Область применения различных способов заземления жил и экранов кабелей.

Заземление экранов кабелей

1 Практически на всех энергообъектах России применяются кабели типа КВВГэ. Отсутствие правильной технологии заземления экранов таких кабелей и применяемые конструкции шкафов привели к тому, что применяемые на практике способы заземления экранов противоречат основным правилам обеспечения ЭМС (рис.Е.1). Как правило, заземление экранов выполняется в виде «косички».

«Косичка» - отрезок спаянных проводников оплетки кабеля или дренажные проводники кабелей с фольговыми экранами, являются удивительно неэффективными для обеспечения хорошего заземления, даже если их длина не превышает 25 мм. Косички увеличивают последовательную индуктивность в заземляющем соединении, которая будет доминировать в передаточном сопротивлении при сборке. Взаимная индуктивность отрезка кабеля, на котором выполнена косичка, пропорциональная длине отрезка; для косички длиной 25 мм взаимная индуктивность составляет несколько нГн, что существенно больше, чем допускается для индуктивности утечки типичного экранированного кабеля.

Соединение «косичкой» не может быть рекомендовано для обеспечения ЭМС, за исключением низкочастотных приложений, не представляющих опасность с позиции помехоэмиссии и восприимчивости. В любом случае длина косички не должна превышать 30мм.

2 Для заземления экранов рекомендуется использовать специальную конструкцию в виде специальных зажимов (рис.Е.2) с большой площадью контакта. Ее можно расположить по всему периметру нижней части шкафа. Для большего числа кабелей, возможно, установка дополнительного ряда в середине (если это возможно по условиям удобства монтажа).

Одним из вариантов для заземления экранов является применение специальных разъемов (рис.Е.3).

Рис.Е.1 Заземление экранов в виде «косички» из длинных проводников

Рис.Е.2 Заземление экранов с помощью специальных зажимов

Рис.Е.3 Применение специальных разъемов

Рис.Е.4 Заземление экрана кабеля типа КВВГэ

3 Основное правило - экраны контрольных и силовых кабелей следует заземлять с обоих концов. Этот способ является наилучшим для снижения синфазных помех, особенно на средних и высоких частотах. Коэффициент снижения остается значительным (т.е. <<1) и на низких частотах, если при этом в состав экрана входят магнитные материалы (сталь, пермаллой, феррит).

Частные случаи - двойное экранирование кабелей, заземление через емкость или устройство защиты от перенапряжений.

Иногда можно объединить преимущества посредством использования: кабелей с двойным экранированием, при этом с двух сторон заземлять

только внешний экран;

кабелей с одинарным экраном, у которого один конец заземляется непосредственно, а другой через конденсатор (для предотвращения циркуляции токов низкой частоты) или через устройство защиты от перенапряжений для того, чтобы по экрану протекали частично только токи КЗ или токи молнии.

4 На рис.Е.5 показаны возможные способы выполнения заземления экранов. Каждый способ заземления соответствует некоторому четко определенному набору ситуаций, привязанных к различным типам обычно используемых на подстанциях полезных сигналов. Электромагнитная обстановка оказывает влияние на оборудование непосредственно или, что бывает чаще, через кабели. В последнем случае уровень помех и порог невосприимчивости зависят, в основном, от двух факторов: типа кабеля и способа подключения; типа передаваемого сигнала. Первый фактор характеризуется коэффициентом

экранирования. Второй фактор может быть охарактеризован видом сигналов (цифровые или аналоговые), амплитудой (в вольтах или амперах) и частотным диапазоном.

Ниже приведена классификация сигналов, состоящая из четырех классов, приведенных в порядке убывания чувствительности к электромагнитным возмущениям (см. табл. Е.1). Следует отметить, однако, что хотя в данной классификации цифровые и аналоговые сигналы отнесены к одному типу (различаясь индексами a и b соответственно), подобное сравнение имеет некоторые ограничения вследствие того, что цифровые и аналоговые системы на практике ведут себя совершенно по-разному.

