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電屏蔽

鎖定
利用導電材料接地抑制共地電路之間電場耦合干擾的屏蔽措施。在兩個共地電路之間用接地的屏蔽盒、殼或板隔開，處於高電位的電路所產生的電場受到屏蔽體的遮擋，在屏蔽體上所感應的電荷經接地點入地，從而抑制了電場的耦合干擾 [1]  。
中文名
電屏蔽
外文名
electric shielding
同    義
電場屏蔽
必要條件
合適的金屬體和良好的接地
作    用
防止高壓場強對元件的干擾
屏蔽材料
導電性能好的銅、鋁或薄鋼板等

目錄

  1. 1 簡介
  2. 2 原理
  3. 3 屏蔽體
  4. 4 屏蔽條件
  5. 5 屏蔽方式比較

電屏蔽簡介

一個空心的密封的金屬盒，放入電場中，無論盒外的電場強度如何，盒內都沒有電場，可視盒內電場為零，整個金屬盒是一個等熱體，此現象是1836年英國物理學家法拉第發現的，稱為電場屏蔽。這個空心的密封金屬盒也叫法拉第籠。 [2] 
電屏蔽是為了防止高壓場強對元件的干擾。電屏蔽的設計原理是用屏蔽體來儘量減小干擾源和感受器之間的分佈電容，從而減小干擾源對感受器的影響。
電屏蔽是切斷電容性電磁耦合的一種措施，一般使用在變壓器繞組之間屏蔽、印刷電路板線路的屏蔽以及電纜線屏蔽等場合。 [3] 
電屏蔽具有能改變磁力線的彎曲方向、易加工及形狀好控制等特點。 [4] 

電屏蔽原理

直流大電流傳感器中的銅屏蔽層既能屏蔽高頻磁場的干擾,也能屏蔽電場干擾。干擾源A所產生的電力線對檢測鐵芯B的作用,可認為是通過兩者間的電容耦合引起的。為了減小A對B的干擾,可在A/B間加銅屏蔽層S。
首先假定金屬板S不接地,為分析方便,忽略AB間的剩餘電容/1C 。在AB間加入銅屏蔽層後，B點的感應電壓有時候可能比無屏蔽時更大。當屏蔽體離地較遠，使C3>>C4 。因為屏蔽體與檢測鐵心間的分佈電容大於AB間原有的分佈電容，即C5>C1，所以UBS〉UB。
可見此刻屏蔽體不僅沒有屏蔽作用,反而加強了干擾源A與檢測鐵心B間的耦合。如果把銅屏蔽層良好接地,就可認為C4≈∞，US≈0,因此 UBS≈0，即獲得良好的屏蔽效能。
實際上由於銅屏蔽層不是無限大，在AB間總還存在剩餘電容/1C ,由於/1C的作用,屏蔽後在B上的感應電壓UBS為：
從場的觀點看，電屏蔽的實質是干擾源發出的電力線被中止於屏蔽體，從而切斷了干擾源與感受器之間電力線的交連；從電路的觀點分析，屏蔽體起着減小干擾源和檢測鐵心之間分佈電容的作用。 [5] 

電屏蔽屏蔽體

為了減少剩餘電容，對屏蔽體的形狀應有要求，屏蔽體做成殼體比平板要好，密封殼體比開窗孔的殼體好，例如，變壓器初次級間電屏蔽效果，封閉優於外折屏蔽、外折屏蔽優於帶狀屏蔽。 [3] 
屏蔽體的材料應選擇導電性能良好的銅鋁和鎂等導體。在高頻時，屏蔽體表面還應鍍銀層。 [3] 
變壓器電屏蔽是利用渦流的反磁作用原理來實現屏蔽的。電磁作用相當於“堵”磁。典型的設計採用 4~6 mm 厚銅板或 7~8mm 鋁板製作，加工成與所屏蔽位置一致的形狀。 [4] 
屏蔽服是電場屏蔽的具體應用。等電位帶電作業時，一般用很細的導電銅絲或導電纖維與其他纖維混紡做成衣服、鞋帽、手套、襪子，並使之成為一體構成屏蔽服。 [2] 

