Экран заземления что это
Заземление экранов контрольных кабелей – обязательное условие монтажа
Подписка на рассылку
Заземление экранов контрольных кабелей является достаточно важным техническим мероприятием, которое выполняется с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.), а так же воздействия самого кабеля на окружающую среду.
Как выполнить заземление контрольного кабеля
Заземление контрольных экранированных кабелей производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. Величина электромагнитных помех может достигать несколько килоВольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя.
Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм.
Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.
Важно отметить, что кроме экрана, так же должно выполняться заземление бронепокрова (стальных оцинкованных лент и проволок) контрольного кабеля.
Заземление экранов контрольных кабелей
Подписка на рассылку
Заземление экранов контрольных кабелей — одно из обязательных мероприятий, проводимых при конструировании электростанций и подстанций, промышленно-производственных и иных типов объектов, где предполагается эксплуатация высоковольтного оборудования (или множества электроприборов, совокупная мощность которых может достигать десятки или сотни кВт). Если предположить существование иерархии проводников (допустим, по мощности, виду передаваемых сигналов и области применения), то контрольный кабель будет расположен где-то между силовыми и информационными типами. Данные кабельные изделия служат для управления подконтрольными объектами и передачи информации (на пульт оператора) об их состоянии. Кабели применяются, к примеру, для подключения к ним различной электроаппаратуры, электромеханического оборудования, устройств релейной защиты, сигнализации и т. д.
Имеющиеся в системе электрические цепи, помимо высоковольтных цепей, именуются вторичными. Сюда же относятся цепи, построенные из контрольных кабелей.
Цели устройства заземления
Как и в случае с любыми другими типами проводников, заземление контрольного кабеля производится с целью защиты оборудования от всевозможных помех, возникающих по ряду причин — удары молний, короткие замыкания, разряды статического электричества, работа радиопередающих устройств и т. д. Из вышесказанного также можно сделать вывод, что контрольный кабель используется, в том числе, для работы электронного оборудования. Любая подобная техника (и более всего — микропроцессорная), как известно, очень чувствительна к электромагнитным помехам (ЭП). Таким образом, заземление экранов контрольных кабелей также необходимо для защиты электронного оборудования от ЭП.
Но для чего заземлять экран, ведь данный компонент проводника, как известно, и так служит для препятствования проникновения электромагнитных помех в токопроводящие жилы? Но, как показывает практика, одно лишь экранирование не является эффективным способом защиты от ЭП.
Нормы заземления экранов контрольных кабелей и принцип работы
Установленные нормы заземления экранов контрольных кабелей допускают заземлять проводник с одного или с двух концов. Причем одностороннее заземление может быть произведено со стороны источника напряжения или со стороны приемника (прибора-потребителя электроэнергии). И тот и другой способ монтажа заземления экранов контрольных кабелей имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим положительные и отрицательные моменты обоих способов в ситуации с возникновением токов короткого замыкания.
В случае с односторонним заземлением:
• Заземление контрольных экранированных кабелей с одной из сторон исключает возможность появления тока (в нормальном режиме работы) при возникновении разности потенциалов на концах экрана, т. к. он (ток) будет уходить в землю. Это, в свою очередь, предотвращает нагрев кабеля и его повреждение.
• Однако при таком способе монтажа заземления экранов контрольных кабелей в случае возникновения токов короткого замыкания разность потенциалов на концах экрана может достигать значений в несколько десятков/сотен/тысяч вольт (зависит от напряжения), что очень опасно не только для самого кабеля, но и всего оборудования, к которому он подключен. Т. е. подобное заземление контрольного кабеля ГОСТами и стандартами МЭК не предусматривается.
В случае с двухсторонним заземлением контрольного кабеля проблем с разностью потенциалов не наблюдаются. Но и здесь существует свой недостаток — такая система, по сути, является замкнутой. Это значит, что при возникновении короткого замыкания или, например, вследствие ударов молнии очень высока вероятность термического повреждения всего кабеля. Однако при грамотном построении системы с двухсторонним заземлением контрольных экранированных кабелей всего этого можно избежать.
