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電纜的屏蔽

1.電力電纜的屏蔽定義

用導(dǎo)電或半導(dǎo)電層把電纜的電場(chǎng)封閉在包圍著導(dǎo)線的絕緣層中。導(dǎo)電或半導(dǎo)電層緊緊地貼合在絕緣的內(nèi)表面和外表面上。換句話說(shuō)，外屏蔽把電場(chǎng)封閉在導(dǎo)線和屏蔽層之間。內(nèi)屏蔽或絞合應(yīng)力消除層是處在導(dǎo)線的電位或接近導(dǎo)線的電位，外屏蔽或絕緣屏蔽是為傳輸電容電流而設(shè)計(jì)的，在許多情況下還用來(lái)傳輸故障電流。屏蔽層的導(dǎo)電率是由連同半導(dǎo)電層所采用的金屬帶或線的截面積和電阻率所決定的。在絕緣內(nèi)表面和外表面的應(yīng)力控制層，由于是緊貼著絕緣表面的光滑表面，從而減少應(yīng)力集中并使間隙減到最小。在這種間隙中，空氣的電離可能會(huì)使某些絕緣材料逐漸損壞，直到最后完全破壞為止。

2.絕緣的屏蔽有各種用途

把電場(chǎng)封閉在電纜內(nèi)部；平衡絕緣內(nèi)部的電壓梯度，使表面放電減至最小；避免感應(yīng)電勢(shì)以更好地減少電擊的危險(xiǎn)。非屏蔽電纜與接地平面之間的電壓分配，假定從電氣性能來(lái)說(shuō)，空氣和絕緣物是一樣的，在接地平面以上的電纜就處于均勻的介電質(zhì)中，因而允許用簡(jiǎn)單的圖來(lái)說(shuō)明與電纜有關(guān)的電壓分配和電場(chǎng)的情況。在屏蔽電纜內(nèi)，導(dǎo)線和屏蔽層之間的等電位面是同心的圓柱面，電壓分配按照簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)規(guī)律變化，而靜電場(chǎng)則全部被封閉在絕緣層內(nèi)。電力線和應(yīng)力是均勻的，并且是放射的，和等電位面成直角相交，消除了絕緣中或在絕緣表面上的切線應(yīng)力或縱向應(yīng)力。非屏蔽系統(tǒng)的等電位面是圓柱面，但不和導(dǎo)線同心，以許多不同的電位與電纜表面相交，對(duì)于運(yùn)行高系統(tǒng)的非屏蔽電纜，在電纜的各點(diǎn)上，對(duì)地切向漏電應(yīng)力，可能是在干燥場(chǎng)所電纜終端的漏電距離正常推薦值的好幾倍。在這種情況下，表面的漏電痕跡、燃燒和對(duì)地的破壞性放電都可能發(fā)生。但是，在國(guó)家電氣法規(guī)中所描述的正確設(shè)計(jì)的非屏蔽電纜限制了可達(dá)到的表面能量，這種表面能量是來(lái)自上述這些作用，它可能會(huì)影響電纜的正常使用。

對(duì)于運(yùn)行電壓在1kV以下的電纜，一般采用非屏蔽的結(jié)構(gòu)，對(duì)10kV 以上的電纜則需要將其屏蔽以符合國(guó)家電氣法規(guī)的規(guī)定。在1～10kV的范圍內(nèi)， 允許使用屏蔽電纜和非屏蔽電纜，只要其結(jié)構(gòu)能滿足國(guó)標(biāo)的要求。由于屏蔽電纜的價(jià)格一般都比非屏蔽電纜貴，同時(shí)也由于制作屏蔽電纜的終端頭需要更加小心和要求留有更大的空間，所以，在1～10kV范圍內(nèi)，一直廣泛地使用非屏蔽電纜， 非屏蔽電纜也大量用于10kV電壓級(jí)。但是直接埋于地下的或在電纜表面可能積集大量導(dǎo)電材料(鹽、煙灰、導(dǎo)電的穿管用潤(rùn)滑膏)的地方可指定使用屏蔽電纜。

