Заземление защитного экрана кабелей

10. Правила защитного экранирования

Правила данного раздела, применимы для защищенных кабелей или кабелей с экранированными элементами. Даются только базовые рекомендации. Процедуры, необходимые для заземления экранов с целью обеспечения электрической безопасности и электромагнитной совместимости (ЭМС), определяются национальными и местными нормативами. Качество систем зависит от квалификации работников и, как правило, требует специальной методики монтажа. Неправильное экранирование может снизить производительность и уровень безопасности системы.

10.1. Электромагнитная совместимость

Экраны (кабелей и каждой пары — А.В.) призваны улучшить ЭМС. Для этого их необходимо подключить на массу. Эффективность экранирования достигается наличием экрана для каждого кабельного элемента (витой пары — А.В.) и соответствием переходного волнового сопротивления 1) экранов параметрам подразделов 8 и 9. Экран должен быть непрерывным для всего канала. Этому требованию должны отвечать фиксированные кабели, входящие в состав СКС, а также абонентские и сетевые кабели, используемые для создания канала. Кабели (включая абонентские и сетевые) следует тщательно выбирать, правильно устанавливать и соединять. Особое внимание следует уделять выбору разъемов и правилам их монтажа.

Примечание
Издание международного стандарта IEC 603–7 1990 года не включает рекомендации по монтажу защитных экранов. Очередная редакция стандарта будет включать спецификации защитного экранирования. Установка защищенных элементов не гарантирует соответствия требованиям ЭМС.

Малое переходное волновое сопротивление кабелей и разъемов является не единственным требованием. Кабели следует монтировать на коннекторы розеток и панелей с учетом непрерывности экрана. Методы монтажа зависят от типа и конструкции кабелей и разъемов. В инструкции производителей следует включать информацию, позволяющую выполнять эти требования. Методики обеспечения защиты класса В и выше находятся на этапе изучения.

10.2. Заземление

Стандарт требует соблюдения правил безопасности, связанных с заземлением экранов кабелей и других металлических элементов кабельных систем.

Соединения должны выполняться в соответствии с требованиями электрических нормативов. Экраны всех кабелей должны быть подключены к телекоммуникационной системе заземления. Экран должен быть постоянным и непрерывным. Экран кабелей должен обеспечивать непрерывный путь к «земле» во всех частях экранированной кабельной системы. Для снижения волнового сопротивления рекомендуется соединять металлические кабелепроводы с проводниками системы заземления, проходящими в них, на обоих концах кабелепровода. Стойки активного оборудования следует соединять с электродом заземления, который используется для защиты систем подачи электропитания в здание. Все электроды заземления различных систем в здании должны быть соединены в одной точке для уменьшения влияния разности потенциалов земли.

Система заземления здания должна соответствовать ограничениям на разность потенциалов в 1 BB и на сопротивление между любыми двумя элементами системы заземления.

Если вышеупомянутое требование не может быть выполнено, для уменьшения риска возникновения сильных блуждающих токов в телекоммуникационной системе следует использовать волоконно-оптический кабель.

Рекомендация соединять стойки активного оборудования с электродом заземления некорректна. Оборудование чаще всего располагают на одних стойках / в тех же шкафах, что и панели. Оборудование и панели подключают к телекоммуникационной системе заземления, центральный терминал которой соединяют с главным электрическим терминалом, который, в свою очередь, соединен с землей с помощью электродов.

Положения данного раздела относятся только к защищенным кабелям (150 ом), которые исключены из второго издания ISO/IEC 11801. Экранированные и неэкранированные системы не рассматриваются. Рекомендации носят самый общий характер и не позволяют создавать систему экранирования и заземления без использования других документов. Наиболее полным является стандарт TIA/EIA-607, «Требования по заземлению и электрическим соединениям телекоммуникационных систем коммерческих зданий». Но даже он оставляет часть системы телекоммуникационного заземления на усмотрение производителей.

Требования и параметры систем заземления и экранирования, включающие TIA/EIA-607 (от центрального терминала до телекоммуникационной шины заземления) и рекомендации ITT NSS (от шины до панелей, кабелей и разъемов) можно получить на семинарах для заказчиков и авторизованных курсах для проектировщиков СКС — А.В.

Заземление экранов контрольных кабелей – обязательное условие монтажа

Подписка на рассылку

Заземление экранов контрольных кабелей является достаточно важным техническим мероприятием. Наиболее часто данная процедура производится при помощи медного многопроволочного провода сечения. Надо помнить, что заземление экрана производится в двух точках – в начале прокладываемого кабеля и в конце. В качестве заземления экрана, зачастую используют сеть защитного заземления корпуса.

Одним из эффективных способов заземления контрольных кабелей, является экранирование и заземление экрана контрольного кабеля. Если говорить про требования по заземлению экранов контрольных кабелей, то необходимо знать, что заземлены должны быть как пары, которые генерируют помехи, так и пары, помехи в которых наводятся. Следует также отметить, что в процессе проведения работ, следует обеспечить максимальное пространственное разделение сигналов, относящихся к разным типам.

Нельзя не сказать и про отличительные виды экранов контрольных кабелей. Так, к отличительным особенностям можно отнести не только разделку кабеля, но и обработку поливинилхлоридного шланга при помощи специального клея ПЭД-Б, который обеспечивает адгезию. Эффективность экранирования напрямую зависит от правильности установки экранного заземления.

Заземление экрана контрольного кабеля

Для чего нужно заземление экранов?

Заземление экранов контрольных кабелей требуется для защиты оборудования от различных видов помех. Нельзя также не отметить и тот факт, что заземление используется для защиты от электромагнитного излучения. Таким образом, можно сделать вывод, что заземление экрана контрольного кабеля является достаточно важной процедурой, без которой обойтись никаким образом не возможно.

