中文名 | 电屏蔽 | 外文名 | electric shielding |
---|---|---|---|
同 义 | 电场屏蔽 | 必要条件 | 合适的金属体和良好的接地 |
作 用 | 防止高压场强对元件的干扰 | 屏蔽材料 | 导电性能好的铜、铝或薄钢板等 |
为了减少剩余电容,对屏蔽体的形状应有要求,屏蔽体做成壳体比平板要好,密封壳体比开窗孔的壳体好,例如,变压器初次级间电屏蔽效果,封闭优于外折屏蔽、外折屏蔽优于带状屏蔽。
屏蔽体的材料应选择导电性能良好的铜铝和镁等导体。在高频时,屏蔽体表面还应镀银层。
变压器电屏蔽是利用涡流的反磁作用原理来实现屏蔽的。电磁作用相当于“堵”磁。典型的设计采用 4~6 mm 厚铜板或 7~8mm 铝板制作,加工成与所屏蔽位置一致的形状。
屏蔽服是电场屏蔽的具体应用。等电位带电作业时,一般用很细的导电铜丝或导电纤维与其他纤维混纺做成衣服、鞋帽、手套、袜子,并使之成为一体构成屏蔽服。
良好的电屏蔽设计,应保证电屏蔽体必须有良好的接地,否则干扰比不加电屏蔽前更严重。一般要求屏蔽体与地的接触电阻小于2毫欧,在严格场合要求小于0.5毫欧,并且应使屏蔽体的接地点靠近被屏蔽元件的地点。
电场屏蔽的屏蔽体用良导体制作,并有良好的接地。这样就把电场中止于导体表面,并通过地线中和导体表面上的感应电荷,从而防止由静电耦合产生的相互干扰。电场屏蔽无论对高频还是低频的静电感应都有效果,屏蔽材料要求导电性能好,铜、铝或薄钢板等均可。屏蔽电场其必要条件是合适的金属体和良好的接地。
一个空心的密封的金属盒,放入电场中,无论盒外的电场强度如何,盒内都没有电场,可视盒内电场为零,整个金属盒是一个等热体,此现象是1836年英国物理学家法拉第发现的,称为电场屏蔽。这个空心的密封金属盒也叫法拉第笼。
电屏蔽是为了防止高压场强对元件的干扰。电屏蔽的设计原理是用屏蔽体来尽量减小干扰源和感受器之间的分布电容,从而减小干扰源对感受器的影响。
电屏蔽是切断电容性电磁耦合的一种措施,一般使用在变压器绕组之间屏蔽、印刷电路板线路的屏蔽以及电缆线屏蔽等场合。
电屏蔽具有能改变磁力线的弯曲方向、易加工及形状好控制等特点。
影响室效果的因素室的广泛使用,在各大行业中已为众人所知。但是,有很多人对室的原理还不够了解。室可不是就是金属做一个箱子,并将箱子接地后就能起到效果的。室是否能够体现效果,与室是否接地无直接关系,那么,...
双绞线可分为双绞线和非双绞线,非双绞线无外套,直径小,节省所占用的空间;重量轻,易弯曲,易安装,所以大多数局域网使用非双绞线作为布线的传输介质来组网,网线由一定距离长的双绞线与RJ45头组成。 双绞线...