電屏蔽屏蔽條件

良好的電屏蔽設計，應保證電屏蔽體必須有良好的接地，否則干擾比不加電屏蔽前更嚴重。一般要求屏蔽體與地的接觸電阻小於2毫歐，在嚴格場合要求小於0.5毫歐，並且應使屏蔽體的接地點靠近被屏蔽元件的地點。 [3] 
電場屏蔽的屏蔽體用良導體制作，並有良好的接地。這樣就把電場中止於導體表面，並通過地線中和導體表面上的感應電荷，從而防止由靜電耦合產生的相互干擾。電場屏蔽無論對高頻還是低頻的靜電感應都有效果,屏蔽材料要求導電性能好,銅、鋁或薄鋼板等均可。屏蔽電場其必要條件是合適的金屬體和良好的接地。 [5] 

電屏蔽屏蔽方式比較

屏蔽按其機理分為電屏蔽（主要指靜電場和交變電場屏蔽）、磁屏蔽（靜磁場及交變磁場屏蔽）及電磁屏蔽（指電磁波屏蔽）。電屏蔽的設計原理是用屏蔽體來儘量減小干擾源和感受器之間的分佈電容，從而減小干擾源對感受器的影響。磁屏蔽的機理主要是依賴高磁導率材料所具有的小磁阻起到磁分路作用，減小屏蔽體內部空間的磁場。電磁屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種方法。其屏蔽效能（SE ）由3 部分組成，一是電磁波通過屏蔽體表面時，由阻抗突變引起的電磁波的反射損耗（R ）；二是電磁波在屏蔽體內部傳輸時，電磁能量被吸收的損耗（A ）；三是電磁波在屏蔽體的兩個界面間多次反射時需考慮的多次反射修正係數（B ）。
從 20 世紀 70 年代，設計者轉而採用磁屏蔽，磁屏蔽通常是在油箱箱壁內側鋪設各向異性的硅鋼片，由於硅鋼片的高導磁性能，吸引漏磁通進入磁屏蔽中，從而減少了進入油箱壁中的磁場分量，相應減小箱壁中的渦流損耗，其電磁作用相當於“導”磁。
電屏蔽和磁屏蔽是大型變壓器中減少雜散損耗和避免熱點的常用方法。綜合電磁設計、應用經驗和可能發熱的角度來看磁屏蔽比電屏蔽效果更好，更安全，更能有效的解決問題。
為了降低油箱的渦流損耗及防止局部過熱，通常對變壓器漏磁場採取屏蔽措施，屏蔽方式有兩種，一種是用高導磁材料對油箱壁進行屏蔽，稱為磁屏蔽；另一種是用高導電材料對油箱壁進行屏蔽，稱為電屏蔽。 [6] 
電屏蔽必然要產生渦流損耗，同時被其阻止的磁通也加重了對其他構件的漏磁危害。鑑於其形狀好控制的特點，在不利於磁屏蔽敷設的情況下必須用到電屏蔽。在有些情況甚至要採用磁屏蔽和電屏蔽的組合結構。但是，無論哪種屏蔽方式，如果放置不當或屏蔽的結構尺寸不當，漏磁集中會使金屬結構件渦流損耗過高，變壓器局部過熱，使金屬結構件熱點温升超標，變壓器產氣，甚至造成變壓器事故。 [4] 
參考資料
  • 1.    《通信機世界》報社 編;李進良,伍碧珊 主編.移動通信詞典.成都：電子科技術大學出版社.1996.第63頁.
  • 2.    湯大勇. 帶電作業技術中的電氣絕緣與電場屏蔽[J]. 湘電培訓與教學, 2008, 18(6):42-45.
  • 3.    秦鈺. 談談可靠性設計(五)[J]. 醫療衞生裝備,1992,(02):34-37.
  • 4.    王曉磊, 張俊傑, 劉蘭榮. 大型變壓器中電和磁屏蔽應用的對比分析[J]. 電氣製造, 2014(11):36-37.
  • 5.    王曉蔚. 直流大電流傳感器屏蔽問題的分析與研究[D]. 華中科技大學, 2007.
  • 6.    劉新顏, 侯義明, 鄭贊,等. 變壓器油箱磁屏蔽佈置方式優化[J]. 電氣製造, 2014(2):70-72.