Нюансы при проведении работ по заземлению экранов контрольных кабелей.

Особым нюансом, в данном вопросе является то, что в процессе монтажа контрольных кабелей, следует обращать пристальное внимание на заземление экранов, а также брони. В том случае, если человек имеет возможность произвести соединение брони и экрана с металлической заземленной конструкцией в нескольких местах, то это обязательно стоит сделать.

Помимо пространственного разделения, одним из эффективных способ устранения емкостной связи также является и экранирование ее отдельных сигнальных пар, а также процесс заземления экрана. Для того чтобы сделать экран более эффективным, его следует заземлить лишь в одном месте. При этом потенциал в данной точке должен быть равен нулю или же потенциалу опорной системы сигнализации. К тому же, уменьшение поперечной помехи, которая действует на соединительный провод, может дать скручивание соединительного провода или же электростатическое экранирование при заземлении в одной точке.

Помещения, пригодные для заземления.

Прежде всего, следует сказать, что все помещения, в которых происходит заземление, должны в полной мере соответствовать всем требованиям технических условий на оборудование, а также на технические средства. В свою очередь способ выполнения цепи ввода/вывода информации, а также защитные заземления и заземления информационной цепи должно обеспечиваться помехозащищенностью системы.

Если говорить про экран, то он должен быть в полной мере изолирован от проводника и заземлен с одной стороны. Данная процедура осуществляться с целью исключения протекания токов от паразитной обратной связи. Дело в том, что паразитная обратная связь способна действовать синфазно и в результате, два проводника могут использовать усиление входного сигнала. Заземление экранов контрольных кабелей является достаточно важной процедурой, которой нужно уделять пристальное внимание.

Заземление экрана кабеля: обязательно ли его проводить

Многочисленные объекты энергетики весьма чувствительны к негативному влиянию электромагнитных помех. С особой легкостью подвергаются вредоносному воздействию микропроцессорные электрические и электронные устройства. Заземление экрана кабеля призвано уберечь цепи и устройства от деструктивных или пагубных процессов. Эффективность защиты зависит от многих факторов. Их необходимо учитывать при различных способах заземления экрана, при выборе оптимальной методики для обеспечения безопасности.

Экранированный контрольный кабель

Мир современных коммуникаций требует прокладывания множества проводниковых систем. Поэтому рядом (в одном канале, желобе или колодце) оказываются кабели различного назначения. Электромагнитные поля, существующие в каждом проводнике, воздействуют друг на друга. Для нейтрализации возникающих помех применяют экранированный кабель.

Экран нужен для защиты внутреннего электромагнитного поля от внешних воздействий и для минимизации внутреннего влияния на токи, поля других проводников. Появление электромагнитных потенциалов на поверхности кабельного продукта снимается благодаря заземлению экрана.

Среди множества экранированной продукции контрольные кабели отличаются особым назначением. Они служат для обмена и передачи данных в условиях ограниченного доступа. Контрольный кабель обеспечивает надежную связь с приборами для получения необходимых сигналов и сообщений. Иногда продукт именуют «многожильным кабелем управления».

Экран в контрольных кабелях предназначен для защиты информации, передача которой осложняется воздействием электромагнитных полей от внешних источников. Производится экран из тонкой фольги либо медной проволоки. Экранирующее покрытие выполняется также из луженной проволочной оплетки. Встречаются комбинации электростатического экрана из луженного дренажного провода с металлизированной пленкой.

Особенности конструкции контрольных кабелей, разновидности экранов

Основу конструкции составляют токонесущие жилы. Изготавливают их преимущественно из меди. Изоляция токопроводящих стержней осуществляется с применением материалов ПВХ.

Жилы скручиваются попарно с применением оптимального шага. Пары также могут скручиваться по длине с сохранением оптимального шага. Благодаря парной скрутке происходит эффективное подавление перекрестных помех.

В структуре контрольного кабеля присутствуют наполнитель, экран, внешняя оболочка. Для заполнения промежутков между жилами используются специальные материалы с целью придания кабелю округлой формы. Некоторые контрольные кабели бывают бронированными.

Заземление экрана контрольного кабеля располагается непосредственно под внешней оболочкой. Его обычное место – верхний слой повива. Экран имеет вид обмотки, состоящей из медной (алюминиевой) ленты либо фольги. Сплошность экрана обеспечивается перекрытием защищающих слоев. Требуется только выдерживать допустимые радиусы изгиба.

Смотрите так же:  На электродвигателе четыре провода

Допускается производство экранов, конструкция которых отличается продольно накладываемыми гофрированными алюминиевыми лентами с перекрытием. Некоторые разновидности экранирования выполняются с применением алюминиевой фольги, по которой продольно располагается медная проволока.

Внешнюю оболочку изготавливают из различных PVC-материалов. Многие из них являются не распространяющими горение, самозатухающими. Внешняя оболочка делает контрольные кабели устойчивыми перед химическими реагентами, маслами.

Области применения экранированных контрольных кабелей

Контрольные экранированные кабели по назначению подразделяются на 2 основных вида:

  • для неподвижной прокладки используются марки КВВГЭ, АКВВГЭ;
  • для нестационарной прокладки применяется марка КГВЭВ.

Буква «Э» становится общей при маркировке разновидностей. Обозначает она наличие экрана. Используются контрольные экранированные кабели с целью соединения между электрическими приборами, электрическими распределительными устройствами. Предусмотрена возможность прокладки группами.

