不同种类电缆的隔离方式

在一个机柜内部使用的电缆应该根据IEC 61000-5-2：1997所提供的指导原则分成4个不同类别。它们分别是：

1类电缆：它们是携载非常敏感电源和信号的导体。比如传感器的毫伏级输出以及无线电接收机天线等这类携载低电平模拟信号的电缆就属于1A类电缆。高数据率的数字通信电缆，比如以太网电缆则属于1B类电缆。1A类和1B类电缆不应被集束（捆绑）在一起，虽然这两类电缆可以在各自集束后邻近的布线。

所有的1类电缆不仅都应该在它们的整个长度上使用全屏蔽电缆和连接器，而且在它们的两端都应该采用完整的360°搭接方式完成搭接。（请参阅本书第1篇第2章的讨论）。非屏蔽的双绞线是最为常用的以太网和相类似的数据电缆。但就获得满数据率和EMC性能方面来讲，它们不如其他技术指标与其相同的屏蔽的双绞线来得好。

2类电缆：它们是携载较为敏感电源和信号的导体。比如普通的模拟信号电缆（例如4～20mA，0～10V以及在1MHz以下频率的信号）、低数据率数字通信（比如RS422、RS485）信号电缆、数字输入和输出（即像来自限制开关、编码器和按钮开关的非串行或并行数据通信的开关信号）电缆就是几个典型的例子。

3类电缆：它们是携载稍有骚扰的电源或信号电缆。比如低压AC分配电缆（<1kV）或DC电源电缆（比如，48V的电通信电源）就都归属于这个类别。对于归属于这个类别的上述两类电缆的一个要求是，不能使用它们为噪扰的装置供电。对于那些还要向噪扰设备供电的电缆，可以通过正确的应用滤波技术将其从4类电缆转换为3类电缆（这里所指的不是那些一般的可有可无的滤波技术。请参阅本书第1篇第3章的讨论）。

3类电缆还包括用于带有电阻和电感负载控制电路在内的电缆。但必须是负载中的感性成分被抑制的场合（比如继电器的激磁线圈、接触器、螺线管、执行机构、阀门等）；直接在线（DOL）AC电机以及所谓的无火花或薄饼状扁平DC电机等。

4类电缆：它们是被保留用于带有很强骚扰能力的电源和信号的电缆。这类电缆包括用于所有连接到或来自AC变速电机驱动装置的电源输入和输出频率转换器；AC/AC和AC/DC电源转换器以及它们的DC连接和DC/DC电源转换器等电缆。4类电缆也适用于与电焊机；RF设备（比如塑料熔焊机、木制品黏结机、高频设备、微波烘干和微波炉）；DC电机或集电环以及类似的与噪扰装置相关联的电缆。向RF发射天线馈电的电缆以及未抑制电感负载电缆也归属于4类电缆。所有的4类电缆都应该是在它的整个长度上使用以360°屏蔽方式完成屏蔽的屏蔽电缆和它的屏蔽连接器（请参阅本书第1篇第2章的讨论）。

由于在AC变速电机驱动装置中使用的开关电源的电子电路；频率转换器；AC/DC电源转换器；DC/DC电源转换器和类似的装置（包括大多数类型的不间断电源）等都会在它们的电源输入和输出上产生电平非常高的RF噪声，所以，在缺乏任何EMC测试数据的情况下，我们总是将它们归类于4类电缆。然而它们的输入和输出电缆则可能通过采用正确的滤波技术而降级到使用3类，甚至2类电缆。

大多数以带有罩壳的组件或模块形式出现的DC电源都会内置有输入和输出滤波器在内。并且它们的制造厂商通常都会声称：它们的电源完全符合相应的发射标准（通常是指CISPR22、EN55022、EN/IEC61000-6-3或EN/IEC 61000-6-4）。由于各种不同类型开关电源转换器的AC电源输入的外置滤波器可以从许多不同制造厂商获得，所以倘若滤波器并未结合在它们的单元内的话，信誉良好的供应商通常都会向它们的用户推荐应该采用由那个制造厂商生产的，什么型号的滤波器。以确保它们能够符合所要测试的相应AC电源发射标准。还有些制造厂商生产适合安装在开关电源转换器输出端的滤波器，并通过这类滤波器来去掉最为严重的RF噪声或将输出波形转换成正弦波或DC（如果适用的话），以达到在相当程度上净化输出的目的。

大多数AC变速电机驱动装置制造厂商都会规定它们的电机电缆必须使用在电缆屏蔽两端均要完成360°搭接的特定屏蔽电缆。但当电机驱动装置安装有相应的正弦波输出滤波器时，它们的电机电缆则可以按3类电缆处理。但从整体上来讲，通常都要求在能够形成足够的经济效益和对EMC性能上有重大改善条件下才会考虑安装使用正弦波输出滤波器。安装使用正弦波输出滤波器的好处是，在最终安装中可以避免使用屏蔽的4类电缆以及降低或消除对它们布线间的分隔要求。