不需要吊顶的一部分 一般来说长和宽都是0.24
直流大电流传感器中的铜屏蔽层既能屏蔽高频磁场的干扰,也能屏蔽电场干扰。干扰源A所产生的电力线对检测铁芯B的作用,可认为是通过两者间的电容耦合引起的。为了减小A对B的干扰,可在A/B间加铜屏蔽层S。
首先假定金属板S不接地,为分析方便,忽略AB间的剩余电容/1C 。在AB间加入铜屏蔽层后,B点的感应电压有时候可能比无屏蔽时更大。当屏蔽体离地较远,使C3>>C4 。因为屏蔽体与检测铁心间的分布电容大于AB间原有的分布电容,即C5>C1,所以UBS〉UB。
可见此刻屏蔽体不仅没有屏蔽作用,反而加强了干扰源A与检测铁心B间的耦合。如果把铜屏蔽层良好接地,就可认为C4≈∞,US≈0,因此 UBS≈0,即获得良好的屏蔽效能。
实际上由于铜屏蔽层不是无限大,在AB间总还存在剩余电容/1C ,由于/1C的作用,屏蔽后在B上的感应电压UBS为:
从场的观点看,电屏蔽的实质是干扰源发出的电力线被中止于屏蔽体,从而切断了干扰源与感受器之间电力线的交连;从电路的观点分析,屏蔽体起着减小干扰源和检测铁心之间分布电容的作用。
屏蔽按其机理分为电屏蔽(主要指静电场和交变电场屏蔽)、磁屏蔽(静磁场及交变磁场屏蔽)及电磁屏蔽(指电磁波屏蔽)。电屏蔽的设计原理是用屏蔽体来尽量减小干扰源和感受器之间的分布电容,从而减小干扰源对感受器的影响。磁屏蔽的机理主要是依赖高磁导率材料所具有的小磁阻起到磁分路作用,减小屏蔽体内部空间的磁场。电磁屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种方法。其屏蔽效能(SE )由3 部分组成,一是电磁波通过屏蔽体表面时,由阻抗突变引起的电磁波的反射损耗(R );二是电磁波在屏蔽体内部传输时,电磁能量被吸收的损耗(A );三是电磁波在屏蔽体的两个界面间多次反射时需考虑的多次反射修正系数(B )。
从 20 世纪 70 年代,设计者转而采用磁屏蔽,磁屏蔽通常是在油箱箱壁内侧铺设各向异性的硅钢片,由于硅钢片的高导磁性能,吸引漏磁通进入磁屏蔽中,从而减少了进入油箱壁中的磁场分量,相应减小箱壁中的涡流损耗,其电磁作用相当于“导”磁。
电屏蔽和磁屏蔽是大型变压器中减少杂散损耗和避免热点的常用方法。综合电磁设计、应用经验和可能发热的角度来看磁屏蔽比电屏蔽效果更好,更安全,更能有效的解决问题。
为了降低油箱的涡流损耗及防止局部过热,通常对变压器漏磁场采取屏蔽措施,屏蔽方式有两种,一种是用高导磁材料对油箱壁进行屏蔽,称为磁屏蔽;另一种是用高导电材料对油箱壁进行屏蔽,称为电屏蔽。
电屏蔽必然要产生涡流损耗,同时被其阻止的磁通也加重了对其他构件的漏磁危害。鉴于其形状好控制的特点,在不利于磁屏蔽敷设的情况下必须用到电屏蔽。在有些情况甚至要采用磁屏蔽和电屏蔽的组合结构。但是,无论哪种屏蔽方式,如果放置不当或屏蔽的结构尺寸不当,漏磁集中会使金属结构件涡流损耗过高,变压器局部过热,使金属结构件热点温升超标,变压器产气,甚至造成变压器事故。
屏蔽电缆的屏蔽效能及其测量 作者: 刘建鹏 作者单位: 中国电子技术标准化研究所 刊名: 安全与电磁兼容 英文刊名: SAFETY & EMC 年,卷(期): 2001(3) 被引用次数: 2次 参考文献(2条) 1. IEC 61917.Cables,cable assemblies and connectors - introduction to electromagnetic (EMC) screening measurements 1998 2. IEC 1196-1.Radio - frequency cables - Partl:Generic specification - General,definitions,require ments and test methods 1995 本文读者也读过(10条) 1. 孙超 .张伟 屏蔽电缆转移阻抗测试方法的比较 [
1 / 2 电缆的内屏蔽和外屏蔽的作用 屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁 波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、 电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩 散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的 影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁 波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上 的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分 干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。 (1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡 流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。 (2)当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线 限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空
屏蔽方法根据屏蔽的基本原则,常采用以下屏蔽方法。①绝缘隔离:增大绝缘电阻,减少泄漏电流。②屏蔽隔离:将被防护的电路或部件用金属屏蔽围护起来,并给屏蔽以一定的电位(包括地电位),用以阻止或减小泄漏电流,或使泄漏电流按一不产生误差的通路流动。屏蔽接地可以切断静电场,形成良好的静电屏蔽。如用金属磁性材料制成屏蔽,还可同时旁路低频和恒定磁通,形成直流电磁屏蔽。屏蔽和绝缘两种方法交替使用,还可以在不增加屏蔽总厚度的前提下获得更好的屏蔽效果。③无定向结构:用双绞线、同轴电缆做信号往返通路;或采用两个相同的测量机构,使电磁感应在其中引起的干扰感应电动势互相抵消;或使恒定磁场的影响自行消除。④电磁屏蔽:交变电磁场或电磁波进入金属屏蔽时,将在屏蔽中产生涡流,从而消耗电磁场的能量。入射场的频率越高,屏蔽对其所起的衰减作用也越明显。
用数字电压表测量温差电偶电动势Ex的测量系统的屏蔽是典型的综合性屏蔽措施。带屏蔽层的绞合双心电缆用作连接导线,屏蔽层在仪表的 L端接地。外部高压电源线通过分布电容产生的容性漏电流ig被屏蔽层疏导到地。高压线中的电流I在空间产生的磁通密度B将在绞合双心线的相邻网孔中产生约大小相等、方向相反的感应电动势,因此它们大部分互相抵消。空间电磁波穿过仪表的金属外壳时,其能量因产生涡流而强度减弱。同时,因外壳接地,又起到静电屏蔽作用。如外壳采用铁磁材料制成,还可起到屏蔽恒定磁场的作用。选用高灵敏的温差电偶可以提高系统的信噪比,从而降低干扰信号的影响。为削弱干扰电压Ecm的影响,可采用信号浮地、仪表接地系统,对地回路系通过温差电偶的对地绝缘阻抗而形成。这样,对干扰电压Ecm既起到阻塞又起到疏导作用,因此能有效地减小它所引起的误差。2100433B
屏蔽体的有效性用屏蔽效能(SE)来度量。屏蔽效能的定义如下:
SE=20lg(E1/E2) (dB)
式中:E1 =没有屏蔽时的场强 E2 =有屏蔽时的场强
如果屏蔽效能计算中使用的是磁场强度,则称为磁场屏蔽效能,如果屏蔽效能计算中使用的是电场强度,则称为电场屏蔽效能。屏蔽效能的单位是分贝(dB),下表是衰减量与分贝的对应关系:
屏蔽前 |
屏蔽后 |
衰减量 |
屏蔽效能 |
1 |
0.1 |
90% |
20dB |
1 |
0.01 |
99% |
40dB |
1 |
0.001 |
99.9% |
60dB |
1 |
0.0001 |
99.99% |
80dB |
1 |
0.00001 |
99.999% |
100dB |
一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下,军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60dB,TEMPEST设备的屏蔽机箱屏蔽效能要达到80dB以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100dB。100dB以上的屏蔽体是很难制造的,成本也很高。
电缆的屏蔽
1.电力电缆的屏蔽定义
用导电或半导电层把电缆的电场封闭在包围着导线的绝缘层中。导电或半导电层紧紧地贴合在绝缘的内表面和外表面上。换句话说,外屏蔽把电场封闭在导线和屏蔽层之间。内屏蔽或绞合应力消除层是处在导线的电位或接近导线的电位,外屏蔽或绝缘屏蔽是为传输电容电流而设计的,在许多情况下还用来传输故障电流。屏蔽层的导电率是由连同半导电层所采用的金属带或线的截面积和电阻率所决定的。在绝缘内表面和外表面的应力控制层,由于是紧贴着绝缘表面的光滑表面,从而减少应力集中并使间隙减到最小。在这种间隙中,空气的电离可能会使某些绝缘材料逐渐损坏,直到最后完全破坏为止。
2.绝缘的屏蔽有各种用途