Спектр применения значительно расширяется, когда употребляются гибкие контрольные кабели. Они используются при проведении и организации:

  • электромонтажных работ;
  • автоматизированных систем управления (на производствах различного уровня сложности);
  • техники кондиционирования и отопления;
  • систем транспортировки и автоматизации;
  • оборудования электростанций;
  • систем безопасности;
  • альтернативной энергетики;
  • управления станками и приборами.

Гибкие контрольные кабели эффективно применяются в подвижных цепях. Определенные разновидности контрольных кабелей могут использоваться вне помещений, поскольку проводники устойчивы перед ультрафиолетовыми излучениями.

В ассортименте контрольных кабелей имеются продукты, предназначенные для искробезопасных установок. Некоторые разновидности устойчивы к стиранию, механическим нагрузкам, агрессивным химическим веществам.

С какой целью применяется заземление

Заземление экрана кабеля используется для защиты оборудования. При помощи этой операции устройства, инструменты, приборы, аппаратуру предохраняют от электромагнитного излучения и многообразных видов других помех.

Препятствия для нормальной работы оборудования создаются:

  • токами короткого замыкания;
  • ударами молнии;
  • коммутацией в низковольтных и высоковольтных сетях;
  • силовыми агрегатами;
  • разрядами статического электричества;
  • радиопередающими устройствами.

Процедура заземления приводит к снижению напряжения при прикосновении до безопасного значения. Из-под возможного поражения выводятся не только различное оборудование, но и люди, животные.

Экранное заземление исключает протекание токов, генерируемых паразитной обратной связью. Такой вид связи способен действовать синфазно. Результатом становится то, что 2 проводника используют усиление входных сигналов. Заземление экрана нейтрализует это нежелательное явление.

Во многих странах общие требования к заземлению, его конкретному внедрению регламентируют утвержденные правила (ПУЭ – «Правила устройства электроустановок»). Для урегулирования процессов безопасной эксплуатации применяются технические регламенты, отдельные законодательные нормы.

Природа и характер помех

Частотный диапазон помех, их величины варьируются в достаточно широких пределах. Разряды статического электричества составляют миллиамперы. А удары молнии вызывают сотни килоампер. К этому добавляются промышленные частоты при токах короткого замыкания (ТКЗ). Их стремительный рост под влиянием молний или радиопередающих устройств достигает нескольких гигагерц. Подобные условия создают весьма жесткую электромагнитную обстановку (ЭМО).

Атмосферное электричество генерируется за счет электрического потенциала грозовых облаков. Возможное напряжение отдельного грозового облака достигает десятки миллионов вольт, доходя иногда до 1 млрд. Электрические разряды начинаются с острых предметов – деревьев, труб, мачт и т. п. Оборудование Останкинской телебашни, имеющей высоту 540 м, ежегодно выдерживает 30 прямых ударов молнии.

Электромагнитные помехи воздействуют на различные объекты. Характер распространения и влияния проявляется несколькими способами. Воздействие осуществляется на корпус того или иного оборудования посредством излучения. Через аналоговые либо цифровые интерфейсы, порты заземления помехи способны попадать внутрь устройств.

Ток, продуцируемый молнией, теряет напряжение, проходя по земле. Однако даже упавшее напряжение способно выводить из рабочего состояния драйверы интерфейсов. Эти устройства выходят из строя при отсутствии гальванической развязки, расположении в различных зданиях (оборудовании неодинаковыми заземлителями). В пределах одной системы автоматизации лучше использовать из медной шины отдельную «землю». С ней соединяют шину защитного заземления всего здания в одной точке.

Часто микропроцессорное оборудование окружается открытыми распределительными устройствами (ОРУ), силовыми шинами и аппаратами. В таких местах количество и величина помех возрастают в разы. Основным источником воздействий становятся коммутации в силовых сетях, воздействующие на вторичные цепи.

Характер связей между вторичными цепями и высоковольтными системами обусловлен их взаимным расположением. Проектирование магистралей с вторичными цепями должно учитывать геометрические соотношения. Однако повседневная практика приводит массу случаев нарушения этого условия. Происходит это из-за противоречий с другими нормативными требованиями.

Во многих подобных ситуациях защиту от помех обеспечивает экранирование цепей. Но такая операция не способна решить все проблемы по нейтрализации негативного воздействия. Для более надежного предохранения не обойтись без заземления экранов. Они предназначаются для надежного отделения проводников одной электрической цепи от воздействия других цепей, электромагнитных атмосферных явлений.

Механизмы распространения воздействий

Перераспределение энергии в сетях высокого напряжения происходит при коммутациях. Фиксируются мгновенные изменения параметров электрической магистрали. При этом возникают электромагнитные поля, проникающие во вторичные цепи. Следствием становится воздействие на оборудование, изоляцию подключающего кабеля, искажение передаваемых сигналов.

Электромагнитное поле, возникающее при переходном процессе, распространяется и проникает во вторичные цепи. Вместе эти фазы образуют единый физически неделимый процесс. Попытки свести отмеченные процессы к упрощенным моделям приводят к неверным решениям.

Неделимое электромагнитное поле рассматривается как единое. В его составе находятся 2 элемента – электрический и магнитный. Синтез конечных результатов осуществляется, исходя из принципа суперпозиции. Наложение процессов приводит к возникновению интерференции в конструктивном и деструктивном вариантах.

Напряжение, которое образуется при переходном процессе, проникает во вторичные цепи с установленным коэффициентом ослабления. Уровень перенапряжений при переключениях в сетях 110 кВ способен превышать номинальный больше, чем троекратно. Этот показатель повышается до 300 кВ. Для типовых подстанций принимается коэффициент ослабления, равный 100 кВ. Тогда потенциал, который возникает при коммутациях на вторичных цепях, составит 3 кВ.

