[關(guān)鍵詞] 屏蔽電纜 抗干擾 接地
1. 屏蔽電纜技術(shù)特性
隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動(dòng)化水平的不斷提高，現(xiàn)在電力系統(tǒng)的二次設(shè)備已經(jīng)廣泛的使用集成電路型或微機(jī)型的保護(hù)裝置，這些保護(hù)裝置的應(yīng)用對(duì)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很有用的。但是相應(yīng)的也提出來(lái)一些新的問(wèn)題。比如因?yàn)槲C(jī)保護(hù)裝置都是采用的電子元件，單片機(jī)來(lái)構(gòu)成的，而它是運(yùn)行在高電壓的環(huán)境下，這就有如何來(lái)抗電磁干擾的問(wèn)題。而以前的常規(guī)電磁式保護(hù)裝置受這方面的影響就不是很明顯。
因此在高壓變電所中，所有用于連接由開(kāi)關(guān)場(chǎng)引入控制室繼電保護(hù)設(shè)備的電流、電壓和直流跳閘等可能由開(kāi)關(guān)場(chǎng)引入干擾電壓到基于微電子器件的繼電保護(hù)的二次回路，都應(yīng)采用帶屏蔽層的控制電纜。高壓變電所內(nèi)為抑制電磁干擾而采用屏蔽控制電纜，其屏蔽層如何正確接地對(duì)降低外部電磁場(chǎng)對(duì)微機(jī)型二次設(shè)備的干擾水平，起著重要作用。
屏蔽控制電纜的干擾源再外導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁通以虛線同心圓表示，這些磁通的一部分包圍控制電纜芯和其屏蔽層（可近似認(rèn)為包圍這兩種的磁通相等），稱為干擾磁通，如圖1（a）所示。它在電纜芯和屏蔽層中感生一電勢(shì)Es。，產(chǎn)生屏蔽層電流Is。，如圖1（b）所示。電勢(shì)Es。等于屏蔽層電流在屏蔽層電阻Rs和自感抗上Xs的電壓降落，即：
Es。= Is。Rs+jIs。Xs
屏蔽層電流所產(chǎn)生的磁通包圍著屏蔽層，也全部包圍著電纜芯，這些磁通和外導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾磁通方向相反，故稱為反向磁通，在圖1（a）中以實(shí)線同心圓表示。按電磁感應(yīng)原理可知，在理想情況下，如果屏蔽層電阻為零，這種反向磁通可將干擾磁通全部抵消，即反向磁通在電纜芯中產(chǎn)生的互感電動(dòng)勢(shì)Er。和干擾磁通在電纜芯中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Es。大小相等，方向相反。設(shè)屏蔽層對(duì)電纜芯的互感抗為Xm，則：
Er。=-jIs。Xm
因屏蔽層將電纜芯*包圍在內(nèi)，故Xm=Xs。從上式可看出，如果屏蔽層電阻Rs=0，則Es。=- Er。。但是屏蔽層不可能沒(méi)有電阻，故干擾磁通在電纜芯中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)不能被抵消的部分為Es。+ Er。= Is。Rs，即與屏蔽層的電阻成正比。因此，要有效地消除電磁耦合的干擾，就必須采用電阻系數(shù)小的材料如銅、鋁等做成屏蔽層。
2.屏蔽控制電纜的接地
屏蔽電纜的平衡特性較差，因此良好的屏蔽完整性和良好的接地對(duì)屏蔽電纜來(lái)說(shuō)是非常重要的。屏蔽接地是為防止電氣設(shè)備因受電磁干擾，而影響其工作或?qū)ζ渌O(shè)備造成電磁干擾的屏蔽設(shè)備的接地。
采用帶屏蔽層的控制電纜，且屏蔽層在開(kāi)關(guān)場(chǎng)和控制室兩端同時(shí)接地，是來(lái)通用的一種有效的二次回路抗電磁干擾措施。由IEEE變電所專委會(huì)工作組與繼電器環(huán)境分專委會(huì)工作組提出的“變電所中控制與低壓電纜系統(tǒng)的選擇和安裝"文件中，專門有一節(jié)“控制電纜的金屬屏蔽能降低感應(yīng)暫態(tài)電壓"談到相關(guān)問(wèn)題：“推薦帶屏蔽的控制電纜將屏蔽層在兩端接地。必須特別保持屏蔽的完整性，拆斷或分開(kāi)屏蔽將極大地降低屏蔽效率；如果屏蔽只在一端接地，在非接地端的包皮對(duì)地將可能出現(xiàn)很高的暫態(tài)電壓。"控制電纜屏蔽層兩端接地的的優(yōu)點(diǎn)是：
?、佼?dāng)控制電纜為母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通所包圍時(shí)，在電纜的屏蔽層中將感應(yīng)出屏蔽電流，由屏蔽電流產(chǎn)生的磁通，將抵銷母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通對(duì)電纜芯線的影響。假定屏蔽作用理想，兩者共同作用的結(jié)果，將使被屏蔽層*包圍的電纜芯線中的磁通為零，屏蔽層形成了一個(gè)理想的法拉第籠。這也和帶有二次短路線圈的理想變壓器一樣，鐵芯中的磁通將為零。當(dāng)然，屏蔽層的屏蔽作用，由于各種原因，不可能*理想，因此，被屏蔽的芯線在母線暫態(tài)電流的作用下，仍然會(huì)感應(yīng)出一定的電壓。
?、谄帘螌觾啥私拥?，可以降低由于地電位升產(chǎn)生的暫態(tài)感應(yīng)電壓。