Для защиты экрана могут применяться, т. н. замкнутые системы заземления с большим числом связей. Еще один эффективный способ — использование параллельных заземляющих проводников. В обоих случаях сверхвысокие токи буду равномерно распределены по всем заземляющим кабелям, что устранит возможность его нагрева и повреждения.
Большой выбор контрольных кабелей представлен на сайте компании «Кабель.РФ ® «. Ознакомившись с описанием продукции, вы можете сделать выбор самостоятельно или обратиться к специалисту компании, который грамотно проконсультирует вас по вопросам цены и качества.
Заземление экранированного кабеля
Подписка на рассылку
Заземление кабелей — обязательная процедура, входящая в комплекс мероприятий по строительству кабельных линий электропередач и связи. Выполняется заземление с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от токов короткого замыкания и различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.). Вторая важная цель устройства систем заземления — защита человека от поражения электрическим током.
Существует множество терминов, определений, связанных с системами заземлений, а также методов и способов их построения по отношению к различным кабелям, электроустановкам и т. д. — подробная информация приведена в главе 1.7 ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок) от 2002 года. Здесь будут рассмотрены основные моменты заземления контрольных экранированных кабелей, кабелей связи (включая оптические) и силовых кабелей.
Заземление силовых высоковольтных кабелей
Заземление экранированного кабеля напряжением от 6 кВ и выше может производиться по схеме двухстороннего или одностороннего заземления экрана. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки.
Преимуществом двухстороннего заземления является простота монтажа. Заключается он в присоединении экрана к контуру заземления — нет необходимости в использовании каких-либо дополнительных средств или оборудования. Данная схема заземления предполагает, что экран кабеля имеет потенциал земли, а значит, в замкнутом контуре возникает ток. Это ведет к существенным потерям мощности и ухудшению температурного режима кабеля, что, в свою очередь, может стать следствием снижения его срока эксплуатации.
При одностороннем заземлении к заземляющему устройству подключается только один конец экрана. В этом случае отсутствует путь для протекания токов, что не вызывает существенных потерь мощности. Незначительные потери могут наблюдаться из-за возникновения вихревых токов, но они не определяют температурный режим и, как следствие, не снижают срок службы кабеля.
Однако схема одностороннего заземления экранированного кабеля требует учитывать следующие факторы:
• Возникновение импульсных перенапряжений может стать причиной снижения эффективности оболочки кабеля. Если значение перенапряжения превысит электрическую прочность оболочки, в конструкцию кабеля может просочиться влага (при подземной прокладке, а также для кабелей без герметизации).
• Данная схема заземления, как правило, требует использования дополнительного оборудования, включая концевые муфты с изолированным экраном, защитные аппараты, устанавливаемые на незаземленном конце кабельного экрана. Все это потребует дополнительные финансовых и трудозатрат при построении системы заземления.
• Существует риск возникновения на незаземленном конце экрана наведенного потенциала (пропорционален току в жиле кабеля), что может стать причиной поражения током обслуживающего персонала.
Таким образом, одностороннее заземление требует использования спецоборудования и принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности работы кабельной линии, что увеличивает стоимость монтажных работ и последующего обслуживания.
Если экранированный кабель имеет броню, тогда оба этих компонента должны быть объединены в единую цепь, а затем подключены к корпусам соединительных муфт. На кабелях напряжением от 6 кВ и более с оболочкой из алюминия подключение оболочки и брони к земле производится при использовании отдельных проводников (сечения проводников подбирается по требованиям, приведенным в разделах 1.7.76–1.7.78 ПУЭ).
При использовании на опоре конструкции комплекта разрядников броня, экран и соединительная муфта подключаются к заземляющему устройству разрядника. В данном случае не допускается заземление лишь металлической оболочки.