Во вторичных цепях индуцируется напряжение за счет высокочастотного тока переходного процесса и потока магнитного поля. Для типовых подстанций величина взаимоиндукции ориентировочно составляет 1 мкГн. Если допустить, что высоковольтными шинами протекает ток 500 А, имеющий частоту 1 МГц, то перенапряжение на вторичном кабеле равняется 3141 В.

Приведенные расчеты убеждают, что существует реальная опасность разрушительного воздействия на оборудование и устройства. Уменьшения электромагнитного влияния можно добиться экранированием кабелей. Благодаря защите экранов кабелей удается существенно снизить величину перенапряжений. Опытным путем подтверждается, что с еще большей эффективностью снижается уровень перенапряжений в цепях с экранированным кабелем, получившим заземление.

Основные способы экранного заземления

Заземление экранов – важное монтажно-техническое мероприятие. Процедура охватывает 2 точки. Заземлению подвергаются начало прокладываемого кабеля и его окончание.

Помещения, в которых осуществляется процедура заземления, должны соответствовать основным требованиям по техническим условиям для оборудования и средств. Помехозащищенность системы обеспечивается полной изолированностью экрана от проводника и экранным заземлением. Защитное экранирование преимущественно достигается благодаря перераспределению зарядов (на поверхности экрана) и магнитного поля (из-за протекания индуцированного тока).

Заземляются как пары, генерирующие помехи, так пары, в которых помехи наводятся. В процессе проведения монтажных работ необходимо обеспечить максимально возможное в пространстве разделение сигналов разных типов.

Эффективное заземление экрана контрольного кабеля проводится 2 основными способами. Оно бывает:

Избранный способ заземления напрямую влияет на надежную защиту цепей. Каждый из способов отличается определенными преимуществами и недостатками.

Плюсы и минусы одностороннего заземления

Принимается по умолчанию, что один из двух ключей (K1 или K2) замкнут. Заземление экранов контрольных кабелей осуществляется с одной стороны.

Под действием электрополя при переходных процессах в шинах с высоким напряжением на поверхности экрана индуцируются заряды. Их поле направляется встречно по отношению к первичному. Такое наложение приводит к тому, что внутри кабеля практически отсутствует электрическое поле. Электрической компонентой поля на экране кабеля наводится потенциал, который уравнивается через одно заземленное окончание.

Для того чтобы ограничить магнитную компоненту поля, необходимо прохождение тока по экрану, направленного встречно первичному. По приведенной схеме единственный возможный путь протекания тока идет через петлю. Ее составляют «экран – ключ (K1 либо K2) – устройство заземления – емкости C2 и C3». По обозначенному пути протекает малая часть тока. Создаваемый магнитный поток лишь частично компенсирует первичный поток. В итоге магнитное поле незначительно экранизируется.

Преимуществом одностороннего экранного заземления становится отсутствие тока на защите при разностях потенциалов между окончаниями. Это позволяет свести к минимуму риски термических повреждений кабелей.

Однако отсутствие возможных путей для беспрепятственного протекания тока становится причиной появления ряда других проблем. Токи, образующиеся при коротких замыканиях, приводят к высокой разности потенциалов между окончаниями кабеля. Такая разность достигает несколько киловольт и прикладывается к незаземленному окончанию экрана. Повышается опасность повреждений самого кабеля, порчи подключенного оборудования. Может пострадать и обслуживающий персонал.

Поэтому одностороннее экранное заземление не удовлетворяет требования по защите от перенапряжений оборудования. Такой вид заземления нельзя считать эффективным экранированием, обеспечивающим безопасность работы персонала. Одностороннее экранное заземление не рекомендуется по стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК).

Целесообразность двустороннего заземления

Необходимо вернуться к приведенной схеме. Отталкиваясь от нее, принимается, что оба ключа (K1 и K2) замкнуты. Другими словами, экран кабеля заземляется с обеих сторон.

Аналогично описанному выше процессу экранирование электрической компоненты обуславливается индуцированными зарядами на поверхности экрана. Потенциал, наводимый на экране, уравнивается при этом через оба заземленных окончания.

Магнитная компонента поля экранируется током, протекающем по пути «экран – ключ (K2) – устройство заземления – ключ (K1)». Образующийся магнитный поток направляется встречно первичному полю. Это приводит к его ослабеванию.

Ток протекает вдоль кабельной оси. Создаваемый им поток отличается радиальной составляющей. Она не оказывает заметного влияния на жилы кабеля. Иногда возникает лишь незначительный потенциал, который обусловлен активным экранным сопротивлением. Качественное выполнение монтажных работ и заземления сводит размеры этой составляющей к нескольким вольтам.

Двустороннее экранное заземление защищает кабельные жилы от деструктивного воздействия электрической и магнитной компонент поля, возникающих в высоковольтной сети при переходных процессах. В этом плане преимущество экранного заземления с обеих сторон представляется неоспоримым.

Двустороннее заземление экрана признается более прогрессивным способом защиты контрольных кабелей от электромагнитных влияний. Однако система заземления должна иметь особенно великую эквипотенциальность. При коротких замыканиях или молниях возникающее на заземленном устройстве падение потенциала должно быть предельно малым, дабы не вызывать термических повреждений. Подобная ситуация достигается тщательным обустройством всей системы заземления.

Смотрите так же:  Компьютерный вентилятор провода

Двустороннее заземление позволяет устранять влияния высоко- и низкочастотных электромагнитных помех. Этот метод требует тщательного проектирования систем заземления для обеспечения высокой степени эквипотенциальности.

Новейшие системные способы заземления

Развитие теории и практики экранного заземления приводит к созданию и апробации все новых способов защиты проводников. Одним из прогрессивных методов признается создание замкнутых заземляющих систем (Mesh-Common Bonding Network – MCBN). Отличаются они большим количеством связей без выделения «чистых» контуров, обеспечивающих заземление.