Таблица Е.1 Классификация типовых сигналов в порядке уменьшения чувствительности

к внешним возмущениям

№ п/п	Вид сигнала	Обыч- ный уровень	Типичный частотный диапазон
1а	Цифровой высокоскоростной сигнал низкого уровня, например, RS422/V11, G703, Ethernet	0,1-5 В	> 20 кГц
1b	Широкополосный аналоговый сигнал, например, от измерителей потока нейтронов	10 мкВ- 1 В	< 10 МГц
2а	Цифровой низкоскоростной сигнал низкого уровня, например, от импульсных генераторов для измерений скорости или положения, RS232/V28	< 20 В	< 20 кГц
2b	Аналоговый низкочастотный сигнал низкого уровня, например, от датчиков измерения температуры или вибрации	< 1 В	< 1 кГц
3а	Дискретные сигналы среднего уровня, например, сигналы управления или указания	> 10 В	< 100 Гц
3b	Аналоговые сигналы среднего уровня, например, от датчиков технологического контроля	1-10 В 4-20 мА	< 100 Гц
4а	Дискретные сигналы высокого уровня, например, сигналы управления выключателями и разъединителями	> 50 В	< 100 Гц
4b	Аналоговые сигналы высокого уровня от трансформаторов тока и напряжения	> 10 В, > 20 мА	< 1 кГц

Рис. Е.5 Практические способы заземления жил и экранов кабелей:

Область применения различных способов заземления жил и экранов кабелей.

Схема на рис. Е.5, а. Это наиболее часто рекомендуемый способ, при котором сигнальные цепи заземлены на одном конце во избежание появления помех промышленной частоты, а экран заземлен на обоих концах для наилучшего снижения высокочастотных помех.

Данная схема широко используется для подключения оборудования на РУ подстанций (сигналы 4 в табл. Е.1) и для подключения кабелей с сигналами управления или цифровыми сигналами среднего уровня (сигналы 3 в табл. Е.1). Схема не подходит для подключения кабелей с чувствительными сигналами

низкой частоты (2b в табл. Е.1) в асимметричных (несимметричных) цепях; схема также мало подходит для высокоскоростных цифровых цепей, не имеющих опорного потенциала земли (сигнал 1а в табл. Е.1).

Схема на рис. Е.5, б. При данной схеме подключения, как экран, так и сигнальные жилы заземляют с обеих сторон.

Данная схема является наилучшим решением для высокочастотных цепей (сигнал 1 в табл. Е.1), но требует наличия очень хорошей (эквипотенциальной) сети заземления, которая на практике может иметь место в сетях малых размеров, расположенных в одном здании.

В действительности любой продольный потенциал земли, вне зависимости от причин его появления, даже будучи снижен за счет экранирования, все равно появится в виде синфазной помехи на обоих концах (величина зависит от соотношения сопротивлений нагрузки).

Однако, в данной конфигурации синфазное и противофазное напряжение идентичны друг другу, вследствие чего дальнейшего снижения помехи не произойдет. На низких частотах данной схемы следует избегать, если по цепи передаются сигналы низкой частоты или ожидается появление значительных потенциалов заземлителя на низких частотах.

Во избежание этого затруднения обычно предпочтение отдается симметрированным схемам соединения (схема на рис. Е.5,в) или схемам с разделением сигналов низкой и высокой частоты (схема на рис. Е.5,д).

Схема на рис. Е.1, в. В данной схеме используется принцип симметрирования цепи, при котором присоединяемое оборудование и соответствующие связи с сигнальными цепями выполняются симметрично относительно земли. В такой цепи среднюю точку можно либо заземлять, либо не заземлять.

Данная схема обычно используется для цепей дистанционного управления, имеющих большую длину.

Экран кабеля заземлен с обеих сторон и обеспечивает экранирование от продольных возмущений. Данная схема обладает весьма большой стоимостью, но в то же время позволяет избавиться от помех во всем диапазоне частот - от низких (цепь симметрирована) до высоких (применено экранирование) и поэтому рекомендуется к применению при передаче сигналов любого типа.

Схемы на рис. Е.5, г, д. Данные схемы - это обычные схемы соединения для передачи сигналов низкой частоты (2а в табл. Е.1) при наличии низкочастотных возмущений, позволяющие удерживать величину противофазной помехи на низком уровне (несимметричная цепь).

Данные схемы также могут использоваться для цепей, к незаземленному концу (не защищенному от продольных помех) которых подключены только пассивные либо слабо подверженные помехам элементы.

