錯誤的屏蔽可能導致嚴重事故!如何選擇正確屏蔽?

電線和電纜中使用了數千種屏蔽設計。屏蔽設計可以非常有效地減少干擾和輻射,但它並不是一種完美的解決方案。使用錯誤的屏蔽保護,可能會導致現場發生嚴重且代價高昂的問題發生。

屏蔽的目的是什麼?
就像卡通片中的力場,能保護超級英雄免受傷害一樣,屏蔽的目的是為了保護電子信號。它可防止電子雜訊進到電纜中,並防止信號從電纜散出。這種信號洩漏的技術術語是電磁干擾 (EMI),通常也稱為嗡嗡聲、RFI 或靜電放電。

您需要什麼屏蔽特性?
屏蔽是不是有設計防止干擾(雜訊)進入電纜外部或電纜內部,這並不重要。重要的是干擾特性、屏蔽特性、干擾源和接收器之間的距離以及屏蔽端接方法。屏蔽通常對所有干擾類型都非常有效,然而,重要的是要注意一種非常難解決的干擾類型:電磁感應干擾,但這種類型的干擾通常與平行於大型電力電纜或靠近變壓器的電纜上的電源頻率嗡嗡聲有關。

現在讓我們仔細來了解一下,可以使用一般電子電纜屏蔽層解決的干擾。屏蔽對電場最有效,電場輻射為從點源在平面上傳播的波(類似於來自擴音器的聲波)。

其他要注意的特徵是雜訊的強度和頻率,很明顯干擾的強度越高,越難減輕,通常需要更大的屏蔽才能降低影響,而這些屏蔽通常也具有較低的阻抗來排除接地的干擾。同時,干擾的頻率主要也會影響屏蔽所需涵蓋的面積範圍。高頻干擾在物理上具有較小的波,這使得干擾信號能夠通過非常小的間隙擠壓,因此通常需要高覆蓋率的屏蔽來防止洩漏。

屏蔽層類型
而屏蔽有許多的類型可以使用,但電子和通信電纜,通常就只使用固定的幾個類型。最常見的屏蔽層是纏繞在電纜內零件周圍的層壓鋁和聚酯帶,稱為鋁箔屏蔽層。而編織線屏蔽層是第二常見的屏蔽層。最後第三個常見的屏蔽是箔層和編織層的組合,有時候也稱為組合屏蔽。

如何選擇屏蔽?
選擇一個完美合適的屏蔽類型可能不容易,但透過對屏蔽的特性和所涉及的干擾類型有基本的理解,就可以更容易地進行選擇,儘管根據產品品質以及許多其他技術考慮,效果上可能會存在很大的差異,但下方會介紹常見的幾種屏蔽,它們各自特性與優點。

鋁箔屏蔽通常在高頻率下表現會比較好,因為它們具有較高的物理覆蓋範圍。鋁箔屏蔽可以配置有短路折疊,這實際上允許屏蔽提供 100% 的覆蓋率。而編織屏蔽層在編織在一起時會重疊,因此它們只能達到 98% 的覆蓋率,在某些情況下,甚至只能提供 55% 的覆蓋率。

這些覆蓋範圍的小間隙導致編織屏蔽對高頻干擾的效果較差。然而,由於編織物是由電線製成的,而不是鋁箔屏蔽中使用的非常薄的鋁膜,因此它們通常具有較低的阻抗,這使得高強度的干擾更容易排放到地面,從而提高它們在這些環境中的有效性。最後,如果電線或電纜能遠離干擾源,干擾強度就會越低,這對所有類型的屏蔽都會更有效果。

最大的問題:如何屏蔽端接?
關於屏蔽最常被問到的問題是“你如何端接它?”業界有一個說法,就是屏蔽層只能在一端端接,通常是頭端或公共接地點,而不會是設備端。根據業界的說法,如果在電纜的兩端都接地,可能會產生不小心產生接地迴路。(兩端之間的距離越遠會增加接地迴路的風險,這實際上會對電子或通信電纜的信號產生干擾(雜訊),更糟糕的是,大電流接地迴路甚至會燒毀電纜。儘管如此,在許多應用中,在兩端屏蔽端接還是有其需求的。

 

延伸閱讀:
1.EMC,電磁干擾與耐受程度的能力指數
2.住家電氣火災的原因-電弧效應

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