Как заземлить экранированный кабель управления
Заземление контрольных экранированных кабелей и кабелей связи производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. В отличие от силовых, контрольные кабели и кабели связи также служат и для передачи информации или аналоговых сигналов. Величина электромагнитных помех может достигать несколько киловольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя.
Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм.
Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.
Как заземлить экранированный кабель оптический
Согласно РД 45.155 заземление оптических кабелей (ОК) должно осуществляться на вводах в стационарные сооружения, необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и любые технические помещения, в которых устанавливаются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП). Заземлению подлежат металлические элементы кабеля — броня, металлическая оболочка и/или трос (зависит от конструкции кабеля).
Металлические компоненты ОК подключаются на заземляющие устройства отдельными проводами сечением не менее 4 мм2. В качестве устройств заземления используются специальные заземляющие щитки, устанавливаемые в технических помещениях. При отсутствии щитков допускается заземление металлических компонентов кабеля на специальные заземляющие клеммы оконечных оптических устройств (коммутаторы, серверы и т. п.).
Компания «Кабель.РФ ® » является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку экранированного кабеля по выгодным ценам.
Защитное заземление
Защитный экран, окружающий электростатический экран, предохраняет пользователя прибора от прикосновения к токоведущим частям, находящимся под высоким напряжением. Он должен подключаться к заземлению прибора и выдерживать ток, больший максимального выходного тока источника-измерителя (SMU) и тока от других источников, подключённых между LO клеммой и землёй. Если произойдёт случайное замыкание измерительных проводов, электростатического экрана или охранных проводников на заземлённый защитный экран, его потенциал относительно земли останется низким. Защитный экран также предохраняет от поражения сетевым напряжением, имеющимся внутри прибора. В этом случае он выступает в роли шасси прибора, которое также соединяется с землёй. Система защитного заземления является частью питающей сети для обеспечения этого соединения. Оборудование заземляется на вводе сети, гарантируя, что металлический корпус прибора безопасен при прикосновении. Даже если фазный провод коснётся корпуса изнутри, защитное заземление удержит потенциал корпуса на безопасном для прикосновения уровне.
Заземлённый защитный экран никогда не должен использоваться как электростатический. Даже хорошо спроектированный прибор создаёт ток в жиле сетевого шнура, соединяющей его с защитным заземлением. Ток через Y-конденсаторы в блоке питания и ВЧ токи от импульсного БП, протекая через индуктивное сопротивление заземляющей жилы в сетевом шнуре, могут создать напряжения помех между шасси прибора и внешними шинами защитного заземления. Результирующее напряжение проявляется как синфазная помеха между шасси и защитным заземлением. Это напряжение помехи доставляет проблемы, поскольку общий провод измерительного прибора не полностью изолирован от шасси (которое заземлено). Каждый прибор создаёт некоторые постоянные и переменные токи утечки через изоляцию от питающей сети и конечную ёмкость между общим проводом прибора и его защитным заземлением. Эта ёмкость понижает сопротивление изоляции для переменного тока. Мы не хотим, чтобы эти токи протекали через какую бы то ни было часть измерительной установки (Рисунок 4). Эти токи вызывают падения напряжения на измерительных проводах, а также на остальных сопротивлениях измерительной цепи.
 | ||
| Рисунок 4. | Иллюстрация создания тока синфазной помехи компонентами питающей сети, а также протекания через ёмкости изоляции переменных токов, вызываемых извне. | |
Поскольку прибор может предназначаться для работы под «плавающим» потенциалом в сотни вольт относительно заземления, а все электростатические экраны должны подключаться к его общему проводу, нужно всегда иметь в виду, что эти экраны небезопасны для прикосновения.
