Заземлення екрана кабелю — з одного боку чи з обох, і чому це важливо

Гід з ЕМС-розділення силових та інформаційних кабелів розглядає, чому силові та сигнальні кабелі фізично прокладають окремо. Ця стаття присвячена пов'язаному, але окремому питанню: як екран кабелю заземлюється — з одного кінця чи з обох — і чому цей вибір не довільний, а залежить від типу кабелю та частоти завади, з якою борються.

Що робить екран

Екранований кабель має провідний шар (фольга, оплетка або обидва) навколо жил, призначений для обмеження електромагнітного зв'язку між жилами та оточенням — в обох напрямках: екран не пропускає зовнішні завади до жил і утримує власне випромінювання жил (наприклад, фронти перемикання частотного перетворювача) всередині кабелю. Щоб виконувати цю функцію, сам екран має бути з'єднаний із землею з низьким імпедансом — але «з'єднаний» має два варіанти з протилежним ефектом.

Заземлення з одного боку

При заземленні з одного боку екран з'єднується із землею лише з одного кінця; на іншому кінці екран залишається плаваючим (або пов'язаний лише ємнісно).

• Запобігає контурному струму (ground loop): за наявності двох точок заземлення, які не перебувають точно на одному потенціалі (у великій будівлі або між двома частинами будівлі різниця може вже складати кілька вольт), заземлення з обох боків створює контурний струм через екран на частоті мережі, який індукує заваду в жилах через магнітний зв'язок.
• Типове застосування: низькочастотні кабелі КВП та сигнальні кабелі (датчики, вимірювальні кола), де уникнення контурного струму важливіше за екранування від високочастотного випромінювання.

Заземлення з обох боків

При заземленні з обох боків екран з'єднується із землею на обох кінцях — бажано за допомогою повного 360°-охоплюючого сальникового з'єднання, а не одного провідника-«косички».

• Найменший імпеданс для високочастотної завади: на вищих частотах (приблизно понад ~100 кГц, або коли довжина кабелю стає значною часткою довжини хвилі завади) потрібне низькоімпедансне заземлення екрана з обох боків, щоб екран зберігав свою екрануючу функцію; заземлення з одного боку дозволяє екрану працювати як антена, а не як щит.
• Типове застосування: кабелі двигунів частотних перетворювачів, де швидкі фронти перемикання (IGBT) створюють високочастотну заваду, яка без низькоімпедансного заземлення екрана з обох боків може проникати в інші кабелі та обладнання через випромінювання та провідність.

Практична значущість

• Вибір сальника: для двостороннього ЕМС-заземлення потрібен ЕМС-сальник з 360°-охопленням екрана (див. гід про кабельні сальники); з'єднання «косичкою» вносить додаткову самоіндукцію, яка якраз заважає високочастотному екрануванню.
• Струмове навантаження: у бронованого силового кабелю, заземленого з обох боків, у броні може виникати циркулюючий струм (наведений струмом навантаження в жилах). Цей циркулюючий струм сприяє нагріванню кабелю і може знизити допустиме струмове навантаження з таблиць методів прокладання (див. гід про референтні методи) порівняно з кабелем, у якого броня заземлена лише з одного боку.
• Установки з частотними перетворювачами: див. гід про заземлення та ЕМС для частотних перетворювачів для повної стратегії ЕМС-заземлення навколо самого перетворювача, частиною якої є заземлення екрана кабелю двигуна.

Часті помилки

1. Заземлення довгого кабелю КВП з обох боків «про всяк випадок» — це якраз спричиняє контурний струм, якого не виникло б при заземленні з одного боку.
2. Заземлення кабелю двигуна частотного перетворювача з одного боку у припущенні, що однієї точки заземлення достатньо — за високочастотної комутаційної завади ЕМС-екранування тоді значною мірою не працює.
3. Використання провідника-«косички» замість 360°-сальникового з'єднання для заземлення екрана ЕМС-чутливого кабелю — додана самоіндукція «косички» підриває низькоімпедансне з'єднання, потрібне на високій частоті.
4. Не звірятися з таблицею струмового навантаження виробника кабелю для траси бронованого силового кабелю, заземленого з обох боків — циркулюючий струм у броні може вимагати зниження навантаження, не врахованого в загальній таблиці методів прокладання.
5. Розглядати заземлення екрана як простий вибір «так чи ні» без урахування типу сигналу (низькочастотний чи високочастотний) — правильний вибір залежить від застосування, а не від одного фіксованого правила для всіх кабелів.

Пов'язані матеріали

• ЕМС-розділення силових та інформаційних кабелів
• Референтні методи та струмове навантаження
• Кабельні сальники — клас IP, розвантаження натягу, ЕМС-екранування
• Частотний перетворювач — заземлення та ЕМС