Еще одним эффективным методом экранной защиты считается применение параллельных заземляющих проводников (Parallel Earth Conductor – PEC). Прокладываются они вдоль кабеля. Ток растекается по параллельно заземляющим проводникам с обратной пропорциональностью к их сопротивлениям. Большая часть тока в этом случае протекает по массивным кабельным проводникам вдоль металлических конструкционных элементов либо кабельных каналов. Эти конструкции действуют как другие заземляющие проводники для всего кабеля.

Еще одна разновидность этого способа предполагает экранирование кабеля рядом с большим параллельным заземляющим проводником, как с экранированным кабелем, так и с параллельным заземляющим проводником. Подключаются они с каждого конца к локальному заземляющему контакту оборудования или устройства.

Для охвата очень больших расстояний рекомендуются дополнительные подключения к сети параллельного заземляющего проводника на нерегулярных расстояниях между устройствами. Эти дополнительные соединения образуют более короткий обратный путь для разрушающих токов, протекающих через параллельный заземляющий проводник. Для U-образных лотков, экранов и трубок дополнительные соединения должны быть внешними, чтобы поддерживать разделение с внутренним пространством.

Индуктивность соединения между заземляющим стержнем и соединительной сетью должна быть меньше одного μHenry (по возможности 0,5 мкГн). Например, можно использовать один провод длиной 50 см или два параллельных проводника длиной 1 метр, установленных на минимальном расстоянии друг от друга (не менее 50 см), чтобы уменьшить взаимную индуктивность между двумя проводниками.

Цель параллельного заземления проводников сводится к уменьшению синфазного тока. Метод доказал свою эффективность при защите от больших токовых нагрузок – при ударах молнии или возврате высоких токов повреждения.

Заключение или выводы

Окончательный выбор конкретного способа экранного заземления требует индивидуальных подходов и учета особенностей каждого конкретного случая. Защита контрольного кабеля от термических повреждений – далеко не тривиальная задача. Ее решение предполагает ответственное проектирование и качественный монтаж.

Успешное внедрение в эксплуатацию электронных и электрических устройств с заземлением, выполненным только по правилам безопасности (например: «ГОСТ 12.1.038»), иногда не представляется возможным. Допуски по стандартам безопасности составляют потенциал в десятки вольт. Это представляет опасность для целостности экрана кабеля и неприемлемо с точки зрения требований электромагнитной совместимости.

Экраны контрольных кабелей заземляются с целью надежной защиты аппаратуры, оборудования, устройств от электромагнитного излучения. Не стоит пренебрегать такой процедурой. Отсутствие экранного заземления может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования, безвозвратной потере важной информации.

Заземление экрана кабеля: обязательно ли его проводить

Многочисленные объекты энергетики весьма чувствительны к негативному влиянию электромагнитных помех. С особой легкостью подвергаются вредоносному воздействию микропроцессорные электрические и электронные устройства. Заземление экрана кабеля призвано уберечь цепи и устройства от деструктивных или пагубных процессов. Эффективность защиты зависит от многих факторов. Их необходимо учитывать при различных способах заземления экрана, при выборе оптимальной методики для обеспечения безопасности.

Экранированный контрольный кабель

Мир современных коммуникаций требует прокладывания множества проводниковых систем. Поэтому рядом (в одном канале, желобе или колодце) оказываются кабели различного назначения. Электромагнитные поля, существующие в каждом проводнике, воздействуют друг на друга. Для нейтрализации возникающих помех применяют экранированный кабель.

Экран нужен для защиты внутреннего электромагнитного поля от внешних воздействий и для минимизации внутреннего влияния на токи, поля других проводников. Появление электромагнитных потенциалов на поверхности кабельного продукта снимается благодаря заземлению экрана.

Среди множества экранированной продукции контрольные кабели отличаются особым назначением. Они служат для обмена и передачи данных в условиях ограниченного доступа. Контрольный кабель обеспечивает надежную связь с приборами для получения необходимых сигналов и сообщений. Иногда продукт именуют «многожильным кабелем управления».

Экран в контрольных кабелях предназначен для защиты информации, передача которой осложняется воздействием электромагнитных полей от внешних источников. Производится экран из тонкой фольги либо медной проволоки. Экранирующее покрытие выполняется также из луженной проволочной оплетки. Встречаются комбинации электростатического экрана из луженного дренажного провода с металлизированной пленкой.

Особенности конструкции контрольных кабелей, разновидности экранов

Основу конструкции составляют токонесущие жилы. Изготавливают их преимущественно из меди. Изоляция токопроводящих стержней осуществляется с применением материалов ПВХ.

Жилы скручиваются попарно с применением оптимального шага. Пары также могут скручиваться по длине с сохранением оптимального шага. Благодаря парной скрутке происходит эффективное подавление перекрестных помех.

В структуре контрольного кабеля присутствуют наполнитель, экран, внешняя оболочка. Для заполнения промежутков между жилами используются специальные материалы с целью придания кабелю округлой формы. Некоторые контрольные кабели бывают бронированными.

Заземление экрана контрольного кабеля располагается непосредственно под внешней оболочкой. Его обычное место – верхний слой повива. Экран имеет вид обмотки, состоящей из медной (алюминиевой) ленты либо фольги. Сплошность экрана обеспечивается перекрытием защищающих слоев. Требуется только выдерживать допустимые радиусы изгиба.

Допускается производство экранов, конструкция которых отличается продольно накладываемыми гофрированными алюминиевыми лентами с перекрытием. Некоторые разновидности экранирования выполняются с применением алюминиевой фольги, по которой продольно располагается медная проволока.