3.控制電纜及其金屬屏蔽

控制電纜應(yīng)避免同時(shí)受絕緣損壞、機(jī)械性損傷、著火或電氣干擾等影響不能正常工作。雙重化保護(hù)的電流、電壓以及直流電源和跳閘控制回路等需增強(qiáng)可靠性的系統(tǒng)，應(yīng)采用各自獨(dú)立的控制電纜。下列情況的回路，相互間不宜合用同一根控制電纜：弱電信號(hào)、控制回路與強(qiáng)電信號(hào)、控制回路；低電平信號(hào)與高電平信號(hào)回路；交流斷路器分相操作的各相弱電控制回路。同一電纜纜芯之間距離較小，耦合性、電磁感應(yīng)強(qiáng)，較電纜相互間的干擾大。某電廠電腦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模擬量低電平信號(hào)線與變送器電源線公用一根四芯電纜，引起信號(hào)線產(chǎn)生約70V的共模干擾電壓，對(duì)以毫伏計(jì)的低電平信號(hào)回路，顯然影響正常工作。

弱電回路的每一對(duì)往返導(dǎo)線，宜屬于同一根控制電纜。強(qiáng)電回路控制電纜，除位于超高壓配電裝置或與高壓電纜緊鄰并行較長(zhǎng)，需抑制干擾的情況外，可不含金屬屏蔽。弱電信號(hào)、控制回路的控制電纜，當(dāng)位于存在干擾影響的環(huán)境又不具備有效抗干擾措施時(shí)，宜有金屬屏蔽。控制電纜金屬屏蔽型類(lèi)的選擇，應(yīng)按可能的電氣干擾影響，計(jì)入綜合抑制干擾措施，滿足需降低干擾或過(guò)電壓的要求。位于110kV以上配電裝置的弱電控制電纜，宜有總屏蔽、雙層式總屏蔽。計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)回路控制電纜的屏蔽選擇，對(duì)于開(kāi)關(guān)量信號(hào)，可用總屏蔽。對(duì)于高電平模擬信號(hào)，宜用對(duì)絞線芯總屏蔽，必要時(shí)也可用對(duì)絞線芯分屏蔽，而對(duì)于低電平模擬信號(hào)或脈沖量信號(hào)，宜用對(duì)絞線芯分屏蔽，必要時(shí)也可用對(duì)絞線芯分屏蔽復(fù)合總屏蔽。其他情況，應(yīng)按電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)和地電位升高等影響因素，采用適宜的屏蔽型式。

需降低電氣干擾的控制電纜，可在工作芯數(shù)外增加一個(gè)接地的備用芯。控制電纜1芯接地時(shí)，干擾電壓幅值可降低到50％～25％或更甚，且實(shí)施簡(jiǎn)便， 增加電纜造價(jià)甚微。控制電纜金屬屏蔽的接地方式，對(duì)于電腦監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)回路控制電纜屏蔽層，不得構(gòu)成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，宜用集中式一點(diǎn)接地。此外需要一點(diǎn)接地情況外的控制電纜屏蔽層，當(dāng)電磁感應(yīng)的干擾較大，宜采用兩點(diǎn)接地；靜電感應(yīng)的干擾較大，可用一點(diǎn)接地。雙重屏蔽或復(fù)合式總屏蔽，宜對(duì)內(nèi)、外屏蔽分用一點(diǎn)，兩點(diǎn)接地。兩點(diǎn)接地的選擇，還宜考慮在暫態(tài)電流作用下屏蔽層不致被燒熔。