把电场封闭在电缆内部;平衡绝缘内部的电压梯度,使表面放电减至最小;避免感应电势以更好地减少电击的危险。非屏蔽电缆与接地平面之间的电压分配,假定从电气性能来说,空气和绝缘物是一样的,在接地平面以上的电缆就处于均匀的介电质中,因而允许用简单的图来说明与电缆有关的电压分配和电场的情况。在屏蔽电缆内,导线和屏蔽层之间的等电位面是同心的圆柱面,电压分配按照简单的对数规律变化,而静电场则全部被封闭在绝缘层内。电力线和应力是均匀的,并且是放射的,和等电位面成直角相交,消除了绝缘中或在绝缘表面上的切线应力或纵向应力。非屏蔽系统的等电位面是圆柱面,但不和导线同心,以许多不同的电位与电缆表面相交,对于运行高系统的非屏蔽电缆,在电缆的各点上,对地切向漏电应力,可能是在干燥场所电缆终端的漏电距离正常推荐值的好几倍。在这种情况下,表面的漏电痕迹、燃烧和对地的破坏性放电都可能发生。但是,在国家电气法规中所描述的正确设计的非屏蔽电缆限制了可达到的表面能量,这种表面能量是来自上述这些作用,它可能会影响电缆的正常使用。
对于运行电压在1kV以下的电缆,一般采用非屏蔽的结构,对10kV 以上的电缆则需要将其屏蔽以符合国家电气法规的规定。在1~10kV的范围内, 允许使用屏蔽电缆和非屏蔽电缆,只要其结构能满足国标的要求。由于屏蔽电缆的价格一般都比非屏蔽电缆贵,同时也由于制作屏蔽电缆的终端头需要更加小心和要求留有更大的空间,所以,在1~10kV范围内,一直广泛地使用非屏蔽电缆, 非屏蔽电缆也大量用于10kV电压级。但是直接埋于地下的或在电缆表面可能积集大量导电材料(盐、烟灰、导电的穿管用润滑膏)的地方可指定使用屏蔽电缆。
3.控制电缆及其金属屏蔽
控制电缆应避免同时受绝缘损坏、机械性损伤、着火或电气干扰等影响不能正常工作。双重化保护的电流、电压以及直流电源和跳闸控制回路等需增强可靠性的系统,应采用各自独立的控制电缆。下列情况的回路,相互间不宜合用同一根控制电缆:弱电信号、控制回路与强电信号、控制回路;低电平信号与高电平信号回路;交流断路器分相操作的各相弱电控制回路。同一电缆缆芯之间距离较小,耦合性、电磁感应强,较电缆相互间的干扰大。某电厂电脑监测系统模拟量低电平信号线与变送器电源线公用一根四芯电缆,引起信号线产生约70V的共模干扰电压,对以毫伏计的低电平信号回路,显然影响正常工作。
弱电回路的每一对往返导线,宜属于同一根控制电缆。强电回路控制电缆,除位于超高压配电装置或与高压电缆紧邻并行较长,需抑制干扰的情况外,可不含金属屏蔽。弱电信号、控制回路的控制电缆,当位于存在干扰影响的环境又不具备有效抗干扰措施时,宜有金属屏蔽。控制电缆金属屏蔽型类的选择,应按可能的电气干扰影响,计入综合抑制干扰措施,满足需降低干扰或过电压的要求。位于110kV以上配电装置的弱电控制电缆,宜有总屏蔽、双层式总屏蔽。计算机监测系统信号回路控制电缆的屏蔽选择,对于开关量信号,可用总屏蔽。对于高电平模拟信号,宜用对绞线芯总屏蔽,必要时也可用对绞线芯分屏蔽,而对于低电平模拟信号或脉冲量信号,宜用对绞线芯分屏蔽,必要时也可用对绞线芯分屏蔽复合总屏蔽。其他情况,应按电磁感应、静电感应和地电位升高等影响因素,采用适宜的屏蔽型式。
需降低电气干扰的控制电缆,可在工作芯数外增加一个接地的备用芯。控制电缆1芯接地时,干扰电压幅值可降低到50%~25%或更甚,且实施简便, 增加电缆造价甚微。控制电缆金属屏蔽的接地方式,对于电脑监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层,不得构成两点或多点接地,宜用集中式一点接地。此外需要一点接地情况外的控制电缆屏蔽层,当电磁感应的干扰较大,宜采用两点接地;静电感应的干扰较大,可用一点接地。双重屏蔽或复合式总屏蔽,宜对内、外屏蔽分用一点,两点接地。两点接地的选择,还宜考虑在暂态电流作用下屏蔽层不致被烧熔。
同一往返导线如果分属两根电缆,敷设形成环状的可能性难避免,在相近电源的电磁线交链下会感生电势,其数量级往往对弱电回路低电平参数的干扰影响较大。弱电回路控制电缆与电力电缆如果能拉开足够距离,或敷设在钢管、钢制封闭式托盘等情况,可能使外部干扰降至容许限度。否则,一般与电力电缆邻近并行敷设,或位于高压配电装置且近旁有接地干线等情况,干扰幅值往往对无屏蔽的控制电缆所连接的低电平信号回路等,将产生误动或绝缘击穿等影响。控制电缆含有金属屏蔽时降低干扰的效果,与屏蔽构造型式相关。同时要看到屏蔽构造要求越高,相应投资也越大。有、无金属屏蔽的控制电缆造价,约增10%~20%(钢带铠装、钢丝编织总屏蔽)或更大的份额。
电子装置数字信号回路的控制电缆屏蔽接地,应使在接地线上的电压降干扰影响尽量小,基于计算机这类仅1V左右的干扰电压,就可能引起逻辑错误,因而强调了对计算监控系统的模拟信号回路控制电缆抑制干扰的要求,应实行一点接地,而一点接地可有多种实施方式,现以电脑监测系统情况,指明是满足避免接地环流出现的条件下,集中式的一点接地。配电装置中接地电网的电流分布,曾测得有接地电流的13%,而110~500kV电压级短路电流已达35~18kA。