Внешнюю оболочку изготавливают из различных PVC-материалов. Многие из них являются не распространяющими горение, самозатухающими. Внешняя оболочка делает контрольные кабели устойчивыми перед химическими реагентами, маслами.

Области применения экранированных контрольных кабелей

Контрольные экранированные кабели по назначению подразделяются на 2 основных вида:

  • для неподвижной прокладки используются марки КВВГЭ, АКВВГЭ;
  • для нестационарной прокладки применяется марка КГВЭВ.

Буква «Э» становится общей при маркировке разновидностей. Обозначает она наличие экрана. Используются контрольные экранированные кабели с целью соединения между электрическими приборами, электрическими распределительными устройствами. Предусмотрена возможность прокладки группами.

Спектр применения значительно расширяется, когда употребляются гибкие контрольные кабели. Они используются при проведении и организации:

  • электромонтажных работ;
  • автоматизированных систем управления (на производствах различного уровня сложности);
  • техники кондиционирования и отопления;
  • систем транспортировки и автоматизации;
  • оборудования электростанций;
  • систем безопасности;
  • альтернативной энергетики;
  • управления станками и приборами.

Гибкие контрольные кабели эффективно применяются в подвижных цепях. Определенные разновидности контрольных кабелей могут использоваться вне помещений, поскольку проводники устойчивы перед ультрафиолетовыми излучениями.

В ассортименте контрольных кабелей имеются продукты, предназначенные для искробезопасных установок. Некоторые разновидности устойчивы к стиранию, механическим нагрузкам, агрессивным химическим веществам.

С какой целью применяется заземление

Заземление экрана кабеля используется для защиты оборудования. При помощи этой операции устройства, инструменты, приборы, аппаратуру предохраняют от электромагнитного излучения и многообразных видов других помех.

Препятствия для нормальной работы оборудования создаются:

  • токами короткого замыкания;
  • ударами молнии;
  • коммутацией в низковольтных и высоковольтных сетях;
  • силовыми агрегатами;
  • разрядами статического электричества;
  • радиопередающими устройствами.

Процедура заземления приводит к снижению напряжения при прикосновении до безопасного значения. Из-под возможного поражения выводятся не только различное оборудование, но и люди, животные.

Экранное заземление исключает протекание токов, генерируемых паразитной обратной связью. Такой вид связи способен действовать синфазно. Результатом становится то, что 2 проводника используют усиление входных сигналов. Заземление экрана нейтрализует это нежелательное явление.

Во многих странах общие требования к заземлению, его конкретному внедрению регламентируют утвержденные правила (ПУЭ – «Правила устройства электроустановок»). Для урегулирования процессов безопасной эксплуатации применяются технические регламенты, отдельные законодательные нормы.

Природа и характер помех

Частотный диапазон помех, их величины варьируются в достаточно широких пределах. Разряды статического электричества составляют миллиамперы. А удары молнии вызывают сотни килоампер. К этому добавляются промышленные частоты при токах короткого замыкания (ТКЗ). Их стремительный рост под влиянием молний или радиопередающих устройств достигает нескольких гигагерц. Подобные условия создают весьма жесткую электромагнитную обстановку (ЭМО).

Атмосферное электричество генерируется за счет электрического потенциала грозовых облаков. Возможное напряжение отдельного грозового облака достигает десятки миллионов вольт, доходя иногда до 1 млрд. Электрические разряды начинаются с острых предметов – деревьев, труб, мачт и т. п. Оборудование Останкинской телебашни, имеющей высоту 540 м, ежегодно выдерживает 30 прямых ударов молнии.

Электромагнитные помехи воздействуют на различные объекты. Характер распространения и влияния проявляется несколькими способами. Воздействие осуществляется на корпус того или иного оборудования посредством излучения. Через аналоговые либо цифровые интерфейсы, порты заземления помехи способны попадать внутрь устройств.

Ток, продуцируемый молнией, теряет напряжение, проходя по земле. Однако даже упавшее напряжение способно выводить из рабочего состояния драйверы интерфейсов. Эти устройства выходят из строя при отсутствии гальванической развязки, расположении в различных зданиях (оборудовании неодинаковыми заземлителями). В пределах одной системы автоматизации лучше использовать из медной шины отдельную «землю». С ней соединяют шину защитного заземления всего здания в одной точке.

Часто микропроцессорное оборудование окружается открытыми распределительными устройствами (ОРУ), силовыми шинами и аппаратами. В таких местах количество и величина помех возрастают в разы. Основным источником воздействий становятся коммутации в силовых сетях, воздействующие на вторичные цепи.

Характер связей между вторичными цепями и высоковольтными системами обусловлен их взаимным расположением. Проектирование магистралей с вторичными цепями должно учитывать геометрические соотношения. Однако повседневная практика приводит массу случаев нарушения этого условия. Происходит это из-за противоречий с другими нормативными требованиями.

Во многих подобных ситуациях защиту от помех обеспечивает экранирование цепей. Но такая операция не способна решить все проблемы по нейтрализации негативного воздействия. Для более надежного предохранения не обойтись без заземления экранов. Они предназначаются для надежного отделения проводников одной электрической цепи от воздействия других цепей, электромагнитных атмосферных явлений.

Смотрите так же:  Выбивает автомат на бойлере

Механизмы распространения воздействий

Перераспределение энергии в сетях высокого напряжения происходит при коммутациях. Фиксируются мгновенные изменения параметров электрической магистрали. При этом возникают электромагнитные поля, проникающие во вторичные цепи. Следствием становится воздействие на оборудование, изоляцию подключающего кабеля, искажение передаваемых сигналов.