在机柜内部，所有不同类别电缆之间在任何时候都应该保持一定的物理上的分隔距离。正如在图3-5-15中所示，在较长的并排布线情况下，它们之间的间隔距离不应该小于100mm。并在可能的情况下，它们与RF参考间的距离应尽可能的小。假如不同类别的电缆必须相互交叉，它们必须以正交（90°）的方式完成这种交叉。在机柜外部并排布线的电缆间的间隔距离应该更大。图3-5-15中的下部所示的就是各类外部电缆之间所应该具有的最小间距。但在采用良好EMC技术条件下构成的系统和设备则不受到这个原则的支配。此时，应按照文献（Tim Williams，Keith Armstrong.“EMC for Systems and Installations”，Newnes，2000）所介绍的技术进行。(www.xing528.com)

图3-5-15 产品内部所推荐采用的最小电缆类别间间距

a）产品内部 b）产品外部

前面所介绍的分类方法是按照电缆导体内所携载的电源和信号来进行的。但很有可能还有必要进一步根据其他一些附加因素来增加导体的分类或等级。例如许多现代电子器件具有的I/O信号，用EMC述语来讲是相对良好的干净信号（比如音频输出、来自按键的输入、热耦合输入、指示器灯的输出）。但往往容易忽略的是，在一个单元的内部存在有数字处理或开关电源转换过程时，会使这些I/O很可能携载很高电平的，与它本身运行无关的，但却具有明显的RF成分的CM噪声。数字时钟和数据总线的谐波通常是主要的肇事者。它们经常会引起表面上看起来携载的是非常安全（良好）信号的导体向它的周围发射数百兆赫频率的噪扰信号。

图3-5-16中所显示的是一些自制的近场探头和低成本的，便携式频谱分析仪。在本书后面第4篇的第1章和第2章中将会对它们的使用方法进行描述。这类简便工具的采用可以在项目的早期就帮助我们发现上述的和类似上述的问题。它们还可以用来帮助我们选择使用具有较少EMC问题的工业元器件或帮助我们选择使用适用类型的屏蔽电缆、连接器、滤波器以及用于抑制CM噪声的钳夹式铁氧体扼流圈等。通过这样的选择可以将属于同一类别的电缆放心地集束在一起而不必担心会引起干扰。

图3-5-16 频谱分析仪和近场探头

出现在现代工业系统设备中的另一个问题是无线电发射天线往往会作为产品的一个组件已经结合在现代的工业系统设备中。所以电缆暴露在这类无线电发射天线附近的强RF场中已是无法避免的事实。这类无线电发射器件包括有诸如GSM、GPRS、Wi-Fi、Bluetooth、3G或其他无线电发射器件。电缆不可避免地暴露在功率强大的RF场中的场合，还包括有来自无线电或TV广播台站、手提式步话机、车载通信系统、RF生产设备（比如感应炉、介质加热器、焊料熔焊机或封塑机、微波干燥器材等）。所以上述这些对进出一个机柜的电缆而言都是一个相当棘手的问题。除此之外，这些电缆还会暴露在无法控制的或无法预料的外部的EM环境中。这个问题必须采用相关文献所推荐的办法先对外部EM环境评估。然后根据评估结果，选用适当类型的电缆和连接器或滤波技术。从而使暴露在这些场中的电缆在与其他相同类别的电缆集束在一起时不会引起相互干扰。

前面所推荐采用的不同类别电缆间的间隔距离（如图3-5-15所示）是基于若干个假定的情况下所形成的。这些假定包括有所选用电缆的类型、电缆所连接的电气/电子单元中的电路以及技术人员的实际经验等。因此讲，它们的（间隔距离）最多只是一些非常粗略的指导值而已。决不能期望它们在所有个案中都是恰当的。将电缆分类等级增加到5个、6个、甚至更多或增加并行布线电缆间的间距以及将它们尽量靠近RF参考布线等方法都会改善所形成产品的EM性能。并且产品的EM性能通常都会优于通过使用上述的固定粗略指导值所获得的性能。

正如前面所讨论的，使用近场探头和频谱分析仪来对电缆进行实际测试将会大大有助于我们（当它们按设计要求在具有实际电源/信号和负载条件下运行时）摆脱对整个问题的粗略猜测的依赖。并且，一般来讲，这个实际测试方法也是我们对供应商声称它们的产品满足和符合所规定的EM技术标准做出判断的最佳实践方法。