電屏蔽

為了減少剩余電容，對(duì)屏蔽體的形狀應(yīng)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(jí)間電屏蔽效果，封閉優(yōu)于外折屏蔽、外折屏蔽優(yōu)于帶狀屏蔽。

屏蔽體的材料應(yīng)選擇導(dǎo)電性能良好的銅鋁和鎂等導(dǎo)體。在高頻時(shí)，屏蔽體表面還應(yīng)鍍銀層。

變壓器電屏蔽是利用渦流的反磁作用原理來實(shí)現(xiàn)屏蔽的。電磁作用相當(dāng)于“堵”磁。典型的設(shè)計(jì)采用 4~6 mm 厚銅板或 7~8mm 鋁板制作，加工成與所屏蔽位置一致的形狀。

屏蔽服是電場(chǎng)屏蔽的具體應(yīng)用。等電位帶電作業(yè)時(shí)，一般用很細(xì)的導(dǎo)電銅絲或?qū)щ娎w維與其他纖維混紡做成衣服、鞋帽、手套、襪子，并使之成為一體構(gòu)成屏蔽服。

良好的電屏蔽設(shè)計(jì)，應(yīng)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(yán)重。一般要求屏蔽體與地的接觸電阻小于2毫歐，在嚴(yán)格場(chǎng)合要求小于0.5毫歐，并且應(yīng)使屏蔽體的接地點(diǎn)靠近被屏蔽元件的地點(diǎn)。

電場(chǎng)屏蔽的屏蔽體用良導(dǎo)體制作，并有良好的接地。這樣就把電場(chǎng)中止于導(dǎo)體表面，并通過地線中和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷，從而防止由靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。電場(chǎng)屏蔽無論對(duì)高頻還是低頻的靜電感應(yīng)都有效果,屏蔽材料要求導(dǎo)電性能好,銅、鋁或薄鋼板等均可。屏蔽電場(chǎng)其必要條件是合適的金屬體和良好的接地。

一個(gè)空心的密封的金屬盒，放入電場(chǎng)中，無論盒外的電場(chǎng)強(qiáng)度如何，盒內(nèi)都沒有電場(chǎng)，可視盒內(nèi)電場(chǎng)為零，整個(gè)金屬盒是一個(gè)等熱體，此現(xiàn)象是1836年英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的，稱為電場(chǎng)屏蔽。這個(gè)空心的密封金屬盒也叫法拉第籠。

電屏蔽是為了防止高壓場(chǎng)強(qiáng)對(duì)元件的干擾。電屏蔽的設(shè)計(jì)原理是用屏蔽體來盡量減小干擾源和感受器之間的分布電容，從而減小干擾源對(duì)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(chǎng)合。

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(diǎn)。

直流大電流傳感器中的銅屏蔽層既能屏蔽高頻磁場(chǎng)的干擾,也能屏蔽電場(chǎng)干擾。干擾源A所產(chǎn)生的電力線對(duì)檢測(cè)鐵芯B的作用,可認(rèn)為是通過兩者間的電容耦合引起的。為了減小A對(duì)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間的剩余電容/1C 。在AB間加入銅屏蔽層后，B點(diǎn)的感應(yīng)電壓有時(shí)候可能比無屏蔽時(shí)更大。當(dāng)屏蔽體離地較遠(yuǎn)，使C₃>>C₄ 。因?yàn)槠帘误w與檢測(cè)鐵心間的分布電容大于AB間原有的分布電容，即C₅>C₁，所以U_BS〉U_B。

可見此刻屏蔽體不僅沒有屏蔽作用,反而加強(qiáng)了干擾源A與檢測(cè)鐵心B間的耦合。如果把銅屏蔽層良好接地,就可認(rèn)為C₄≈∞，U_S≈0,因此 U_BS≈0，即獲得良好的屏蔽效能。

實(shí)際上由于銅屏蔽層不是無限大，在AB間總還存在剩余電容/1C ,由于/1C的作用,屏蔽后在B上的感應(yīng)電壓U_BS為：

從場(chǎng)的觀點(diǎn)看，電屏蔽的實(shí)質(zhì)是干擾源發(fā)出的電力線被中止于屏蔽體，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(diǎn)分析，屏蔽體起著減小干擾源和檢測(cè)鐵心之間分布電容的作用。

屏蔽按其機(jī)理分為電屏蔽（主要指靜電場(chǎng)和交變電場(chǎng)屏蔽）、磁屏蔽（靜磁場(chǎng)及交變磁場(chǎng)屏蔽）及電磁屏蔽（指電磁波屏蔽）。電屏蔽的設(shè)計(jì)原理是用屏蔽體來盡量減小干擾源和感受器之間的分布電容，從而減小干擾源對(duì)感受器的影響。磁屏蔽的機(jī)理主要是依賴高磁導(dǎo)率材料所具有的小磁阻起到磁分路作用，減小屏蔽體內(nèi)部空間的磁場(chǎng)。電磁屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)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(shí)，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(nèi)部傳輸時(shí)，電磁能量被吸收的損耗（A ）；三是電磁波在屏蔽體的兩個(gè)界面間多次反射時(shí)需考慮的多次反射修正系數(shù)（B ）。

