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浅析控制电缆屏蔽层接地的合理方式关键词：控制电缆 屏蔽层 接地 合理方式 规范 分析 1 引言 在火力发电厂及变电站中，控制电缆主要用于控制、测量、保护等用途，其金属屏蔽层接地后，根据“法拉第笼效应”原理，可屏蔽或减少外界对芯线的电磁干扰，避免造成误动和损坏控制设备，从而保证设备安全运行。但屏蔽层应该一端接地还是两端接地？双重屏蔽和复合式总屏蔽的电缆又如何接地？目前，在工程建设中，仍有许多技术人员和施工人员不明确屏控制电缆屏蔽层接地的方式和其中的原理，下面从规范和文件要求入手，就这一问题进行探讨、分析。 2 规范与文件要求 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范（GB5017192）第4.0.4条规定： 使用于静态保护、控制等逻辑回路的控制电缆，应采用屏蔽电缆。其屏蔽层应按设计要求的接地方式接地。 电力工程电缆设计规范GB5021794中3.6.1条规定： 控制电缆金属屏蔽的接地方式，应符合下列规定： （1）计算机监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层，不得构成两点或多点接地，宜用集中式一点接地。 （2）除（1）项等需要一点接地情况外的控制电缆屏蔽层，当电磁感应的干扰较大，宜采用两点接地；静电感应的干扰较大，可用一点接地。双重屏蔽或复合式总屏蔽，宜对内、外屏蔽分用一点、两点接地。 电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点(电安生1994191号)7.1条规定：用于集成电路型、微机型保护的电流、电压和信号接点引入线，应采用屏蔽电缆，屏蔽层在开关场与控制室同时接地； 十八项电网重大反事故措施第14.7.3条规定： 保护室与通信室之间所用信号传输电缆，应采用双绞双屏蔽电缆，屏蔽层在两端分别接地。 在十八项反事故措施继电保护重点要求第6.1条规定： 根据开关场和一次设备安装的实际情况,宜敷设与厂、站主接地网紧密连接的等电位接地网。 3 合理接地方式分析 干扰主要以两种方式存在，即静电感应干扰和电磁感应干扰。 静电感应，是指一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端这种现象叫静电感应。 静电感应是以电容耦合的方式存在，相邻各类电气设备和电气线路间均存在着分布电容，能产生不同强度的静电感应。 电磁感应，是指因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。 电磁感应是以电感耦合的方式存在，当控制电缆处在交变磁场中，电缆屏蔽层会有感应出电势，产生感应电流。 而现实中，静电感应干扰和电磁感应干扰两种方式可能同时存在。要想消除或减少干扰，需要根据具体情况，具体分析，对控制电缆屏蔽层采用合理的接地方式。 什么情况下选择屏蔽层一端接地？ 火电厂DCS系统，因为广泛应用集成电路和各式各样的电子元器件，集成电路和电子元器件对静电敏感，根据其产品技术要求，需降低静电干扰。一端接地后，屏蔽层就可有效阻止控制电缆芯线与外界形成电容，因而控制电缆芯线不会因外界电场的变化而产生充放电等现象，可以有效防止静电干扰。如果屏蔽层两端接地，两端的接地点存在电位差，随着电缆的长度增加，电位差更大，屏蔽层内形成接地环流，容易造成设备误动或损坏。而一端接地，就避免了上述问题。所以，DCS系统控制电缆屏蔽层应采用一端接地，考虑到施工的方便和接地点等电位要求，应在DCS机柜侧统一进行一点接地。 什么情况下选择屏蔽层两端接地？ 