同一往返導(dǎo)線如果分屬兩根電纜，敷設(shè)形成環(huán)狀的可能性難避免，在相近電源的電磁線交鏈下會(huì)感生電勢(shì)，其數(shù)量級(jí)往往對(duì)弱電回路低電平參數(shù)的干擾影響較大。弱電回路控制電纜與電力電纜如果能拉開(kāi)足夠距離，或敷設(shè)在鋼管、鋼制封閉式托盤(pán)等情況，可能使外部干擾降至容許限度。否則，一般與電力電纜鄰近并行敷設(shè)，或位于高壓配電裝置且近旁有接地干線等情況，干擾幅值往往對(duì)無(wú)屏蔽的控制電纜所連接的低電平信號(hào)回路等，將產(chǎn)生誤動(dòng)或絕緣擊穿等影響。控制電纜含有金屬屏蔽時(shí)降低干擾的效果，與屏蔽構(gòu)造型式相關(guān)。同時(shí)要看到屏蔽構(gòu)造要求越高，相應(yīng)投資也越大。有、無(wú)金屬屏蔽的控制電纜造價(jià)，約增10％～20％（鋼帶鎧裝、鋼絲編織總屏蔽）或更大的份額。

電子裝置數(shù)字信號(hào)回路的控制電纜屏蔽接地，應(yīng)使在接地線上的電壓降干擾影響盡量小，基于計(jì)算機(jī)這類(lèi)僅1V左右的干擾電壓，就可能引起邏輯錯(cuò)誤，因而強(qiáng)調(diào)了對(duì)計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)回路控制電纜抑制干擾的要求，應(yīng)實(shí)行一點(diǎn)接地，而一點(diǎn)接地可有多種實(shí)施方式，現(xiàn)以電腦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)情況，指明是滿足避免接地環(huán)流出現(xiàn)的條件下，集中式的一點(diǎn)接地。配電裝置中接地電網(wǎng)的電流分布，曾測(cè)得有接地電流的13％，而110～500kV電壓級(jí)短路電流已達(dá)35～18kA。

4.屏蔽電纜的方法

在電纜的終端削去一段電纜屏蔽層，在導(dǎo)體和屏蔽層之間留出必要的漏電距離，會(huì)在暴露的電纜絕緣表面上形成縱向應(yīng)力。在電纜端部終端裝置上的徑向和縱向電氣應(yīng)力的綜合作用會(huì)導(dǎo)致在該點(diǎn)出現(xiàn)最大應(yīng)力。但是，這些應(yīng)力可以加以控制，并將其降低到制作終端裝置材料的安全工作范圍以內(nèi)。降低這些應(yīng)力最普通的方法是用絕緣帶逐漸增加電纜終端裝置的總絕緣厚度，以形成一個(gè)錐體，即應(yīng)力錐。我國(guó)配電網(wǎng)電纜主要使用的有粘性浸漬油紙絕緣電纜、聚氯乙烯電纜及交聯(lián)聚乙烯電纜及交聯(lián)聚乙烯電纜等三種。粘性浸漬油紙絕緣電纜優(yōu)點(diǎn)是允許運(yùn)行溫度高、介質(zhì)損耗低、耐電壓強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)，其缺點(diǎn)是絕緣材料彎曲性能差，不能在低溫時(shí)敷設(shè)，按浸漬方式有普通油浸紙絕緣、滴干型油浸紙絕緣和不滴干型 油浸紙絕緣三種，可根據(jù)電纜敷設(shè)的水平高差情況分別采用。普通油浸紙絕緣電纜敷設(shè)的水平高差僅允許5～20m，滴干型油浸紙絕緣電纜敷設(shè)的水平高差允許100～300m，不滴干型油浸絕緣電纜敷設(shè)無(wú)高差差限制。聚氯乙烯電纜主要優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)便，沒(méi)有敷設(shè)高差限制，彎曲性能好，耐油、耐酸堿腐蝕，不延燃，價(jià)格低。缺點(diǎn)是絕緣電阻較油浸紙絕緣電纜低，介質(zhì)損耗高，不宜在重要6kV線路上使用。交聯(lián)聚乙烯電纜性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、載流量大、敷設(shè)方便、無(wú)高差限制，在配電網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。