從 20 世紀(jì) 70 年代，設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)而采用磁屏蔽，磁屏蔽通常是在油箱箱壁內(nèi)側(cè)鋪設(shè)各向異性的硅鋼片，由于硅鋼片的高導(dǎo)磁性能，吸引漏磁通進(jìn)入磁屏蔽中，從而減少了進(jìn)入油箱壁中的磁場(chǎng)分量，相應(yīng)減小箱壁中的渦流損耗，其電磁作用相當(dāng)于“導(dǎo)”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(diǎn)的常用方法。綜合電磁設(shè)計(jì)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和可能發(fā)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(duì)變壓器漏磁場(chǎng)采取屏蔽措施，屏蔽方式有兩種，一種是用高導(dǎo)磁材料對(duì)油箱壁進(jìn)行屏蔽，稱為磁屏蔽；另一種是用高導(dǎo)電材料對(duì)油箱壁進(jìn)行屏蔽，稱為電屏蔽。

電屏蔽必然要產(chǎn)生渦流損耗，同時(shí)被其阻止的磁通也加重了對(duì)其他構(gòu)件的漏磁危害。鑒于其形狀好控制的特點(diǎn)，在不利于磁屏蔽敷設(shè)的情況下必須用到電屏蔽。在有些情況甚至要采用磁屏蔽和電屏蔽的組合結(jié)構(gòu)。但是，無論哪種屏蔽方式，如果放置不當(dāng)或屏蔽的結(jié)構(gòu)尺寸不當(dāng)，漏磁集中會(huì)使金屬結(jié)構(gòu)件渦流損耗過高，變壓器局部過熱，使金屬結(jié)構(gòu)件熱點(diǎn)溫升超標(biāo)，變壓器產(chǎn)氣，甚至造成變壓器事故。

屏蔽方法根據(jù)屏蔽的基本原則，常采用以下屏蔽方法。①絕緣隔離：增大絕緣電阻，減少泄漏電流。②屏蔽隔離：將被防護(hù)的電路或部件用金屬屏蔽圍護(hù)起來，并給屏蔽以一定的電位（包括地電位），用以阻止或減小泄漏電流，或使泄漏電流按一不產(chǎn)生誤差的通路流動(dòng)。屏蔽接地可以切斷靜電場(chǎng)，形成良好的靜電屏蔽。如用金屬磁性材料制成屏蔽，還可同時(shí)旁路低頻和恒定磁通，形成直流電磁屏蔽。屏蔽和絕緣兩種方法交替使用，還可以在不增加屏蔽總厚度的前提下獲得更好的屏蔽效果。③無定向結(jié)構(gòu):用雙絞線、同軸電纜做信號(hào)往返通路;或采用兩個(gè)相同的測(cè)量機(jī)構(gòu)，使電磁感應(yīng)在其中引起的干擾感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)互相抵消；或使恒定磁場(chǎng)的影響自行消除。④電磁屏蔽：交變電磁場(chǎng)或電磁波進(jìn)入金屬屏蔽時(shí)，將在屏蔽中產(chǎn)生渦流，從而消耗電磁場(chǎng)的能量。入射場(chǎng)的頻率越高，屏蔽對(duì)其所起的衰減作用也越明顯。

用數(shù)字電壓表測(cè)量溫差電偶電動(dòng)勢(shì)Ex的測(cè)量系統(tǒng)的屏蔽是典型的綜合性屏蔽措施。帶屏蔽層的絞合雙心電纜用作連接導(dǎo)線，屏蔽層在儀表的 L端接地。外部高壓電源線通過分布電容產(chǎn)生的容性漏電流ig被屏蔽層疏導(dǎo)到地。高壓線中的電流I在空間產(chǎn)生的磁通密度B將在絞合雙心線的相鄰網(wǎng)孔中產(chǎn)生約大小相等、方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此它們大部分互相抵消?？臻g電磁波穿過儀表的金屬外殼時(shí)，其能量因產(chǎn)生渦流而強(qiáng)度減弱。同時(shí)，因外殼接地，又起到靜電屏蔽作用。如外殼采用鐵磁材料制成，還可起到屏蔽恒定磁場(chǎng)的作用。選用高靈敏的溫差電偶可以提高系統(tǒng)的信噪比，從而降低干擾信號(hào)的影響。為削弱干擾電壓Ecm的影響，可采用信號(hào)浮地、儀表接地系統(tǒng)，對(duì)地回路系通過溫差電偶的對(duì)地絕緣阻抗而形成。這樣，對(duì)干擾電壓Ecm既起到阻塞又起到疏導(dǎo)作用，因此能有效地減小它所引起的誤差。2100433B

屏蔽體的有效性用屏蔽效能（SE）來度量。屏蔽效能的定義如下：

SE=20lg(E1/E2) (dB)

式中：E1 =沒有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng) E2 =有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)

如果屏蔽效能計(jì)算中使用的是磁場(chǎng)強(qiáng)度，則稱為磁場(chǎng)屏蔽效能，如果屏蔽效能計(jì)算中使用的是電場(chǎng)強(qiáng)度，則稱為電場(chǎng)屏蔽效能。屏蔽效能的單位是分貝(dB)，下表是衰減量與分貝的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

一般民用產(chǎn)品機(jī)箱的屏蔽效能在40dB以下，軍用設(shè)備機(jī)箱的屏蔽效能一般要達(dá)到60dB，TEMPEST設(shè)備的屏蔽機(jī)箱屏蔽效能要達(dá)到80dB以上。屏蔽室或屏蔽艙等往往要達(dá)到100dB。100dB以上的屏蔽體是很難制造的，成本也很高。