敷设在大功率及高压电气设备、易遭受雷电感应雷侵袭等区域的电缆，如变电站、主变等区域，静电干扰和电磁干扰并存，但其主要矛盾是电磁干扰。屏蔽层采用两端接地后，可以消除静电干扰，同时根据楞次定律可知，电磁感应可在屏蔽层金属表面形成涡流，涡流反过来可以阻碍磁场的变化，阻碍感应强度增加，虽不能完全屏蔽掉电磁感应，可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下。需要注意的是，两点接地可能因接地点电位差，屏蔽层内产生环流。因此，此部分区域电缆屏蔽层的两端应有等电位接地网，减小接地电位差，克服两端接地带来接地环流的问题。 等电位网示意如下图： 重屏蔽或复合式总屏蔽的电缆屏蔽层如何接地？ 双重屏蔽或复合式总屏蔽的电缆，通常传输重要的模拟信号。因为模拟信号干扰后，设备识别能力差，所以采用双重屏蔽或复合式总屏蔽的电缆，其外层屏蔽两端接地主要是先降低电磁干扰强度，然后内层屏蔽一端接地，进一步消除静电干扰。 4 结语 相对独立的控制系统区域，主要防止静电干扰，控制电缆屏蔽层应一端接地。如DCS系统和辅助厂房的PLC系统。敷设在高压设备、大动力电缆区域，易遭受直击雷、感应雷侵袭的区域，应两端接地。如变电站、网控室、保护室以及高、低配电柜内的控制电缆，同时应有等电位接地网设计。对于双重屏蔽和复合式总屏蔽的电缆，其外层两端接地，内层一端接地。1 控制电缆屏蔽层接地方式的探讨 各电建公司的电气专业一直为屏蔽电缆的屏蔽层是在一端一点接地，还是在两端两点接地的问题争论不休，而争论的结果是有的电建公司采用一点接地方式，而有的电建公司采用两点接地的方式进行施工。其实根据电力装置的继电保护和自动装置设计规范、国网公司十八条反措继电保护实施细则以及华北电网继电保护基建工程验收规范要求，电气控制电缆屏蔽线必须两端接地。上述国家规程、规范及反措要求电气控制电缆屏蔽线必须两端接地。但是所有电气控制电缆的屏蔽层不分场合的全部两端接地，这样的要求是否正确，是值得做进一步商榷和探讨的，经过多台机组的安装实践可以确定：从主控或网控到升压站的控制电缆的屏蔽层必须两端接地；但在主厂房内敷设的控制电缆屏蔽层最好是单端接地。其理由如下：从防止暂态过电压看,屏蔽层采用两点接地为好， 两点接地使电磁感应在屏蔽层上产生一个感应纵向电流,该电流产生一个与主干扰相反的二次场,抵消主干扰场的作用,使干扰电压降低。从主控到升压站的控制电缆，由于其输入和输出均有一端在开关场的高压或超高压环境中,电磁感应干扰是主要矛盾,且电缆芯所在回路为强电回路因而屏蔽层电流产生的干扰信号影响较小,所以必须采用两点接地的方式。但是,两点接地存在两个问题：其一,当接地网上出现短路电流或雷击电流时,由于电缆屏蔽层两点的电位不同,使屏蔽层内流过电流,可能烧毁屏蔽层.其二,当屏蔽层内流过电流时,对每个芯线将产生干扰信号.所以对敷设在主厂房内的电气电缆, 电磁感应干扰比较而言矛盾不突出,而两点接地产生的屏蔽层电流对芯线产生干扰有可能使装置误动,故宜采用一点接地。而热工自动化专业规定，热工控制电缆的屏蔽层要求一点接地，其道理也如同上所述。另外，电气专业要求控制电缆屏蔽层两端接地，而热工自动化专业规定屏蔽层一点接地，当电气量进入DCS时，两种规定发生冲突，目前国家规程和规范没有明确要求这种情况下是采用单端接地还是两端接地，根据电缆接线的工程实践，最好是采用单端接地，接地点的选择按取用原则来处理。2 工程实践中的控制电缆屏蔽层接地在对电气控制电缆屏蔽层接地进行探讨分析之后，不难看出目前国家规程、规范及反措对控制电缆屏蔽层接地方式还需要进一步修订和完善。但是在现阶段，控制电缆屏蔽层接地方式在工程实践中仍要按照国家规程、规范及反措要求执行。控制电缆屏蔽接地原则：屏蔽电缆的屏蔽层用接地线焊接引出即可，接到专用接地铜排上。接地线选用1.5mm的黄绿软铜线。