Заземление экрана
Должен ли экран (подключенный к LO клемме прибора) соединяться с защитным заземлением? Да, но только если измерительная система не управляет потенциалом LO клеммы, и это должно быть сделано таким образом, чтобы исключить протекание тока через измерительные провода. В общем, единственная причина соединения LO с защитным заземлением заключается в том, чтобы удерживать синфазное напряжение на измерительных клеммах в допустимых пределах. Учитывая, что во многих конструкциях приборов LO клемма имеет «плавающий» потенциал, можно добавить высокоомный резистор (порядка 100 кОм) между ним и защитным заземлением.
Ток синфазной помехи
В разделе «Защитное заземление» было упомянуто, что сами приборы создают некоторый ток, вызывающий напряжение синфазной помехи VX (см. Рисунок 4). Эти синфазные токи – прямое следствие воздействия напряжений первичной и вторичной обмоток силового трансформатора на неэкранированную межобмоточную ёмкость.
На Рисунке 4 показан типичный силовой трансформатор для измерительных приборов с экранами на первичной и вторичной сторонах. Эти экраны выполняют ту же функцию, что и рассмотренные ранее экраны приборов. В случае с приборами, если часть чувствительной цепи остаётся неэкранированной, линии внешнего поля могут наводить в них токи. Это остаётся справедливым и для силового трансформатора, за исключением того, что в нём наведённые токи будут гораздо сильнее из-за близости первичной и вторичной обмоток и значительной величины напряжений обмоток. C1 представляет собой неэкранированную ёмкость между вторичной обмоткой и первичным экраном, а C2 – неэкранированную ёмкость между первичной обмоткой и вторичным экраном. Результирующий ток синфазной помехи является суммой токов через все эти ёмкости. Этот ток будет увеличиваться по мере роста напряжений на обмотках трансформатора или его рабочей частоты. Реактивное сопротивление неэкранированных ёмкостей трансформатора падает с ростом частоты, увеличивая синфазный ток.
Часть синфазного тока, начинаясь на первичной обмотке, течёт через ёмкость C2 в цепи вторичной обмотки, в шасси через измерительные провода и, наконец, возвращается к нулевому проводу первичной обмотки. Другая его часть, начинаясь на вторичной обмотке, через ёмкость C1 течёт в первичную цепь, через шасси к вводу питания, затем через измерительные провода и, наконец, возвращается к вторичной обмотке. Общий синфазный ток вызывает падения напряжения на индуктивном сопротивлении сетевого шнура, а также на проводнике между тестируемым устройством и «землёй» прибора. По этой причине лучше соединять все шасси, как предусмотрено в приборах, чтобы, по возможности, избежать добавления в систему нового соединения с защитным заземлением. Неэкранированная ёмкость и, в меньшей мере, сопротивление межобмоточной изоляции трансформатора могут внести токи помех от других источников, создающих различные потенциалы точек подключения к защитному заземлению по всему зданию.
Пример хорошо экранированной и заземлённой системы с одним источником-измерителем
В примере, показанном на Рисунке 5а, если LO клемма должна быть заземлена на стороне тестируемого устройства, либо напрямую, либо через ёмкость, токи заземления будут течь через измерительные провода, и понадобилось бы 4-проводное подключение для исключения влияния паразитного напряжения, созданного электрическим полем между двумя защитными заземлениями. На Рисунке 5б, если бы экран вокруг тестируемого устройства был заземлён, ток не протекал бы через измерительный LO провод. Тогда ёмкость между тестируемым устройством и экраном должна быть минимизирована. На Рисунке 5в экран заземлен через общий провод прибора и токоограничивающий резистор. В этом случае разность потенциалов между защитными заземлениями, представленная как VX, не вызывает никаких токов, поскольку есть только одна точка заземления.
 | ||
| Рисунок 5а. | С одним источником-измерителем, заземление тестируемого устройства либо напрямую, либо через ёмкость может создать путь для протекания тока через LO провод. | |
 | ||
| Рисунок 5б. | При таком использовании источника-измерителя, заземление LO на стороне тестируемого устройства, напрямую либо через ёмкость, не приводит к протеканию паразитных токов через LO провод. | |
 | ||
| Рисунок 5в. | С одним источником-измерителем, заземление экрана с прибором через резистор не приводит к паразитным токам в LO проводе. | |
Во всех этих примерах охранный проводник должен быть проведен как можно ближе к тестируемому устройству и заканчиваться только внутри экрана.
