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信号电缆屏蔽层的二种接地方式的区别

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2020-01-05 17:58:49

有关信号电缆屏蔽层的接地方式,屏蔽接地的方式分为屏蔽层单端接地和屏蔽层双端接地,屏蔽线的接地的三种情况:单端接地方式、两端接地方式、屏蔽层悬浮。

信号电缆屏蔽层的接地方式

屏蔽接地通常采用两种方式:屏蔽层单端接地和屏蔽层双端接地。

① 屏蔽层单端接地是在屏蔽电缆的一端将金属屏蔽层直接接地,另一端不接地或通过保护接地

在屏蔽层单端接地情况下,非接地端的金属屏蔽层对地之间有感应电压存在,感应电压与电缆的长度成正比,但屏蔽层无电势环流通过。单端接地就是利用抑制电势电位差达到消除电磁干扰的目的。

这种接地方式适合长度较短的线路,电缆长度所对应的感应电压不能超过安全电压。静电感应电压的存在将影响电路信号的稳定,有时可能会形成天线效应。

② 双端接地是将屏蔽电缆的金属屏蔽层的两端均连接接地。

在屏蔽层双端接地情况下,金属屏蔽层不会产生感应电压,但金属屏蔽层受干扰磁通影响将产生屏蔽环流通过,如果地点A和地点B的电势不相等,将形成很大的电势环流,环流会对信号产生抵消衰减效果。

动力电缆线两边接地,电机端的PE必然要接在驱动端的PE上,并最终接入机箱内的大地汇流排。

信号线则需要区别情况对待,一般而言模拟信号主张单端接地,以避免双端接地时,地电势不同引发的地电流影响信号;

数字信号或差分信号主张双端接地,只是过大的地电流也同样可能影响信号。

个人以为,无论是单端还是双端,原则是死的,实效才是目的,需以能解决现场问题和设备的稳定可靠运行为重,因此往往只能灵活处置。

单端接地。

如果是两端接地,由于两个接地端可能存在电位差,反而会产生干扰。

一般要求是2端接地,然而2端接地要看现场条件,如果现场条件恶劣,会在2端形成感应电压,从而有了感应电流,容易干扰,当然,对模拟量干扰严重,故此时即要单端接地。

高频双端接地如编码器,开关量等,低频单端接地如模拟量等。

单端接地不存在接地电位差的问题,可减少接地干扰。

屏蔽线的接地有三种情况,即:单端接地方式、两端接地方式、屏蔽层悬浮。

1)单端接地方式

假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线,流过负载电阻RL之后,再通过屏蔽层返回信号源。因为i1与i2大小相等方向相反,所以它们产生的磁场干扰相互抵消。这是一个很好的抑制磁场干扰的措施。同时它也是一个很好的抵制磁场耦合干扰的措施。

2)两端接地方式

由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的迭加,所以它不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。

因此,它抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地方式差。单端接地方式与两端接地方式都有屏蔽电场耦合干扰作用。

3)屏蔽层悬浮

只有屏蔽电场耦合干扰能力,而无抑制磁场耦合干扰能力。对于单端接地,是变送器端接地。

1、独立地线

所谓的独立地线,顾名思义,就是为本系统单独设置的地线,它必须是通过对地电阻测量合格的地线。那么什么是合格地线呢?他的对地电阻的标准是多少?这有国标决定,对于计算机系统的接地地线标准,应该是小于4欧姆。

这个独立的地,接变频器的PE、现场的电机外壳、所有导电金属相关柜体、机体外壳。

2、等电位

所谓的等电位,就是安装接线的这个系统所有物体的金属外壳,用导电体大面积连接一片。面积越大,抗干扰的效果越好。

从抗干扰的效果看,等电位的处理,优于单独接地的效果。

接独立地,是在等电位的基础上实施的,因为,根据一点接地的原则,那个独立地是接在整个系统的什么位置也很关键。要视现场的具体情况而定。

原则是,独立地线的“入地点”接在系统所有壳体、物体的金属表面积最大的地方。等电位包括了所有电缆频蔽层的金属导体连接。

3、信号地

信号地为了不混淆大地的概念,所以称“参考电位”。它是信号的参考电位,在西门子的装置里称作M。所以它不能与PE、大地连接。信号地----参考电位,必须与“大地”悬浮。

注意,“一点接地”,千万不要狭义的理解为一个螺丝栓点,那样的话就大错特错了。关键是要理解西门子的传动装置手册中EMC有关章节描述的“大面积连接”。

什么叫大面积连接,就是接地的导体、导线其表面积越大越好。因为干扰的噪声信号,都具有“肌肤效应”,集中在导体的表面,所以,等电位的导体,表面积越大,越利于干扰噪声的吸收。一点接地,要广义的理解。一个大的导体也可以看成一个节点,汇集一点,就是可以在这个导体上的任何部位接地,这样,噪声会有利于在这个导体的表面被吸收。如果汇集一个螺栓点,这种效果就没有了。

双端接地,可能导致屏蔽线上走电流,甚至大电流的可能,只要有电流就产生磁场了,不利于屏蔽, 所以基本上 都是单端接地。

但是如果两个系统全部是 浮地 系统,则无所谓了,可以双端接地的。

比如,编码器的屏蔽线怎么接?这个在西门子的手册里已经明确的讲了呀。对于数字信号线的屏蔽就是双端接地。如果说按照此规范接地了,还有干扰编码器信号问题,那一定不是接屏蔽所能解决的,一定还有别的问题。

比如,编码器的机械连接问题、编码器信号线与外壳有耦合问题(信号线碰壳或参考电位碰壳)等等问题。

关于两端接地点有电位差的问题,那就是等电位没做好,也是EMC基本准则问题的处理不好。这些都应该在安装布线的时候认真做的工作。

我记得以前在与西门子的工程师交流使用西门子的传动控制器问题时,他们特别的强调现场安装的等电位问题。说这个等电位甚至比接地还重要(这对抗干扰而言)。何谓定电位?说白了,就是把现场与传动控制系统有关的一切装置的金属外壳,用导体大面积连接在一起。

让所有的机柜、机箱、操作台、主机等等电位相等。然后在此基础上,找一个最大面积的导体,做接地点,将其接大地。我想这个做对了,做好了,再把信号线屏蔽按规则接地,应该就OK了。

另外,上面有说模拟量的信号线屏蔽接法,单端接地。这个正确。就这么接。前面有人说,这么接了,不管用,无效果。那一定不是接地所能解决的问题了。你可以用示波器看看你的信号地(此时),他一定是一颗很粗很粗的线,地线上的噪声很多。模拟量的干扰噪声有两种,一种是共模噪声,一种是差模噪声。在接地不管用的时候,不要以为接地没用,还是要按规则接好,然后尝试用电容滤波,硬件的和软件的滤波+屏蔽层单端接地。会收到很好的效果。另外还可以尝试磁环的滤波等等。

总之,上述的方法都是众所周知的基础,有人不信,所以总是被干扰搞得精疲力尽,无所适从。问题的关键不是接地管不管用,而是你的干扰通道来自何方?你的干扰源属性是什么?搞不清敌情怎么应对?瞎猫碰死耗子或者饿虎扑食的采取措施,都是盲目的。应该首先搞清楚干扰源的性质,再做有针对性的处理,才是有的放矢的;才是可取的。

针对EMC的准则,不要不信,要认真去做、去遵守。然后有了问题再去确认它的属性,针对性加以解决。

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