轉移阻抗與編織參數關系的分析

余 翔

(廣東產品質量監督檢驗研究院，廣東 廣州510330)

0 引言

電纜屏蔽層的主要作用是屏蔽和均化電磁場，消除線纜內部各線芯間的干擾以及對外界的輻射。隨著線纜技術的快速發展，工作電壓和工作頻率越來越高，電容耦合和電磁輻射隨之產生，電磁干擾的產生對電纜的屏蔽性能提出了更高的要求。

三同軸測試方法是一種既可以測量同軸電纜又可以測量對稱和屏蔽多芯電纜轉移阻抗的試驗方法。IEC 62153－4－3:2000中有兩種測試轉移阻抗的方法，匹配短路法和雙短路法。

本文介紹三同軸雙短路法測試轉移阻抗的測試原理及測試裝置，分析了編織屏蔽線纜中編織參數的變化對轉移阻抗性能的影響。

1 轉移阻抗的定義

轉移阻抗ZT是指在單位長度的電纜中，從被干擾系統沿屏蔽層測得的電壓(U2)與干擾系統中流過的電流(I1)之比。

式中，Lc為耦合長度，即同軸管內測試夾具間的電纜長度。

定義表明轉移阻抗與長度有關。轉移阻抗越小，表明線纜屏蔽性能越好。圖1為三同軸雙短路法測試裝置的示意圖。

圖1 三同軸雙短路法示意圖

根據電磁耦合機理，編織型電纜的轉移阻抗由三部分組成:其一，編織層上電流的散射作用產生的阻抗;其二，編織小孔電感產生的阻抗;其三，編織電感產生的阻抗，其中前者在低頻時所占份額大，后二者在高頻時所占份額大。三同軸測量方法適應頻率范圍30 MHz以下(樣品長度1 m)以及頻率范圍100 MHz以下(樣品長度0.3 m)。三同軸裝置實物見圖2。最大耦合長度與最高測試頻率有以下關系:

式中，Lc，max為最大耦合長度;fmax為最高測試頻率;εr1為電纜相對介電常數。

圖2 三同軸裝置實物圖

2 轉移阻抗與編織密度的關系

根據轉移阻抗的理論公式可知，電壓U2是從匹配外電路上感應的縱向電壓，電流I1是饋入內電路的電流。不論是外電路的感應還是內電路的影響，都與線纜屏蔽性能有直接的關系。

屏蔽層的編織(或纏繞)密度用百分數表示，按下式計算:

式中，K為編織密度(%);Kf為單向覆蓋系數;L為編織節距;d為編織線直徑或編織帶厚度;D為屏蔽層直徑(絕緣外徑+2dw);m為錠子總數;n為每錠根數;對于帶子編織，W為帶子寬度，對于圓線編織，W=nd;θ為編織角，θ=arctg(πD/L)。

以下試驗數據均為型號60227 IEC 74(RVVYP)300/500V不同規格的樣品在頻率f=30 MHz下測試所得。

在錠子總數、每錠根數、編織節距一定的情況下，隨著編織密度的增大，屏蔽效應的增強，轉移阻抗減小(見圖3)。

3 轉移阻抗與編織參數的關系

根據編織密度公式，結合測試數據圖表來分析改變編織參數對轉移阻抗的影響。

轉移阻抗與編織角的關系見圖4，采用的電纜參數為m=24，n=9，d=0.143 mm，D=8.75 mm，f=30 MHz。從圖4中可以看出，當編織角在45°時，轉移阻抗值最小，這是因為編織電感和小孔耦合電感的符號相反，在45°時的數值又相等。當編織角大于45°時，編織電感和小孔耦合電感符號又相同了，所以轉移阻抗隨編織角增大很快，因此企業在生產過程中要注意控制好編織角度，通常角度應小于45°為好。

圖3 轉移阻抗與編織密度K的關系

圖4 轉移阻抗與編織角的關系

轉移阻抗與錠子總數的關系見圖5，采用的電纜參數為n=9，d=0.143 mm，D=10.36 mm，f=30 MHz，L=66.68 mm。由圖5可以看出，當其它幾個參數不變的情況下，轉移阻抗隨著錠子總數的增加而減小。也可以認為錠子總數增大，使得在同參數情況下，由此計算得到的編織密度K變大，屏蔽效果更好，這和圖3試驗結果相吻合。

圖5 轉移阻抗與錠子總數的關系

轉移阻抗與每錠根數的關系見圖6，采用的電纜參數為m=24，d=0.143 mm，L=65.28 mm，f=30 MHz。從圖6可以看出當每錠根數變化時，轉移阻抗的變化規律。根數的增加雖然小孔電感減小，但是由此帶來的編織電感增長地更快，綜合在一起就表現出，轉移阻抗隨著每錠根數的增加而增大，因此合理地選擇每錠根數既可以控制生產成本，又可以控制編織屏蔽電纜的轉移阻抗。

轉移阻抗與編織單絲直徑的關系見圖7，采用的電纜參數為m=22，n=9，L=57.96 mm，D=9.25 mm，f=30 MHz。由圖7可知，隨著編織線的單絲直徑的增大，轉移阻抗也隨之增大。

圖6 轉移阻抗與每錠根數的關系

圖7 轉移阻抗與單絲直徑的關系

在實際生產過程中通常是改變編織密度計算公式中的某幾個參數來實現對編織屏蔽電纜轉移阻抗的控制。從圖4～圖7可知，編織屏蔽電纜的轉移阻抗隨著每錠根數、單絲直徑增大而增大;隨著錠子總數的增大而減小;當編織角大于45°時，轉移阻抗隨著編織角的增大而增大。通常可以通過控制編織節距來控制編織角度。由此，為了減小轉移阻抗，可以增大錠子總數;減小每錠根數和單絲直徑;適當控制編織節距和編織角度。

4 結束語

根據編織密度計算公式，并結合網絡分析儀的試驗測試，分析了各編織參數與編織屏蔽電纜轉移阻抗的關系，有助于生產企業更好地控制編織屏蔽電纜的轉移阻抗，進一步提高產品質量。

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