При сравнении схем на рис. Е.5, г и Е.5, д видно, что схема Е.1, д с незаземленным корпусом оборудования обеспечивает большую помехозащищенность, но может вызвать проблемы в плане электробезопасности (значительное напряжение прикосновения). Таким образом, данная схема обычно неприменима при наличии вблизи небольших элементов рассматриваемого оборудования какого-либо заземленного иного оборудования.

Схема на рис. Е.5, е. В данной схеме ослабление механизма связи между токами низкой и высокой частоты достигается за счет конденсаторов, позволяющих получить снижение помех высокой частоты за счет двойного заземления без опасений появления противофазных помех низкой частоты вследствие несимметричности цепи.

Заземление сигнальной цепи на высоких частотах может происходить за счет паразитных емкостей или наличия конденсаторов для ослабления механизма связи.

Схема на рис. Е.5, ж. Схема объединяет в себе достоинства схем на рис. Е.1, а и Е.1, г обеспечивая хорошую защиту от помех во всем диапазоне частот. По этой причине схема может использоваться для передачи низкочастотных сигналов низкого уровня (2 в табл. Е.1) в сложной ЭМО.

Схема на рис. Е.5, з. Схема с коаксиальным кабелем с заземлением на обоих концах обычно используется для передачи сигналов высокой частоты оборудованию, не подверженному воздействию помех низкой или высокой частоты, в частности, радиооборудованию, работающему в диапазоне СВЧ, рабочие частоты которого много выше частот обычно встречающихся помех.

Такая схема также часто используется для передачи высокоскоростных цифровых сигналов (1а в табл. Е.1) на небольшие расстояния (несколько десятков метров) при наличии хорошего заземлителя (см. схему на рис. Е.5, б).

Схема применима и при больших расстояниях, если взаимное передаточное сопротивление невелико, токи помехи ограничены наличием хорошего заземлителя или заземленного проводника, параллельного кабелю.

Схема на рис. Е.5, и. Схема с коаксиальным кабелем с заземлением на одном конце применяется везде, где токи помех низкой частоты по внешнему проводнику могут повлиять на полезный сигнал.

Примером такого случая может быть соединение отдельных заземлителей. Кроме того, данное соединение может использоваться для подключения переносного оборудования, например, видеокамер, мониторов, и т .п.

При необходимости переносное оборудование можно заземлять через конденсатор.

Очевидно, что подобно схеме на рис. Е.5, ж, использование коаксиальных трехпроводных (триаксиальных) кабелей может иногда помочь решить все возможные проблемы помехозащищенности и, таким образом, может быть

рекомендовано для очень чувствительных сетей, используемых, например, для передачи сигналов 1 в табл. Е.1,.

Схема на рис. Е.5, к. Подобно схеме на рис. Е.5, е. данная схема обеспечивает хорошее экранирование высоких частот без вредных воздействий, связанных с протеканием токов низкой частоты.

5 При выборе типа кабеля могут помочь следующие общие рекомендации:

- Применения витых пар существенно снижает наведенные помехи.

- Коаксиальные кабели, несмотря на их распространенность для передачи высокочастотных сигналов, не очень хороши для частот ниже средних.

- Экраны в виде оплетки по наружной поверхности кабеля по электрическим параметрам превосходят экраны в виде спирально намотанной фольги. Качество оплетки лучше, чем выше ее плотность.

- Оплетка и фольга тем лучше, чем толще проволока или материал фольги, поскольку это обеспечивает увеличение проводимости.

- Продольная установка фольги лучше, чем спиральная, но она достаточно жесткая и трудно изгибается.

- Внешний экран в виде оплетки и фольги, или двойной оплетки, значительно лучше, чем одиночный экран, даже в том случае, если два экранирующих слоя не изолированы один от другого. Лучшая конфигурация для кабелей с экраном в виде оплетки и фольги, когда оплетка находится против проводящей стороны спиральной фольги.

- Отдельные витые пары (тройки, четверки и т.п.) в общем экранированном кабеле могут нуждаться в индивидуальных экранах для предотвращения емкостной перекрестной помехи между сигнальными проводниками.

- Многослойные экраны с изоляцией между экранными слоями в общем случае лучше, чем без изоляции.

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 289; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!