8.4. Экранирование и фильтрация

Экранирование и фильтрация — наиболее эффективные схемно-технические способы борьбы с внешними и внутренними помехами. Эффективность экранирования и фильтрации взаимозависима, т. е. нельзя достичь одного без достижения другого. Теоретическим основам экранирования и фильтрации посвящена обширная литература, в частности [28—32, 112, 113]. Поэтому в настоящем параграфе ограничимся изложением ряда практических рекомендаций по проектированию экранов и фильтров.

Экранирование оборудования ЦТС

Экранированию оборудования ЦТС обычно уделяется гораздо меньше внимания, чем, например, экранированию радиоэлектронной аппаратуры. Причина состоит в неверной предпосылке, что ЦТС невосприимчивы к воздействиям внешних электромагнитных полей. Поэтому нередко встречаются изделия, в которых элементы каркаса и обшивки корпуса не защищены от декоративной или антикоррозионной краски в местах стыковки, а отдельные съемные элементы корпуса не соединены между собой металлизирующими проводниками или конструкциями.

Между тем еще на стадии проектирования необходимо позаботиться о том, чтобы экономично и эффективно использовать в качестве экранов механические части конструкции изделий: каркасы стоек, обшивки, дверцы, крышки и т. п. [114]. Роль основного экрана могут взять на себя проводящие механические элементы стойки. Но внимание должно уделяться и другим частям конструкции: внешним устройствам, кабелям, фильтрам, вентиляционным и распредельным коробам, пультам, устройствам отображения, органам управления и т. д.

Для обеспечения хорошей проводимости в широком диапазоне частот части стойки должны иметь электропроводящие

покрытие на стыкующихся поверхностях. Покрытие должно быть износостойким и антикоррозионным. Приемлемые результаты дает лужение, но лучшие характеристики имеют двойные покрытия, например слой никеля, покрытый оловом. Стенки к каркасу прикрепляются винтами с межцентровыми интервалами не более 20 см с применением высокочастотных прокладок. Дверцы снабжаются фиксаторами и контактными ножами из бериллиевой бронзы.

При установке на пульты и панели органов управления и средств индикации необходимо также обеспечивать их хороший электрический контакт с проводящей поверхностью пультов. В этом смысле предпочтение следует отдавать органам управления в металлических, а не в пластмассовых корпусах. Отверстия в пультах и панелях по возможности должны быть минимального размера. Это же относится и к вентиляционным отверстиям в обшивке стоек.

Неэкранированные силовые и информационные кабели необходимо разносить при прокладке по крайней мере на 30 см. Силовые кабели желательно располагать ближе к элементам конструкции, которые «поглощают» часть излучаемой высокочастотной энергии. Информационные же желательно удалять от конструкции не менее чем на 25 мм.

Многообразие компоновок ЦТС и возможных условий их установки и работы не позволяет конструкторам предложить полное априорное решение задачи эффективного экранирования. Поэтому конструкция ЦТС должна предусматривать возможность установки дополнительных экранов в процессе наладки и эксплуатации. Критерием необходимости того или иного элемента системы экранирования являются результаты испытаний изделия на соответствие ТТ по обеспечению ЭМС.

Экранирование информационных линий связи

Экранирование информационных линий связи между отдельными устройствами комплекса ЦТС имеет целью, главным образом, защитить линии от наводок, вызванных внешними нестационарными электрическими и магнитными полями. В определенной степени экранирование связей способствует также снижению уровня напряженности поля радиопомех, создаваемых линиями связи в окружающем пространстве, но эта функция менее значима, поскольку

напряжения и токи сигналов в информационных линиях связи обычно невелики.

Как упоминалось выше, наиболее экономичным способом экранирования следует считать групповое размещение информационных кабелей в экранирующий распределительный короб. Когда такого короба не имеется, то приходится экранировать отдельные линии связи.

Для защиты линии связи от наводок, вызванных внешним переменным или импульсным электрическим полем, необходимо разместить линию в экранирующую оплетку или фольгу, заземленную в одном месте, чтобы избежать протекания по экрану токов, вызванных неэквипотенциальностью точек заземления. Впрочем, если кабель имеет протяженность более то из-за значительных паразитных емкостей между экраном и землей полностью избежать таких токов невозможно, и в этом случае допустимо заземлять кабель более чем в одной точке. Электрический экран не следует также использовать в качестве обратного провода для возвратных сигнальных токов. При заземлении электрического экрана линии связи в одной точке обычно возникает вопрос, в каком именно месте это заземление необходимо выполнить. Если источник сигнала не заземлен, а приемник заземлен, то экран линии связи следует подключать к опорному узлу логического блока устройства, в котором расположен приемник. Когда источник сигнала заземлен, а приемник не заземлен, то экран следует подключать к опорному узлу ЛБ устройства, в котором расположен источник [37]. Если заземлены источник и приемник однонаправленной линии связи, то экран обычно подключают к опорному узлу ЛБ источника. Точка заземления может быть выбрана произвольно, если линия связи является двунаправленной и все приемопередатчики заземлены.