當(dāng)雷電經(jīng)避雷器注入地網(wǎng)，使變電所地網(wǎng)中的沖擊電流增大時(shí)，將產(chǎn)生暫態(tài)的電位波動(dòng)，同時(shí)地網(wǎng)的視在接地電阻也將暫時(shí)升高。對(duì)變電所地電位升 的測(cè)定結(jié)果說(shuō)明，與正常交流電阻相比，地電阻常常增大10倍以上。當(dāng)?shù)蛪嚎刂齐娎|在上述地電位升的附近敷設(shè)時(shí)，電纜電位的波動(dòng)而受干擾。因此，接地浪涌電流引入的地電位升將可能對(duì)低壓控制回路的絕緣配合帶來(lái)嚴(yán)重影響。
為了定量地估計(jì)當(dāng)雷電注入變電所地網(wǎng)時(shí)在控制電纜纜芯中引起的暫態(tài)感應(yīng)的數(shù)量，在30個(gè)變電所中進(jìn)行人工注入地網(wǎng)較小沖擊電流（100～4000A）時(shí)測(cè)定的電壓情況。測(cè)定了兩種電纜屏蔽情況下的暫態(tài)電壓，一是無(wú)金屬屏蔽的電纜，二是有金屬屏蔽且兩端接地的電纜。試驗(yàn)證明采用兩端接地的屏蔽電纜，可以將暫態(tài)感應(yīng)電壓抑制為原值的10以下，是降低干擾電壓的一種有效措施。
3.高頻同軸電纜的接地
高頻同軸電纜回路與二次電壓電纜回路有一個(gè)重要不同點(diǎn)：一般控制回路用電纜的屏蔽層，專為屏蔽而設(shè)置，必須在兩端接地，而高頻同軸電纜的屏蔽層則一身而兼而任，除起屏蔽作用外，同時(shí)又是高頻通道的回程導(dǎo)線。
高頻同軸電纜屏蔽層一點(diǎn)接地時(shí)，在隔離開(kāi)關(guān)操作空母線時(shí)，將暫態(tài)電磁場(chǎng)的能量通過(guò)連接在線路上的設(shè)備直接耦合至二次回路，必然在另一端產(chǎn)生高暫態(tài)電壓。在我國(guó)的情況，將在收發(fā)信機(jī)端子上產(chǎn)生高電壓，燒毀收發(fā)信機(jī)里的元件。這在我局的220KV平春站已出現(xiàn)過(guò)類似的情況，當(dāng)時(shí)由于只是在高頻同軸電纜屏蔽層一點(diǎn)接地，收發(fā)信機(jī)又是晶體管型的。只要操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，收發(fā)信機(jī)里的元件就會(huì)被燒毀，后來(lái)在操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)用記憶示波表在高頻同軸電纜上測(cè)到有幾千伏的高暫態(tài)電壓，從而導(dǎo)致收發(fā)信機(jī)被燒毀。后來(lái)我們將高頻同軸電纜屏蔽層兩點(diǎn)接地，在操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，就不在發(fā)生類似的情況。
到收發(fā)信機(jī)端子的干擾電壓，一是可能中斷收發(fā)信機(jī)的正常工作，對(duì)保護(hù)通道說(shuō)來(lái)是一種危險(xiǎn)的情況；如果干擾電壓水平很高，會(huì)損害收發(fā)信機(jī)的部件，當(dāng)然也不能允許。為了高頻保護(hù)的可靠工作，因此高頻電纜應(yīng)當(dāng)在開(kāi)關(guān)場(chǎng)和控制室兩端同時(shí)接地。而為了進(jìn)一步降低兩端間的地電位差，和盡可能降低屏蔽層兩端間因兩端接地而引入的由通過(guò)屏蔽電流引起的電壓降，又規(guī)定與同軸電纜并聯(lián)敷設(shè)近鄰的100mm2粗銅導(dǎo)線。
4.結(jié)論
屏蔽電纜的屏蔽層有兩種接地方式，即兩端接地和一端接地。一端接地時(shí)，屏蔽層電壓為零，可顯著減少靜電感應(yīng)電壓；兩端接地使電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)縱向電流，該電流產(chǎn)生一個(gè)與主干擾相反的二次場(chǎng)，抵消主干繞場(chǎng)的作用，顯著降低磁場(chǎng)耦合感應(yīng)電壓，可將感應(yīng)電壓降到不接地時(shí)感應(yīng)電壓的1以下。
屏蔽電纜的屏蔽層兩端接地存在以下兩個(gè)問(wèn)題：
?、佼?dāng)接地網(wǎng)上出現(xiàn)短路電流或雷擊電流時(shí)，由于電纜屏蔽層兩點(diǎn)的電位不同，使屏蔽層內(nèi)流過(guò)電流，將引起額外的沖擊或干擾電壓。
?、诋?dāng)屏蔽層內(nèi)流過(guò)電流時(shí)，對(duì)每個(gè)芯線將產(chǎn)生干擾信號(hào)，但電纜芯所在回路為強(qiáng)電回路因而屏蔽層電流產(chǎn)生的干擾信號(hào)影響較小。
但對(duì)應(yīng)用于繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置回路的屏蔽電纜，由于其輸入和輸出均有一端在開(kāi)關(guān)場(chǎng)的高壓或超高壓環(huán)境中，電磁感應(yīng)干擾是主要矛盾，防止暫態(tài)過(guò)電壓，故繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置規(guī)程規(guī)定屏蔽層宜在兩端接地。
