蔽最弱的部件。一根优质电缆会因为劣质接头而受到影响。同样,一个优质接头也无能为力改善一根劣质电缆。
 

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