在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,控制電纜承擔(dān)的是PLC、DCS、儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的弱電信號(hào)傳輸任務(wù)。這些信號(hào)幅值低、阻抗高,極易受到周邊變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)、大功率電機(jī)和開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)耦合影響。安徽天康控制電纜系列中,KVVP、KYJVP、KVVP2、KYJVP2等帶屏蔽型號(hào)之所以被大量用于電廠、石化、冶金和智能制造現(xiàn)場(chǎng),關(guān)鍵就在于屏蔽層設(shè)計(jì)直接決定了電磁干擾的抑制能力。
屏蔽層的工作原理基于法拉第籠效應(yīng)。當(dāng)外界交變電磁場(chǎng)到達(dá)電纜表面時(shí),導(dǎo)電屏蔽層會(huì)感應(yīng)出反向電流,該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外界干擾磁場(chǎng)部分抵消,從而降低芯線耦合到的噪聲能量。對(duì)靜電場(chǎng)干擾,屏蔽層接地后使內(nèi)部形成等勢(shì)區(qū),可阻斷工頻電場(chǎng)對(duì)高阻信號(hào)的吸附。安徽天康控制電纜常見的屏蔽結(jié)構(gòu)有三種:銅絲編織屏蔽、銅帶繞包屏蔽、鋁塑復(fù)合帶屏蔽,分別對(duì)應(yīng)型號(hào)中的P、P2、P3代號(hào)。
銅絲編織屏蔽如KVYP或KVVP,由鍍錫銅絲以菱形網(wǎng)眼編織在成纜外層,覆蓋率通常在百分之八十到九十之間。它的優(yōu)勢(shì)是柔韌性好、耐彎曲、便于與連接器尾罩360度搭接,對(duì)中低頻磁場(chǎng)和傳導(dǎo)干擾有不錯(cuò)衰減,適合室內(nèi)橋架固定敷設(shè),也適用于KVVRP這類軟結(jié)構(gòu)移動(dòng)控制場(chǎng)合。缺點(diǎn)是高頻下網(wǎng)眼間隙會(huì)泄漏,單端接地時(shí)對(duì)百兆赫茲以上射頻抑制偏弱。
銅帶屏蔽即KVVP2或KYJVP2,采用銅帶螺旋繞包并搭接,形成近似連續(xù)的導(dǎo)電圓筒。其高頻屏蔽效能優(yōu)于編織網(wǎng),且因銅帶直流電阻小,對(duì)低頻磁場(chǎng)也有一定削弱作用。在天康樣本中,帶銅帶屏蔽或鋼帶鎧裝的控制電纜規(guī)定彎曲半徑不小于外徑12倍,說明該結(jié)構(gòu)偏硬,主要用于固定敷設(shè)、強(qiáng)電磁環(huán)境、模擬量回路集中布置的電氣間。
鋁塑復(fù)合帶屏蔽代號(hào)P3,是鋁箔與聚酯薄膜復(fù)合繞包,常配一根裸銅排流線。它能做到接近全部光學(xué)覆蓋,對(duì)高頻電場(chǎng)反射能力強(qiáng)、成本低、外徑增加小,但鋁箔機(jī)械強(qiáng)度弱,反復(fù)彎折易破裂,且必須依賴排流線與端子接通才能發(fā)揮作用,多用于室內(nèi)靜態(tài)布線、抗變頻器輻射的次級(jí)信號(hào)線。
更復(fù)雜場(chǎng)景會(huì)采用分屏蔽加總屏蔽。例如一對(duì)4到20毫安模擬量線芯外先包鋁箔,整體成纜后再包銅絲編織,構(gòu)成雙重隔離,既防線對(duì)間串?dāng)_,又防外部寬頻干擾。安徽天康部分計(jì)算機(jī)控制電纜和KYJVRP軟電纜定制訂單會(huì)采用這種結(jié)構(gòu),用于信號(hào)種類混雜、強(qiáng)電弱電同橋架的改造項(xiàng)目。
屏蔽層設(shè)計(jì)再好,接地方式錯(cuò)誤也會(huì)讓效果歸零甚至引入地環(huán)路。工程上模擬量控制電纜普遍采用單端接地,即在控制柜接收側(cè)將屏蔽層通過專用接地端子接至柜內(nèi)接地匯流排,現(xiàn)場(chǎng)端懸空并用絕緣套管包裹,避免兩端地電位差產(chǎn)生環(huán)流。數(shù)字量或高頻通信線在干擾頻譜偏高時(shí)可考慮兩端接地,但必須保證兩端接地點(diǎn)電位差極小。屏蔽層絕不能隨意纏繞在設(shè)備外殼螺絲上,也不可與動(dòng)力電纜金屬管共用接地路徑。
從選型角度看,安徽天康控制電纜屏蔽設(shè)計(jì)匹配建議如下:變頻器柜到PLC數(shù)字輸入距離短、干擾以中低頻為主,選KVVP銅絲編織即可;模擬量變送器長(zhǎng)距離進(jìn)DCS、周邊有中壓開關(guān)柜,優(yōu)先KYJVP2銅帶屏蔽;室內(nèi)弱電信號(hào)密集且需壓低成本,可用KVVP3鋁塑帶;移動(dòng)拖鏈內(nèi)用KVVRP軟編織屏蔽;戶外或油污區(qū)再加阻燃護(hù)套與耐候標(biāo)識(shí)。安裝時(shí)保證屏蔽層在接頭處連續(xù)貫通,禁止切斷后分別接線,橋架內(nèi)控制電纜與動(dòng)力電纜分層或間距大于三十厘米,才能把屏蔽層設(shè)計(jì)的理論效能落到實(shí)測(cè)信噪比上。