浅析控制电缆屏蔽层接地的合理方式

浅析控制电缆屏蔽层接地的合理方式

作者：薄尊军

来源：《中国科技纵横》2010年第22期

摘要：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，电缆金属屏蔽层接地后，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。本论文依据规程规范要求，从静电感应和电磁感应的原理入手，浅析控制电缆屏蔽层接地的合理方式，明确控制电缆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电缆的接地方式。

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》（GB50171—92）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》GB50217－94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[1994]191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。

参考文献：

[1] GB50171—92．电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范.

[2] GB50217－94．电力工程电缆设计规范.

[3] 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[1994]191号）.

[4] 十八项电网重大反事故措施（国家电网生技[2005]400号）.

[5] 十八项反事故措施继电保护重点要求．国家电力调度通信中心文件（调继[2005]222号）.