接到接地铜排一端的地线须挂锡或压线鼻子，必须保证每一根接地线与铜排可靠连接。严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地。2.1 电气设备之间的电缆屏蔽接地主控或网控室至高压开关场的继电保护电缆，其屏蔽层应在开关场和控制室内两端接地。在控制室内，屏蔽层宜接于保护屏内的接地铜排上；在开关场，屏蔽层应在与高压设备有一定距离的端子箱内接地。互感器每相二次回路经两芯屏蔽电缆从高压箱体引至端子箱，该电缆屏蔽层在高压箱体和端子箱两端接地。如果瓦斯继电器到中间端子箱过渡时，瓦斯继电器到端子箱的控缆必须两端接地，端子箱再到保护屏的控缆两端也必须接地。主厂房内继电保护电缆，其屏蔽层应在就地设备端子箱和主控保护盘内进行两端接地；另外，用于主厂房内其他部分的保护及控制电缆，亦采用两端接地：如高压盘低压盘、低压盘MCC盘、高、低压盘-就地控制箱之间的屏蔽电缆。同列盘之间的盘连电缆同样屏蔽层要两端接地。对于双层屏蔽电缆，内屏蔽应一端接地，外屏蔽应两端接地，即双屏蔽电缆的一端应使内层屏蔽与外层屏蔽焊接到一起，然后用接地线焊接引出到保护盘或光端设备终端上的接地铜排上，另一端只引出外屏蔽层接地。另外，传送音频信号所采用的屏蔽双绞线，其屏蔽层应在两端接地；保护至音频接口的控制电缆应采用双绞双屏蔽电缆，每一个接点用一对芯传送，屏蔽层应两端接地。2.2至DCS盘柜的电气电缆屏蔽接地高压开关场、主控和网控保护盘、变压器以及高、低单端压盘至DCS的屏蔽电缆采用单端接地方式。单端接地点一般按取用原则设置，凡是从以上设备送到DCS盘柜的反馈信号（位置、故障和模拟量信号），均应在DCS侧做单端接地；凡是从DCS盘柜送出的控制指令（合、跳闸或其他指令），均应在保护盘侧做单端接地。摘要：介绍了发电厂控制系统中，采用屏蔽型控制电缆抑制电磁干扰(EM1)的重要措施。提出良好的屏蔽，仅靠电缆屏蔽层是不够的，重要的是选择正确的屏蔽层接地方式、接地点数和接地点位置。关键词： 电磁干扰；控制电缆； 屏蔽层；接地 随着电力系统的扩大，电压等级的提高，机组容量的增大，计算机和微处理器等微电子装置已广泛应用于电厂生产监测与控制。而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐加大，灵敏度提高，联络各种设备的电缆网络也越来越复杂。况且微电子装置的工作环境和监测对象本身是一个很强的交变电磁场，是一个大干扰源。在这样的电磁环境中，电子装置必然会受到静电感应、电磁耦合、接地线电位升高、控制回路自身产生的干扰电压等的电磁干扰，这些电磁干扰轻则会引起电子装置的可靠性降低，重则导致设备不能正常运行。漳泽发电厂3号、4号、5号机组先后利用机组大修的机会，对其热控系统进行了DCS改造，采用EIC综合技术将电气控制、仪表控制和计算机控制等功能由DCS统一完成。经过DCS改造后，机组能否安全、稳定运行，在很大程度上就取决于DCS系统的稳定性了。为高DCS控制系统的抗干扰水平，确保设备在复杂电磁环境下可靠运行，成为当前电厂DCS控制系统电磁兼容方面研究的一个重要课题。 在DCS控制系统中，电缆是主要的干扰源，它既是干扰的主要发生器，也是主要的接收器。电缆作为发生器，它向空间辐射电磁噪声；作为吸收器，它能敏感地接收来自邻近干扰源所发射的电磁噪声。目前，在电厂控制系统中，采用屏蔽电缆作为抑制EMI的重要措施，已得到广泛应用，但依靠电缆屏蔽是不够的，更重要的是选择正确、良好的接地方式。关于电缆屏蔽层要不要接地，应该是几点接地，是电缆始端接地，还是电缆终端接地，或者是两端都接地。本文就屏蔽电缆的接地方式作一探讨，供大家参考1 EMI与电缆端口 电磁干扰(EMI)分为传导性干扰和辐射性干扰两大类。