在工业自动化、精密仪器和通信系统中,屏蔽电缆是抵御电磁干扰(EMI)的无声卫士。其核心防御——金属编织网或箔层构成的屏蔽层,必须正确接地才能发挥效力。然而,一个常被忽视或误解的操作——“重复接地”(即在电缆两端或多点将屏蔽层接地),却可能将保护伞变成干扰源!这究竟是为何?
核心祸首:地环路电流与噪声引入
想象屏蔽层是一根额外的导线。当它在两端(A点和B点)都接地时,便与大地形成了一个闭合的导电回路——我们称之为“地环路”。
大地非理想导体: 现实中的大地并非完美的零电位参考点。不同接地点之间,由于设备运行、雷电感应、电力系统故障等原因,普遍存在电位差(也称为地电压差或共模噪声电压)。
电流悄然流动: 这个电位差如同一个无形的“电压源”,施加在由屏蔽层和大地构成的回路上。根据欧姆定律(V = I * R),电位差会驱动电流(称为地环路电流)在屏蔽层中流动。
屏蔽层变身“天线”: 屏蔽层本身存在电阻。地环路电流流经这个电阻时,根据焦耳定律会产生电压降。这个变化的电压降会感应到屏蔽层内部包裹的信号线对上,严重污染原本需要保护的纯净信号,表现为噪声、失真甚至信号完全被淹没。此时,屏蔽层非但没能阻隔外部干扰,反而成了一个高效的内部干扰发射器!
多点接地的额外陷阱:复杂性与不确定性
形成多个地环路: 在电缆长度较长或有中间接头时多点接地,会形成多个复杂的地环路网络。每个环路都可能拾取不同的地电位差,引入难以预测和追踪的复杂噪声。
高频失效: 在高频情况下(MHz以上),多点接地理论上能降低屏蔽层阻抗,提供更好的高频屏蔽效果(需小于1/20波长)。但实践中,因地电位差引入的噪声往往远超过其理论上的高频屏蔽优势,尤其在工业和电力环境中,低频噪声(50/60Hz及其谐波)才是主要问题。多点接地带来的风险通常远大于其潜在的高频收益。
单点接地:切断祸根的金科玉律
为解决地环路问题,工程实践确立了屏蔽层单点接地的基本原则:
原理: 只在电缆的一端(通常在信号接收端或控制系统参考地端)将屏蔽层牢固接地。
效果:
切断地环路: 从根本上消除了地电位差驱动电流在屏蔽层中流动的路径。
静电屏蔽依然有效: 单点接地仍能为电缆提供对电场干扰(静电耦合)的良好屏蔽。磁场干扰(感性耦合)则更多依赖于屏蔽层自身的材料和结构。
成为法拉第笼: 正确单点接地的屏蔽层能有效将外部电磁干扰引导至大地,保护内部信号线。
重要提示:接地实施要点
接地点选择: 优先选择信号接收端接地。若系统有明确的“干净”参考地(如控制柜内的接地铜排),应接于此。
连接质量: 接地连接必须低阻抗、牢固可靠。使用专用接地端子或压接套管,确保屏蔽层360度环接(避免“猪尾巴”式连接),连接处做好防腐处理。
接地汇集: 同一系统内多个电缆的屏蔽层接地应汇集到同一点(如接地母线),避免形成新的地环路。
浮地系统例外: 在特定设计(如电池供电的孤立系统)中,整个系统可能对大地悬浮,此时屏蔽层可能需在系统内单点接至其内部参考地,而非大地。需严格遵循设备规范。
安全警示:
忽视屏蔽层接地规范不仅导致信号干扰,在电力或雷击环境下,错误的重复接地路径可能引入危险电位差,危及设备和人员安全。规范接地,是安全与性能的双重保障!
结论:
屏蔽电缆的屏蔽层绝非随意接地即可。重复接地或多点接地会制造地环路,使屏蔽层成为引入干扰噪声的“帮凶”,严重削弱甚至逆转其保护作用。牢记并严格执行单点接地原则,确保接地质量,是发挥屏蔽效能、保障系统稳定可靠运行的关键所在。让屏蔽层真正成为信号的守护者,而非干扰的帮凶,从杜绝重复接地开始!
总结要点:一次接地,切断干扰;重复接地,引入噪声。屏蔽层的接地点选择,是决定其成为保护盾还是干扰源的关键所在。
顶部