Пример хорошо экранированной и заземлённой комплексной испытательной системы
На Рисунке 5г представлена испытательная система с двумя приборами. В такой конфигурации трудно предотвратить проникновение всех токов заземления в систему, поскольку здесь есть две различные точки заземления. Но можно уменьшить результирующий ток, соединив LO с защитным заземлением в одной точке через резистор и подключив экраны обоих приборов к экрану тестируемого устройства, как показано на Рисунке 5г. В этом случае основная часть тока потечёт через паразитные ёмкости и сопротивления обоих силовых трансформаторов и через соединённые экраны. Некоторый ток будет течь через измерительные провода, поэтому также понадобится 4-проводное подключение.
 | ||
| Рисунок 5г. | С двумя источниками-измерителями 4-проводные линии компенсируют ток, протекающий в проводах из-за использования двух разных точек заземления. | |
Заключение
Большинство погрешностей измерения может быть связано с токами, наводимыми в тестируемом устройстве или измерительных проводах внешними электрическими (высокоимпедансными) полями. Добавление электростатического экрана, правильно заземлённого на LO клемму прибора, может полностью исключить эти источники помех. В некоторых случаях при работе с очень малыми токами вместо электростатического экрана или в дополнение к нему должна использоваться эквипотенциальная защита. Разность потенциалов точек защитного заземления, вызванная токами от оборудования с сетевым питанием, также может привести к погрешностям, если вызванный ею ток потечёт по измерительным проводам. Синфазный ток от приборов также вносит вклад в погрешности. Силовой трансформатор прибора замыкает цепь этого тока, поэтому любое подключение к защитному заземлению должно выполняться так, как было описано. Защитный экран, обеспечивающий безопасность оператора, даёт, вдобавок, некоторое экранирование низкочастотного радиоизлучения. Если общий провод прибора соединён с защитным заземлением через относительно высокоомный резистор, энергия РЧ излучения не проникнет в прибор, и паразитные напряжения от выпрямления электромагнитной помехи могут быть сведены к минимуму.
Перевод: Вишняков Кирилл по заказу РадиоЛоцман
Неточность измерений, особенно в высокоомных приложениях, часто объясняют неправильным экранированием и плохим заземлением. Действительно, проблемы с экранированием и заземлением нередко приводят к появлению ошибок, но многие разработчики тестовых систем не совсем хорошо понимают, почему. Многие погрешности измерения вызываются токами от внешних полей, наводимыми в измерительные провода. В статье рассматривается, каким образом земляные петли и недостаточное либо отсутствующее электростатическое экранирование могут вызвать протекание паразитных токов или токов помех в измерительных проводах или тестируемых устройствах (device under test, DUT), а также способы распознавания этих токов и предотвращения их влияния на результаты измерения. Вначале, однако, рассмотрим электростатику, что позволит лучше понять источник проблемы.
Обзор электростатики
Электрические заряды или заряженные частицы являются точечными источниками электростатического поля. Силовые линии поля всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Сила взаимодействия между заряженными частицами такова, что разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые – отталкиваются. В электрическом поле запасается энергия; количество энергии пропорционально общему числу силовых линий поля, то есть потоку (или общему заряду). Паразитный ток, наводимый в измерительные проводники, прямо пропорционален напряжённости поля. При любом данном напряжении ёмкость описывает отношение заряда на двух проводящих телах к напряжению между ними. Энергия, запасённая в поле, равняется половине произведения ёмкости на квадрат напряжения:
Везде, где существует напряжение, есть распределение положительных и отрицательных зарядов, даже если один из проводников заземлён.