Электромагнитное поле, возникающее при переходном процессе, распространяется и проникает во вторичные цепи. Вместе эти фазы образуют единый физически неделимый процесс. Попытки свести отмеченные процессы к упрощенным моделям приводят к неверным решениям.

Неделимое электромагнитное поле рассматривается как единое. В его составе находятся 2 элемента – электрический и магнитный. Синтез конечных результатов осуществляется, исходя из принципа суперпозиции. Наложение процессов приводит к возникновению интерференции в конструктивном и деструктивном вариантах.

Напряжение, которое образуется при переходном процессе, проникает во вторичные цепи с установленным коэффициентом ослабления. Уровень перенапряжений при переключениях в сетях 110 кВ способен превышать номинальный больше, чем троекратно. Этот показатель повышается до 300 кВ. Для типовых подстанций принимается коэффициент ослабления, равный 100 кВ. Тогда потенциал, который возникает при коммутациях на вторичных цепях, составит 3 кВ.

Во вторичных цепях индуцируется напряжение за счет высокочастотного тока переходного процесса и потока магнитного поля. Для типовых подстанций величина взаимоиндукции ориентировочно составляет 1 мкГн. Если допустить, что высоковольтными шинами протекает ток 500 А, имеющий частоту 1 МГц, то перенапряжение на вторичном кабеле равняется 3141 В.

Приведенные расчеты убеждают, что существует реальная опасность разрушительного воздействия на оборудование и устройства. Уменьшения электромагнитного влияния можно добиться экранированием кабелей. Благодаря защите экранов кабелей удается существенно снизить величину перенапряжений. Опытным путем подтверждается, что с еще большей эффективностью снижается уровень перенапряжений в цепях с экранированным кабелем, получившим заземление.

Основные способы экранного заземления

Заземление экранов – важное монтажно-техническое мероприятие. Процедура охватывает 2 точки. Заземлению подвергаются начало прокладываемого кабеля и его окончание.

Помещения, в которых осуществляется процедура заземления, должны соответствовать основным требованиям по техническим условиям для оборудования и средств. Помехозащищенность системы обеспечивается полной изолированностью экрана от проводника и экранным заземлением. Защитное экранирование преимущественно достигается благодаря перераспределению зарядов (на поверхности экрана) и магнитного поля (из-за протекания индуцированного тока).

Заземляются как пары, генерирующие помехи, так пары, в которых помехи наводятся. В процессе проведения монтажных работ необходимо обеспечить максимально возможное в пространстве разделение сигналов разных типов.

Эффективное заземление экрана контрольного кабеля проводится 2 основными способами. Оно бывает:

Избранный способ заземления напрямую влияет на надежную защиту цепей. Каждый из способов отличается определенными преимуществами и недостатками.

Плюсы и минусы одностороннего заземления

Принимается по умолчанию, что один из двух ключей (K1 или K2) замкнут. Заземление экранов контрольных кабелей осуществляется с одной стороны.

Под действием электрополя при переходных процессах в шинах с высоким напряжением на поверхности экрана индуцируются заряды. Их поле направляется встречно по отношению к первичному. Такое наложение приводит к тому, что внутри кабеля практически отсутствует электрическое поле. Электрической компонентой поля на экране кабеля наводится потенциал, который уравнивается через одно заземленное окончание.

Для того чтобы ограничить магнитную компоненту поля, необходимо прохождение тока по экрану, направленного встречно первичному. По приведенной схеме единственный возможный путь протекания тока идет через петлю. Ее составляют «экран – ключ (K1 либо K2) – устройство заземления – емкости C2 и C3». По обозначенному пути протекает малая часть тока. Создаваемый магнитный поток лишь частично компенсирует первичный поток. В итоге магнитное поле незначительно экранизируется.

Преимуществом одностороннего экранного заземления становится отсутствие тока на защите при разностях потенциалов между окончаниями. Это позволяет свести к минимуму риски термических повреждений кабелей.

Однако отсутствие возможных путей для беспрепятственного протекания тока становится причиной появления ряда других проблем. Токи, образующиеся при коротких замыканиях, приводят к высокой разности потенциалов между окончаниями кабеля. Такая разность достигает несколько киловольт и прикладывается к незаземленному окончанию экрана. Повышается опасность повреждений самого кабеля, порчи подключенного оборудования. Может пострадать и обслуживающий персонал.

Поэтому одностороннее экранное заземление не удовлетворяет требования по защите от перенапряжений оборудования. Такой вид заземления нельзя считать эффективным экранированием, обеспечивающим безопасность работы персонала. Одностороннее экранное заземление не рекомендуется по стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК).

Целесообразность двустороннего заземления

Необходимо вернуться к приведенной схеме. Отталкиваясь от нее, принимается, что оба ключа (K1 и K2) замкнуты. Другими словами, экран кабеля заземляется с обеих сторон.

Аналогично описанному выше процессу экранирование электрической компоненты обуславливается индуцированными зарядами на поверхности экрана. Потенциал, наводимый на экране, уравнивается при этом через оба заземленных окончания.

Магнитная компонента поля экранируется током, протекающем по пути «экран – ключ (K2) – устройство заземления – ключ (K1)». Образующийся магнитный поток направляется встречно первичному полю. Это приводит к его ослабеванию.

Ток протекает вдоль кабельной оси. Создаваемый им поток отличается радиальной составляющей. Она не оказывает заметного влияния на жилы кабеля. Иногда возникает лишь незначительный потенциал, который обусловлен активным экранным сопротивлением. Качественное выполнение монтажных работ и заземления сводит размеры этой составляющей к нескольким вольтам.

