Заземление экрана кабеля — с одной стороны или с обеих, и почему это важно

Гид по ЭМС-разделению силовых и информационных кабелей рассматривает, почему силовые и сигнальные кабели физически прокладывают раздельно. Эта статья посвящена связанному, но отдельному вопросу: как экран кабеля заземляется — с одного конца или с обоих — и почему этот выбор не произволен, а зависит от типа кабеля и частоты помехи, с которой борются.

Что делает экран

Экранированный кабель имеет проводящий слой (фольга, оплётка или оба) вокруг жил, предназначенный для ограничения электромагнитной связи между жилами и окружением — в обоих направлениях: экран не пропускает внешние помехи к жилам и удерживает собственное излучение жил (например, фронты переключения частотного преобразователя) внутри кабеля. Чтобы выполнять эту функцию, сам экран должен быть соединён с землёй с низким импедансом — но «соединён» имеет два варианта с противоположным эффектом.

Заземление с одной стороны

При заземлении с одной стороны экран соединяется с землёй только с одного конца; на другом конце экран остаётся плавающим (или связан только ёмкостно).

• Предотвращает контурный ток (ground loop): при двух точках заземления, не находящихся точно на одном потенциале (в большом здании или между двумя частями здания разница может составлять уже несколько вольт), заземление с обеих сторон создаёт контурный ток через экран на частоте сети, который индуцирует помеху в жилах через магнитную связь.
• Типичное применение: низкочастотные кабели КИП и сигнальные кабели (датчики, измерительные цепи), где избегание контурного тока важнее экранирования от высокочастотного излучения.

Заземление с обеих сторон

При заземлении с обеих сторон экран соединяется с землёй на обоих концах — предпочтительно с помощью полного 360°-охватывающего сальникового соединения, а не одного «косички»-провода.

• Наименьший импеданс для высокочастотной помехи: на более высоких частотах (примерно выше ~100 кГц, или когда длина кабеля становится значительной долей длины волны помехи) требуется низкоимпедансное заземление экрана с обеих сторон, чтобы экран сохранял свою экранирующую функцию; заземление с одной стороны позволяет экрану работать как антенна, а не как щит.
• Типичное применение: кабели двигателей частотных преобразователей, где быстрые фронты переключения (IGBT) создают высокочастотную помеху, которая без низкоимпедансного заземления экрана с обеих сторон может проникать в другие кабели и оборудование через излучение и проводимость.

Практическая значимость

• Выбор сальника: для двустороннего ЭМС-заземления требуется ЭМС-сальник с 360°-охватом экрана (см. гид о кабельных сальниках); соединение «косичкой» вносит дополнительную самоиндукцию, которая как раз мешает высокочастотному экранированию.
• Токовая нагрузка: у бронированного силового кабеля, заземлённого с обеих сторон, в броне может возникать циркулирующий ток (наведённый током нагрузки в жилах). Этот циркулирующий ток способствует нагреву кабеля и может снизить допустимую токовую нагрузку из таблиц методов прокладки (см. гид о референтных методах) по сравнению с кабелем, у которого броня заземлена только с одной стороны.
• Установки с частотными преобразователями: см. гид о заземлении и ЭМС для частотных преобразователей для полной стратегии ЭМС-заземления вокруг самого преобразователя, частью которой является заземление экрана кабеля двигателя.

Частые ошибки

1. Заземление длинного кабеля КИП с обеих сторон «для надёжности» — это как раз вызывает контурный ток, которого не возникло бы при заземлении с одной стороны.
2. Заземление кабеля двигателя частотного преобразователя с одной стороны в предположении, что одной точки заземления достаточно — при высокочастотной коммутационной помехе ЭМС-экранирование тогда в значительной степени не работает.
3. Использование провода-«косички» вместо 360°-сальникового соединения для заземления экрана ЭМС-чувствительного кабеля — добавленная самоиндукция косички подрывает низкоимпедансное соединение, нужное на высокой частоте.
4. Не сверяться с таблицей токовой нагрузки производителя кабеля для трассы бронированного силового кабеля, заземлённого с обеих сторон — циркулирующий ток в броне может потребовать снижения нагрузки, не учтённого в общей таблице методов прокладки.
5. Рассматривать заземление экрана как простой выбор «да или нет» без учёта типа сигнала (низкочастотный или высокочастотный) — правильный выбор зависит от применения, а не от одного фиксированного правила для всех кабелей.

Связанные материалы

• ЭМС-разделение силовых и информационных кабелей
• Референтные методы и токовая нагрузка
• Кабельные сальники — класс IP, разгрузка натяжения, ЭМС-экранирование
• Частотный преобразователь — заземление и ЭМС