传导性干扰是指通过电源线路、接地线和信号线传播的干扰；辐射性干扰是指通过空间传播的干扰。无论是通过哪一种传播途径，电磁干扰都是通过端口进入设备的。这里所说的端口，指的是设备与外部环境特定的界面接口。设备的端口可分为外壳端口和电缆端口，外壳端口是设备的物理边界，电磁场可以通过这个边界辐射出去或传播进来：电缆端口是导线与设备连接的端口，电缆端口可以分为电源端口、信号端口和功能端口。3 电缆屏蔽层接地点数 屏蔽层若只起屏蔽作用而不作为信号返回回路，传输的信号又不是模拟量时，屏蔽层最好是两端都接地，这样即起到对静电耦合的抑制作用(静电屏蔽)，又起到对电磁感应的抑制作用(电磁屏蔽)。对于静电屏蔽，采用两点接地后降低了电缆屏蔽层的阻抗Z 从而有效地降低了电缆芯线上的静电耦合电压。对于电磁屏蔽，屏蔽层两端接地后。电缆屏蔽层与接地网构成了闭合回路，在屏蔽层上的感应电流所形成的磁通与干扰磁通反向，减弱了干扰磁通对芯线的影响， 起到了抵消干扰磁通的作用。电缆屏蔽层采用两点接地也存在2个问题：a)在发生接地短路时，可导致电缆屏蔽层两端存在较大的地电位差地电位差使屏蔽层流过较大的低频电流，对作为信号返回回路的同轴电缆。将破坏正常的信号传输，而且可能将屏蔽层烧坏；b)当屏蔽层流过电流时，对芯线将产生横态干扰，在芯线中产生干扰信号。由于模拟信号稳定性和抗干扰性较差，仅1 V 左右的干扰电压就可能导致零点漂移和传输误差。基于上述原因，同轴电缆和模拟信号回路控制电缆宜采用集中一点接地的方式，且一般将接地点选取在控制室。为使电缆对高低频都有良好的屏蔽效果，最好选用双层屏蔽同轴电缆，内屏蔽层一端接地，外屏蔽层两端接地。4 电缆屏蔽层接地点位置 电缆屏蔽层采用一点接地方式时，其屏蔽层接地点的位置可根据信号源和接地端是否接地来确定。当不接地信号源和公共接地点的放大器连接时，电缆屏蔽层的接地点应选择放大器的公共接地点上。图2为不接地信号源和接地的放大器连接时，电缆屏蔽层的正确接法。其中C。，C。为屏蔽层与芯线问的总电容， !为两芯线问的等效集总电容。 为大地两点问的电位差。此时。 ， 对放大器端子1。2问的输入信号不会产生干扰。 当接地的信号源和不接地的放大器连接时，电缆屏蔽层的接地点应选择在信号源的接地端，如图3所示。5 结束语综上所述，控制电缆屏蔽层的接地应符合下列要求。a)作为传输模拟信号回路的控制电缆和屏蔽层作为信号返回回路的同轴电缆，其屏蔽层宜采用集中一点接地方式，不得两点接地。b)控制电缆屏蔽层除a)情况需要一点接地外，其余宜采用两点接地。选择两点接地时，应考虑在暂态电流作用下电缆屏蔽层不致被烧熔。C)当电缆屏蔽层采用一点接地时，其接地点应根据信号源和接收端是否接地来确定。d)采用双重屏蔽或复合式总屏蔽时，内屏蔽层为一点接地，外层蔽层为两点接地.控制电缆屏蔽层接地方式存在的问题及改造摘要：升华热电厂变电站是2005年新投建的35 kV等级变电站。由于雷雨天气频繁，故误动事故频发，导致部分设备损坏。通过分析误动的原因，认为控制电缆屏蔽层没有取得良好的屏蔽效果，是由于其屏蔽层接地方式存在问题，受到外界磁场干扰，引起误动，并由此提出相应改造措施。关键词：控制电缆；屏蔽层；干扰；接地方式中图分类号：TM246+.5 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)11-00060-02近年来，综合自动化技术在变电站中得到了广泛的应用。微机型二次设备要想在这样一个高强度电磁场、强电磁干扰环境下安全、可靠的运行，需要满足两个条件：一是这些二次设备应具有一定的耐受电磁干扰的能力；二是进入设备的电磁干扰水平必须低于设备自身的耐受水平，即要求尽量减少由控制电缆侵入的干扰和降低干扰信号的水平，选择合适的屏蔽和接地的方法。提高二次电缆抗干扰的防护水平，需要正确理解电缆屏蔽层的作用及屏蔽层应如何正确接地。