Заземление экрана контрольного кабеля с двух сторон

Когда речь заходит о заземлении экрана контрольного кабеля с двух сторон, в головах у многих сразу возникает картинка из учебника: просто соединил оба конца с землёй — и порядок. Но на практике это одна из тех тем, где кажущаяся простота оборачивается наводками, ложными срабатываниями защиты или даже повреждением аппаратуры. Сам сталкивался с ситуациями, когда ?правильное? по схеме решение на объекте приводило к гулу на 50 Гц в аналоговых цепях. Почему так? Давайте разбираться без воды.

Теория против реальности: зачем вообще экран и заземление?

Экран в контрольном кабеле — это не просто оплётка или фольга. Его задача — защитить чувствительные сигнальные жилы от электромагнитных помех, особенно в промышленных условиях рядом с силовыми линиями, частотными преобразователями. Идея заземления с двух сторон в теории создаёт замкнутый контур для токов помех, которые должны уходить на землю. Но здесь кроется первый подводный камень: если разность потенциалов между точками заземления значительна (а на протяжённых или разнородных грунтах это обычное дело), по экрану начинает течь уравнительный ток. Это уже не помеха, а реальный ток, который сам становится источником наводки.

Вспоминаю проект на подстанции, где для цепей телемеханики проложили контрольный кабель КВВГ с медным экраном. Заземлили с двух сторон согласно проекту — на стороне релейного щита и на стороне датчиков. Через неделю эксплуатации начались сбои в передаче данных. Оказалось, из-за блуждающих токов в земле разность потенциалов достигала нескольких вольт, по экрану текли десятки миллиампер. Сигнал ?плавал?. Пришлось переходить на одностороннее заземление в одной точке, но с дополнительным уравниванием потенциалов по земле. Это типичный пример, когда слепое следование общему правилу без оценки конкретных условий заводит в тупик.

Кстати, о кабелях. Не каждый контрольный кабель одинаково хорошо подходит для такого решения. Например, продукция вроде той, что предлагает ООО ?Цинъян Чаосинь Кабель? на своём сайте cxdl.ru, включает в ассортименте различные контрольные кабели. В их описании продукции можно найти кабели для систем автоматики, но при выборе важно смотреть не только на сечение жил, но и на конструкцию экрана: сплошная фольга, оплётка, комбинация. Оплётка обычно лучше для частого изгиба и обеспечивает более надёжный контакт для заземления, что критично для двусторонней схемы.

Одностороннее или двустороннее? Критерии выбора на месте

Так когда же заземление экрана контрольного кабеля с двух сторон оправдано? Из своего опыта вывел несколько эмпирических правил. Во-первых, это высокочастотные помехи. Если основной источник — это ВЧ-наводки от преобразователей или радиопередатчиков, двустороннее заземление экрана работает как клетка Фарадея, эффективно экранируя. Но длина кабеля при этом не должна быть большой, чтобы минимизировать разность потенциалов. Условно, до 50-70 метров. Во-вторых, это цепи, где критична безопасность и требуется отвод статики или токов короткого замыкания. Но тут уже встаёт вопрос о сечении экрана.

Одностороннее заземление — это классика для аналоговых сигналов низкого уровня (термопары, датчики давления). Заземляем только со стороны приёмника. Таким образом, исключается контур для циркулирующих токов. Но есть нюанс: ?свободный? конец экрана становится антенной, если его не изолировать. Видел, как монтажники просто отрезали и заизолировали оплётку на одном конце — вроде логично. Но через полгода в сыром тоннеле изоляция деградировала, экран коснулся конструкции, и снова появилась наводка. Правильнее либо использовать кабель с изолированным экраном (есть такие), либо надёжно изолировать конец термоусадкой, причём с запасом.

Часто решение диктует производитель оборудования. В инструкциях к импортным PLC или системам сбора данных чётко пишут: ?экран — земля в одной точке?. Игнорировать это — значит лишиться гарантии. Но что делать, если кабель проходит через зону с сильным магнитным полем? Один раз поставил дополнительный ферритовый кольцевой фильтр на кабель рядом с приёмником, когда перейти на одностороннее заземление не позволяла обстановка. Помогло, но это костыль, а не система.