Напряжения создают высокоимпедансное поле. Токи создают магнитные поля с низким импедансом. Волновой импеданс – это всегда отношение электрического поля к магнитному для любой электромагнитной волны. Экраны работают и на отражение, и на поглощение энергии поля. Если импеданс материала экрана сильно отличается от импеданса поля, преобладает отражение. Если их импедансы близки, возможно только поглощение.
Влияние электростатического поля
Заряды, находящиеся вне измерительной цепи, ответственны за множество проблем, возникающих при измерении. Если в пространстве вокруг неэкранированной измерительной цепи находится неподвижный заряд, между ним и проводниками цепи возникнет электрическое поле, линии которого заканчиваются на зарядах противоположного знака. Это поле способно вызвать протекание постоянного тока утечки через измерительные провода. Если заряд или проводник с распределёнными на нём зарядами перемещаются относительно измерительной цепи, в измерительных проводах будет течь переменный ток
вызванный изменениями ёмкости между зарядом или заряженным проводником и проводами, где C – емкость между зарядом проводника и измерительной цепью.
Внешние проводники под напряжением, отличным от напряжения измерительной цепи, оказывают действие, аналогичное точечным зарядам. Когда напряжение на внешнем проводнике изменяется, ток
также будет течь в измерительную цепь. Обе эти ситуации, то есть и точечные заряды, и изменяющиеся напряжения, будут вносить в измерения помехи и паразитные токи. Любая, оканчивающаяся на проводах, линия электрического поля способна навести ток в измерительную цепь. Электрические поля преобладают среди всех видов помех, кроме тех случаев, когда поблизости от измерительного оборудования текут сильные токи, имеются трансформаторы или иные источники магнитного поля. В идеальном случае, все линии электрического поля от внешних источников должны оканчиваться на экранах или охранных проводниках, минуя измерительные провода. И, обратно, все линии поля, исходящие от самих измерительных цепей и оборудования, должны оканчиваться также на экранах и охранных проводниках, но ни в коем случае не на внешних проводниках или зарядах. Когда линии внешнего поля заканчиваются на экранах или охранных проводниках, а не на измерительных проводах, они не влияют на результаты измерений.
Влияние РЧ излучения
Электромагнитное РЧ излучение распространено повсеместно. Любой проводник соответствующей длины, в том числе кабель, соединяющий прибор с источником измеряемого сигнала, может работать как антенна для этого излучения. Несмотря на то, что частота этого излучения находится за пределами полосы пропускания источника/измерительного прибора, оно вызовет протекание переменного тока вдоль антенны (в нашем случае, вдоль измерительных проводов). Когда эти токи доходят до усилителей внутри прибора, они могут подвергнуться выпрямлению, вызвав смещение нуля при измерении. По этой причине оба провода HI и LO должны быть экранированы, чтобы наведённые токи циркулировали по экранам, а не по самим проводам. Как правило, от этих помех предохраняет защитный экран (который находится снаружи общего экрана цепей прибора). Однако чтобы обеспечить полное экранирование на этих частотах, он не должен иметь никаких отверстий или щелей, линейные размеры которых превышают половину длины волны мешающего излучения.
Влияние магнитного поля
Магнитное взаимодействие не связано с токами в измерительных проводах, а, скорее, с наведением напряжений в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Магнитное поле, в отличие от электрического, имеет низкий импеданс. Проводники, пригодные для электрического экранирования, представляют согласованный импеданс для магнитного поля; в результате, они не способны отражать энергию этого поля от проходящих внутри них измерительных проводников. Чтобы экранировать магнитное поле, или силовые линии поля (поток) должны замыкаться через материал экрана (это хорошо работает при постоянных или медленно меняющихся полях с мю-металлом), либо достаточно толстые стенки экрана должны ослаблять поле, поглощая его энергию [1].
