Применение экранов для повышения

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

 

Задача экранирования – ослабление электрических, магнитных и электромагнитных полей в тех областях пространства, где их появление может иметь нежелательные последствия. Для аппаратуры автоматики, обработки информации и связи актуальной задачей является экранирование ее электрических схем от внешних электромагнитных полей, возникающих при работе электроэнергетических установок, радиопередающих устройств или при грозовых разрядах.

Экран в простейшем виде представляет собой металлический лист, устанавливаемый между источником поля и защищаемым устройством. Электрическая компонента поля наводит на поверхности экрана заряды, поле которых компенсирует за экраном внешнее поле, а магнитная составляющая индуцирует в теле экрана токи, магнитное поле которых также направлено навстречу внешнему полю. На эффективность экранирования влияют: конфигурация и размеры экрана, его электропроводность и магнитная проницаемость, а также частота или скорость изменения поля.

Количественно эффективность экрана оценивается коэффициентом экранирования S. Это отношение амплитуды напряженности поля в определенной точке защищаемого пространства при наличии экрана к амплитуде этого поля в той же точке при отсутствии экрана. Для электростатического экрана, в частности, , а для магнитного , где Е ₁ и Н ₁ – напряженности электрического и магнитного полей при отсутствии экрана, а Е ₃ и Н ₃ – при его наличии.

Часто коэффициент экранирования выражается в децибелах. В этом случае

.  (6.1)

Расчет коэффициентов экранирования даже для простейшей конфигурации экрана – плоской поверхности в общем случае требует рассмотрения процессов отражения электромагнитных волн от внешней поверхности экрана, преломления волны в экран, затухания волны при прохождении сквозь экран и преломления волны на внутренней поверхности экрана.

Величина, обратная коэффициенту экранирования, называется затуханием поля:

                                                    (6.2)        

С увеличением скорости изменения внешнего электрического поля растет скорость перемещения наведенных на экран зарядов, а следовательно, возрастает и ток в экране, что увеличивает проникновение поля внутрь экрана. Однако с ростом частоты изменения внешнего поля ω начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что ток в стенках экрана вытесняется на его наружную поверхность, а поле внутри экрана ослабляется. Величина глубины проникновения (скин-слоя) в стенках экрана определяется выражением .                        (6.3)

Пока толщина стенки экрана меньше толщины скин-слоя, зависимость отношения внутреннего поля к внешнему от частоты имеет вид

                  (6.4)

При d > δ эта зависимость имеет вид

.    (6.5) 

Эти формулы показывают, что эффективность экранирования от внешнего электрического поля уменьшается по мере роста частоты до тех пор, пока толщина скин-слоя не станет во много раз меньше толщины стенки экрана. В реальных конструкциях экранов дополнительное снижение качества экранирования с ростом частоты наблюдается из-за наличия различных отверстий и полей на его поверхности. Если экран сделан из магнитного материала, то скин-эффект усиливается, и это улучшает эффективность экранирования. Однако электропроводность этих материалов обычно ниже электропроводности алюминия и меди, что делает последние более подходящими для изготовления электростатических экранов. В ответственных конструкциях поверхность экрана из этих же соображений покрывают тонким слоем золота.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЭКРАНИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ

 

Экранирование и защита фильтрами – наиболее эффективные схемно-технические способы борьбы с внешними и внутренними помехами. Эти мероприятия должны применяться одновременно и взаимно координироваться, поскольку каждое из них в отдельности не в состоянии обеспечить достаточную эффективность защиты.

Неэкранированные силовые и информационные кабели необходимо разносить на расстояние не менее 30 см.

Для ослабления влияния внешних полей на линии связи необходимо минимизировать площадь контура, образованного прямым и обратным проводами линии. Если линия представляет собой одиночный провод, а возвратный ток течет по некоторой заземляющей поверхности, то необходимо максимально приблизить провод к этой поверхности. Если линия образована двумя проводами, то их необходимо скрутить, образовав бифилляр (витую пару). Линии, выполненные из коаксиального кабеля, также отвечают требованию минимизации площади контура линии, однако при наличии цепи, шунтирующей протекание тока по возвратному проводу линии, восприимчивость к наводкам возрастает, особенно на низких частотах. Поэтому, если обратным проводом является оголенная оплетка коаксиального кабеля, ее следует изолировать.

Наилучшую защиту линий связи от электрического и магнитного полей обеспечивают специальные кабели типа экранированного бифилляра; трифилляра (три скрученные вместе провода, один из которых используется в качестве экрана); триаксиального кабеля (изолированного коаксиального кабеля, помещенного в электрический экран); плоского многопроводного кабеля, покрытого с обеих сторон медной фольгой.

Выводы по разделу

Наличие специальных средств защиты (экранирования, фильтров, ограничителей амплитуд импульсов напряжения и т. п.) существенно изменяет условия работы аппаратуры при наличии помех. Задача экранирования – ослабление электрических, магнитных и электромагнитных полей в тех областях пространства, где их появление может иметь нежелательные последствия. Экранирование и защита фильтрами должны применяться одновременно и взаимно координироваться, чтобы обеспечить достаточную эффективность защиты.

 

Раздел 7. Схемы подключения аппаратуры. Требования ЭМС к подстанциям высокого

Напряжения

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