本文主要就控制电缆屏蔽层电缆接地方式，结合变电站的主要干扰途径、原理、屏蔽层作用等因素进行讨论，并提出相应改进措施。1 问题的提出和原因分析升华热电厂变电站是2005年新投建的35 kV等级变电站，全站采用南京力导微机保护装置。变电站位于钟管镇，属于多雷区，年平均雷暴日为34天，雷暴强度较大。在投运后不久遭受雷害，发生烧毁微机保护装置的事故。雷电是一种强烈的大气过电压，损坏设备可分为两种情况，一种是受雷电直击，直击站内设备概率很低；绝大多数损坏为感应造成，通过耦合二次回路感应干扰电压等途径对设备产生间接的有害影响。连接导线与设备的电缆端口是电磁干扰的主要传播途径，以电源线、接地线、信号线等方式传播。通过检查发现：电源线串有抗干扰低通滤波电容，电源模块采用的是高频开关，外壳金属接地线及保护接地均完好，初步怀疑是由信号控制线引入的。经过现场进一步察勘：电缆沟内未采取多路分层的敷设方式，由于场地限制使众多控制电缆密集的排列于电缆沟内，且电缆沟内控制电缆与接地线、固定电缆的钢筋紧贴在一起，并且控制屏蔽电缆未采取接地措施。据现场运行人员测量，雷击过后控制电缆的屏蔽层电压达200 V。因此，得出结论：升华热电厂内微电子设备众多，各种线路、电缆错综复杂并且大多敷设于电缆沟中与地线紧贴，当控制电缆与接地线在同一条电缆沟布置时，地线遭受雷击后会在周围产生强烈的电磁场使控制电缆缆芯间及芯地间产生感应过电压，从而误发信、误动作，严重的甚至损坏微机保护设备。2 变电站的主要干扰传播途径变电站的电磁干扰（EMI）途径按介质分为传导性干扰和辐射性干扰两大类。传导性干扰是指通过电源线路、接地线和信号线传播的干扰；辐射性干扰是指通过空间传播的干扰。按性质又可分为电容耦合、电感耦合1 。电磁干扰以电磁场的形式存在，主要通过电场、磁场、电磁场等途径对信号传输线及设备信号产生影响。2.1 电容耦合由于电气设备间存在着分布电容，变电站高压母线及设备上的电压通过分布电容在控制电缆系统中产生干扰电压。电压愈高，产生的电容耦合强度愈强，高压部分距离二次设备愈近，其电容耦合强度愈强。2.2 电感耦合变电站高压母线等一次设备流过交变的电流，将在控制电缆敷设空间产生交变的磁场，由于磁场的变化，就会在控制电缆中产生感应电压。干扰电压的大小由互感的大小来决定，由一次设备与二次电缆的相互间空间位置来决定。在生产实际中，各种干扰源对二次回路的耦合方式是非常复杂的，同一干扰源往往会以多种干扰方式作用于二次回路。根据不同的干扰源，采取相应的抗干扰措施，总结抗干扰的经验，逐渐达到变电站电磁兼容的要求。3 屏蔽电缆的作用及屏蔽层接地方式比较目前大多变电站采取的防护电磁干扰手段是采用屏蔽电缆。控制、信号电缆多用带镀层的细铜丝编织层构成的编织层，屏蔽层一般能覆盖90%。针对变电站一次设备对二次控制电缆的干扰，目前我们主要采用的抗干扰方法是电缆屏蔽层接地，有两种方式：电缆屏蔽层一端接地；电缆屏蔽层两端接地。现对两种抗干扰方式特点及适用条件加以讨论。3.1 防止电容耦合不接地的屏蔽层对电场干扰没有屏蔽作用，而一端接地和两端接地的屏蔽层对电场的屏蔽效果是一样的。如果屏蔽层接地良好，则电场终止于屏蔽体直接耦合到地。屏蔽电缆的金属屏蔽层具有静电屏蔽作用，使一次线高压电源的强电力线终止于金属屏蔽，内部的电场强度为零，从而使处于屏蔽层内的芯线免受外部强电场的干扰影响。从静电屏蔽的角度出发，为了使屏蔽层表面是一个固定的等电位面，应将屏蔽层一端接地。3.2 防止电感耦合屏蔽层两端接地时，可以有效地抑制电磁感应。如图1所示。图1屏蔽层两端接地时的电路图I1在电缆芯线上产生的感应电势为E 21 = jM12I1I1在屏蔽层上产生的感应电势为Em = jM1mI1屏蔽层一端接地时，在屏蔽层上有感应电压，但