Двустороннее экранное заземление защищает кабельные жилы от деструктивного воздействия электрической и магнитной компонент поля, возникающих в высоковольтной сети при переходных процессах. В этом плане преимущество экранного заземления с обеих сторон представляется неоспоримым.

Двустороннее заземление экрана признается более прогрессивным способом защиты контрольных кабелей от электромагнитных влияний. Однако система заземления должна иметь особенно великую эквипотенциальность. При коротких замыканиях или молниях возникающее на заземленном устройстве падение потенциала должно быть предельно малым, дабы не вызывать термических повреждений. Подобная ситуация достигается тщательным обустройством всей системы заземления.

Двустороннее заземление позволяет устранять влияния высоко- и низкочастотных электромагнитных помех. Этот метод требует тщательного проектирования систем заземления для обеспечения высокой степени эквипотенциальности.

Новейшие системные способы заземления

Развитие теории и практики экранного заземления приводит к созданию и апробации все новых способов защиты проводников. Одним из прогрессивных методов признается создание замкнутых заземляющих систем (Mesh-Common Bonding Network – MCBN). Отличаются они большим количеством связей без выделения «чистых» контуров, обеспечивающих заземление.

Еще одним эффективным методом экранной защиты считается применение параллельных заземляющих проводников (Parallel Earth Conductor – PEC). Прокладываются они вдоль кабеля. Ток растекается по параллельно заземляющим проводникам с обратной пропорциональностью к их сопротивлениям. Большая часть тока в этом случае протекает по массивным кабельным проводникам вдоль металлических конструкционных элементов либо кабельных каналов. Эти конструкции действуют как другие заземляющие проводники для всего кабеля.

Еще одна разновидность этого способа предполагает экранирование кабеля рядом с большим параллельным заземляющим проводником, как с экранированным кабелем, так и с параллельным заземляющим проводником. Подключаются они с каждого конца к локальному заземляющему контакту оборудования или устройства.

Для охвата очень больших расстояний рекомендуются дополнительные подключения к сети параллельного заземляющего проводника на нерегулярных расстояниях между устройствами. Эти дополнительные соединения образуют более короткий обратный путь для разрушающих токов, протекающих через параллельный заземляющий проводник. Для U-образных лотков, экранов и трубок дополнительные соединения должны быть внешними, чтобы поддерживать разделение с внутренним пространством.

Индуктивность соединения между заземляющим стержнем и соединительной сетью должна быть меньше одного μHenry (по возможности 0,5 мкГн). Например, можно использовать один провод длиной 50 см или два параллельных проводника длиной 1 метр, установленных на минимальном расстоянии друг от друга (не менее 50 см), чтобы уменьшить взаимную индуктивность между двумя проводниками.

Цель параллельного заземления проводников сводится к уменьшению синфазного тока. Метод доказал свою эффективность при защите от больших токовых нагрузок – при ударах молнии или возврате высоких токов повреждения.

Заключение или выводы

Окончательный выбор конкретного способа экранного заземления требует индивидуальных подходов и учета особенностей каждого конкретного случая. Защита контрольного кабеля от термических повреждений – далеко не тривиальная задача. Ее решение предполагает ответственное проектирование и качественный монтаж.

Успешное внедрение в эксплуатацию электронных и электрических устройств с заземлением, выполненным только по правилам безопасности (например: «ГОСТ 12.1.038»), иногда не представляется возможным. Допуски по стандартам безопасности составляют потенциал в десятки вольт. Это представляет опасность для целостности экрана кабеля и неприемлемо с точки зрения требований электромагнитной совместимости.

Экраны контрольных кабелей заземляются с целью надежной защиты аппаратуры, оборудования, устройств от электромагнитного излучения. Не стоит пренебрегать такой процедурой. Отсутствие экранного заземления может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования, безвозвратной потере важной информации.

Похожие статьи:

  • Узо schneider 40a УЗО Easy9 2П 40А 30мА AC 230В Schneider Electric Schneider Electric Техническое описание УЗО Easy9 2П 40А 30мА AC 230В Cертификат Schneider Electric Двухполюсный дифференциальный выключатель (УЗО) "EASY 9" 40А 30мА 230В AC S 2М […]
  • Подключение розетки фаркопа прадо 120 Подключение Розетки Фаркопа На Ленд Крузер 100 Тоета Land Cruiser Турбодизель › Бортжурнал › Установка электрики фаркопа для TLC200 от Thule По наводке andreev-andreyПодключение питания к фаркопу. заказал в экзисте электрику за какие-то […]
  • Пускатель магнитный кми 11810 Контактор КМИ-11810 18А 230В/АС3 1НО ИЭК KKM11-018-230-10 Контактор ИЭК Cертификат IEK Малогаборитный магнитный пускатель КМИ-11810 18А 230В/АС3 с одним нормально-открытым доп. контактом IEK Описание малогаборитных контакторов […]
  • Пускатель магнитный кми Контактор КМИ-22510 25А 230В/АС3 1НО ИЭК KKM21-025-230-10 Контактор ИЭК Cертификат IEK Малогаборитный магнитный пускатель КМИ-22510 25А 230В/АС3 с одним нормально-открытым доп. контактом IEK Описание малогаборитных контакторов […]
  • Заточные станки 220 вольт Станок Hammer Spl105 Характеристики станка Hammer Spl105 — Производитель: Hammer Похожие товары и услуги от «“220 Вольт“ - интернет-магазин» В компании «220 Вольт - интернет-магазин» вы можете оформить заявку на «Станок Hammer […]
  • Единица измерения работы электрического тока Единица измерения напряжения Эпоха научно-технического прогресса требует измерять всё. Электрические сети не являются исключением. Для проведения этих измерений важно знать, в каких единицах измеряется напряжение. В самой распространённой […]