Для защиты линии связи от наводок, вызванных внешним переменным или импульсным магнитным полем, 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 поверхности. Если линия образована двумя проводами, то их необходимо скрутить, образовав бифиляр (витую пару). Линии, выполненные из экранированного провода или коаксиального кабеля, в которых по оплетке протекает возвратный ток, также отвечают требованию минимизации площади контура

линии. Однако если существуют цепи, которые шунтируют протекание возвратного тока по обратному проводу линии, то она становится более восприимчивой к наводкам от магнитного поля. При этом восприимчивость тем больше, чем ниже частота изменения напряженности поля. Для уменьшения вероятности образования непреднамеренных шунтирующих цепей в случаях, когда обратный провод линии представляет собой оголенную оплетку, последнюю необходимо изолировать.

Наилучшую защиту одновременно от изменений напряженности электрического и магнитного полей обеспечивают информационные линии связи типа экранированного бифиляра, трифиляра (трех скрученных вместе проводов, из которых один используется в качестве электрического экрана), триаксиального кабеля (изолированного коаксиального кабеля, помещенного в электрический экран), экранированного плоского кабеля (плоского многопроводного кабеля, покрытого с одной или обеих сторон медной фольгой).

Сетевые фильтры

Сетевые фильтры в ЦТС выполняют две функции: защищают аппаратуру ЦТС от внешних импульсных помех из сети питания и саму сеть питания от радиопомех, создаваемых аппаратурой ЦТС. Фильтры обычно представляют собой Т- или П-образные -звенья, включаемые в разрыв фазных и нулевого проводов питания. При проектировании фильтра необходимо учитывать следующее. При больших токах потребления нельзя применять большие значения индуктивностей во избежание недопустимо большого падения напряжения на фильтре. Но малые значения индуктивностей влекут за собой необходимость в применении конденсаторов с большими значениями емкостей между фазами и корпусом фильтра. Последнее обусловливает появление недопустимо больших токов утечки и ложное срабатывание токовой защиты в Моменты включения ЦТС из-за бросков зарядных токов. Кроме того, учитывая общую тенденцию по микроминиатюризации, следует применять фильтры также небольших габаритов.

В этой связи в сетевых фильтрах применяют малогабаритные режекторные дроссели, обеспечивающие весьма большую индуктивность ) для несимметричных напряжений помех. В то же время их индуктивность для симметричных напряжений, в том числе и напряжения

Рис. 8.5. Схема трехфазного сетевого фильтра с режекторным дросселем: МОм

Рис. 8.6. Схема однофазного сетевого фильтра с режекторным дросселем: МОм

питания, равна весьма малой индуктивности рассеяния. Большая индуктивность дросселя дает возможность снизить емкости конденсаторов фаза — корпус до Для иллюстрации на рис. 8.5 и 8.6 приведены схемы такого рода трехфазного и однофазного фильтров.

Трехфазный фильтр размещен в металлическом кожухе, разбитом на два экранированных отсека. В сетевом отсеке между фазными и нулевым проводами расположены конденсаторы большой емкости , обеспечивающие ослабление симметричных напряжений помех. В нагрузочном отсеке расположены такие же конденсаторы конденсатор малой емкости с нулевого провода на корпус, режекторный дроссель, выполненный на ферритовом кольце без зазора, и разрядные резисторы R. Переход из отсека в отсек осуществлен через проходные конденсаторы малой емкости Конденсатор служит для предотвращения срабатывания схем защиты от короткого замыкания из-за скачков тока при включении питания ЦТС. Разрядные резисторы служат для предотвращения разбаланса напряжений на входах нагрузки и появления тока утечки из-за изменения зарядов при отключении фильтра от сети.

Описанная схема обеспечивает ослабление радиопомех, поступающих из нагрузки в сеть, не менее чем на 40 дБ в диапазоне частот МГц [115].

Примерно такими же характеристиками ослабления обладает и однофазный фильтр, схема которого приведена на рис. 8.6.