Экранирование
Назначение экранирования – ослабить или устранить влияние токов помех на электрические измерения. Эти токи могут вызываться точечными зарядами, электрическими полями и изменениями напряжений. Например, тело человека всегда заряжено. Провода питающей сети внутри и снаружи лабораторного помещения или производственная среда могут создать переменные электрические поля, которые, в свою очередь, наводят паразитные токи. Когда тестируемые устройства заземляются в точке за пределами измерительного прибора, другой потенциал точки заземления (отличный от прибора) вызывает ещё одно электрическое поле, создающее ток в экранирующих оплётках измерительных кабелей. Межобмоточная ёмкость силового трансформатора прибора замыкает цепь для этого паразитного тока. Грозы и изменения погодных условий могут вызвать изменения электростатического поля. Источники ВЧ излучения также могут вызывать токи в измерительных проводах, приводя к смещениям нуля во входных усилителях измерительных приборов из-за эффекта выпрямления. Даже при хорошей погоде Земля создает относительно верхних слоёв атмосферы электрическое поле с напряжённостью порядка 100 В/м.
 | ||
| Рисунок 1. | Правильное использование экрана в тестирующей системе. Электростатический экран соединён с общим проводом схемы. Обратите внимание, что HI и LO провода тоже экранированы. | |
Электростатический экран предотвращает влияние внешних электрических полей (с высоким импедансом) на измерительные цепи, становясь эквипотенциальной поверхностью для линий поля и отводя их в сторону от находящихся внутри него измерительных проводов. Чтобы экран не замкнул находящиеся внутри проводники, он соединяется с LO клеммой прибора. Эта схема гарантирует, что на цепи внутри экрана действует только потенциал LO клеммы прибора (Рисунок 1). Чтобы быть эффективным, экран должен охватывать всю измерительную цепь. Конструкция прибора уже должна иметь такой экран везде, где это необходимо, и предусматривать его расширение за пределы прибора. Хотя такой экран полезен для любых измерений, он просто необходим при любых высокоомных измерениях (т.е., свыше 100 кОм). Результирующее напряжение помехи:
II – наведённый ток,
R – сопротивление измерения.
Такой экран не препятствует протеканию постоянных или переменных токов между ним самим и измерительными цепями; он даёт защиту только от внешних электрических полей.
Эквипотенциальная защита выполняет все те же функции, что и общий экран, а также предотвращает протекание токов утечек между охранными проводниками и измерительными цепями (Рисунок 2). Охранный проводник – это просто экранирующая оплётка кабеля, напряжение на которой поддерживается равным напряжению измерительной цепи (вместо подключения к LO клемме), что исключает существование электрического поля между ним и измерительной цепью. Такая защита используется в цепях, предназначенных для измерения или создания очень малых токов и, как правило, обязательна при токах менее 1 нА.
 | ||
| Рисунок 2. | Правильное использование эквипотенциальной защиты в тестирующей системе. Обратите внимание, что HI и LO провода также экранированы или защищены, а корпус, закрывающий тестируемое устройство, обеспечивает полное электростатическое экранирование. | |
При измерении токов 1 нА и менее чувствительный узел должен быть сначала защищён от утечек. Приборы, предназначенные для измерения или создания таких малых токов, уже имеют в своём составе подобную защиту. Добавлять экран к эквипотенциальной защите вокруг узла необязательно, но остальные измерительные цепи должны его иметь. Конфигурация электрометра позволяет использовать общий экран также в качестве защиты, поддерживая потенциал чувствительного узла равным потенциалу «земли» (Рисунок 3).
 | ||
| Рисунок 3. | Пояснение конфигурации экрана и эквипотенциальной защиты в электрометре. | |
Это означает, что самое главное различие между экраном и эквипотенциальной защитой состоит в том, что экран предотвращает влияние внешних полей на результаты измерения, тогда как защита, в добавок, исключает протекание постоянных токов утечки, путём окружения чувствительного узла другим проводником под напряжением, равным напряжению самого узла, как внутри, так и снаружи прибора.
Ссылки
Перевод: Вишняков Кирилл по заказу РадиоЛоцман