Техника выполнения: не только ?прикрутить?

Допустим, решение о двустороннем заземлении принято. Как выполнить? Главное — обеспечить низкоомное соединение по всей длине контура. Если экран из фольги с дренажной жилой — заземляем именно эту жилу, причём с двух концов. Если медная оплётка — используем обжимные гильзы или специальные коннекторы для экрана, а не просто скрутку под болт. Последнее особенно важно для вибрационных условий, например, на мостовых кранах или возле насосов. Скрутка со временем ослабнет, сопротивление возрастёт, экран перестанет работать.

На одном из объектов по автоматизации котельной использовали кабели, по характеристикам похожие на те, что в каталоге ООО ?Цинъян Чаосинь Кабель? (их спектр, кстати, включает и огнестойкие кабели, что для таких объектов актуально). Там был кабель с алюмополимерной лентой и медной оплёткой. Проектанты указали заземление оплётки. Но при монтаже выяснилось, что оплётка на конце рассыпается, сделать качественный контакт сложно. Пришлось на месте применять токопроводящую пасту и термоусаживаемые трубки с клеевым слоем, чтобы обеспечить и контакт, и защиту от окисления. Это к вопросу о том, что специфика кабеля иногда вносит коррективы даже в прописанную технологию.

Ещё один момент — куда именно заводить провод заземления экрана. Лучшая практика — на отдельную шину заземления измерительных цепей (аналоговую землю) в шкафу управления, а от неё — уже на главную заземляющую шину. Ни в коем случае не кидать его на общий болт корпуса вместе с силовыми заземлениями. Шум гарантирован. В идеале, сечение проводника заземления экрана должно быть не меньше сечения самого экрана.

Диагностика проблем: как понять, что заземление сделано плохо?

Признаки некачественного или ошибочного заземления экрана контрольного кабеля с двух сторон часто косвенные. Самый простой индикатор для аналоговых 4-20 мА — это нестабильность показаний, дрейф нуля, особенно при запуске соседнего мощного оборудования. Для цифровых интерфейсов (RS-485, например) — это увеличение количества ошибок в протоколе, самопроизвольные перезагрузки ведомых устройств.

Берём мультиметр и измеряем напряжение переменного тока между экраном кабеля и точкой заземления на обоих концах при отключённой нагрузке. Если видим больше пары вольт — это красный флаг. Значит, потенциалы разные, и при соединении пойдёт ток. Дальше можно попробовать измерить ток, в разрыв цепи экрана включив тестер в режиме амперметра. Но делать это нужно осторожно, на обесточенных цепях управления.

Был случай на конвейерной линии, где датчики положения подключались многожильным контрольным кабелем. Сигналы ?прыгали?. Проверили — экран заземлён с двух сторон, всё по схеме. Но при детальном осмотре обнаружили, что в одном шкафу провод от экрана был прикручен к шине длинным болтом, поверх которого были навешаны ещё десяток других соединений. Фактически, контакт был плохой. Зачистили место контакта, поставили отдельный болт с зубчатой шайбой — проблема ушла. Иногда всё решает мелочь.

Заключительные мысли: не догма, а инструмент

Итак, заземление экрана контрольного кабеля с двух сторон — это не универсальная панацея, а один из инструментов в борьбе с помехами. Его применение требует понимания физики процесса, оценки конкретной электромагнитной обстановки и конструкции кабеля. Слепо применять его везде, где есть экран, — ошибка. Так же, как и всегда избегать из-за страха контурных токов.

При выборе кабеля для ответственных систем автоматики, где вопрос экранирования стоит остро, стоит обращаться к специализированным производителям. Например, изучая предложения на cxdl.ru, можно подобрать контрольный кабель с нужным типом экрана — будь то для стандартных задач или для специальных применений в фотоэлектрических системах, где также есть свои требования к помехозащищённости.

Главный вывод, который можно сделать после множества объектов: нет замены грамотным измерениям на месте до начала монтажа и после него. А также здравому смыслу, который подсказывает, что если на объекте исторически проблемы с контуром заземления, то начинать нужно с его исправления, а не с экспериментов над экранами сигнальных кабелей. Всё остальное — уже техника исполнения.