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電纜的屏蔽

1.電力電纜的屏蔽定義

用導電或半導電層把電纜的電場封閉在包圍著導線的絕緣層中。導電或半導電層緊緊地貼合在絕緣的內(nèi)表面和外表面上。換句話說，外屏蔽把電場封閉在導線和屏蔽層之間。內(nèi)屏蔽或絞合應力消除層是處在導線的電位或接近導線的電位，外屏蔽或絕緣屏蔽是為傳輸電容電流而設計的，在許多情況下還用來傳輸故障電流。屏蔽層的導電率是由連同半導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)表面和外表面的應力控制層，由于是緊貼著絕緣表面的光滑表面，從而減少應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??；避免感應電勢以更好地減少電擊的危險。非屏蔽電纜與接地平面之間的電壓分配，假定從電氣性能來說，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，因而允許用簡單的圖來說明與電纜有關的電壓分配和電場的情況。在屏蔽電纜內(nèi)，導線和屏蔽層之間的等電位面是同心的圓柱面，電壓分配按照簡單的對數(shù)規(guī)律變化，而靜電場則全部被封閉在絕緣層內(nèi)。電力線和應力是均勻的，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力或縱向應力。非屏蔽系統(tǒng)的等電位面是圓柱面，但不和導線同心，以許多不同的電位與電纜表面相交，對于運行高系統(tǒng)的非屏蔽電纜，在電纜的各點上，對地切向漏電應力，可能是在干燥場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、燃燒和對地的破壞性放電都可能發(fā)生。但是，在國家電氣法規(guī)中所描述的正確設計的非屏蔽電纜限制了可達到的表面能量，這種表面能量是來自上述這些作用，它可能會影響電纜的正常使用。

對于運行電壓在1kV以下的電纜，一般采用非屏蔽的結(jié)構，對10kV 以上的電纜則需要將其屏蔽以符合國家電氣法規(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)構能滿足國標的要求。由于屏蔽電纜的價格一般都比非屏蔽電纜貴，同時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。但是直接埋于地下的或在電纜表面可能積集大量導電材料(鹽、煙灰、導電的穿管用潤滑膏)的地方可指定使用屏蔽電纜。

3.控制電纜及其金屬屏蔽

控制電纜應避免同時受絕緣損壞、機械性損傷、著火或電氣干擾等影響不能正常工作。雙重化保護的電流、電壓以及直流電源和跳閘控制回路等需增強可靠性的系統(tǒng)，應采用各自獨立的控制電纜。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、控制回路與強電信號、控制回路；低電平信號與高電平信號回路；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、電磁感應強，較電纜相互間的干擾大。某電廠電腦監(jiān)測系統(tǒng)模擬量低電平信號線與變送器電源線公用一根四芯電纜，引起信號線產(chǎn)生約70V的共模干擾電壓，對以毫伏計的低電平信號回路，顯然影響正常工作。

弱電回路的每一對往返導線，宜屬于同一根控制電纜。強電回路控制電纜，除位于超高壓配電裝置或與高壓電纜緊鄰并行較長，需抑制干擾的情況外，可不含金屬屏蔽。弱電信號、控制回路的控制電纜，當位于存在干擾影響的環(huán)境又不具備有效抗干擾措施時，宜有金屬屏蔽?？刂齐娎|金屬屏蔽型類的選擇，應按可能的電氣干擾影響，計入綜合抑制干擾措施，滿足需降低干擾或過電壓的要求。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。計算機監(jiān)測系統(tǒng)信號回路控制電纜的屏蔽選擇，對于開關量信號，可用總屏蔽。對于高電平模擬信號，宜用對絞線芯總屏蔽，必要時也可用對絞線芯分屏蔽，而對于低電平模擬信號或脈沖量信號，宜用對絞線芯分屏蔽，必要時也可用對絞線芯分屏蔽復合總屏蔽。其他情況，應按電磁感應、靜電感應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)外增加一個接地的備用芯?？刂齐娎|1芯接地時，干擾電壓幅值可降低到50％～25％或更甚，且實施簡便， 增加電纜造價甚微?？刂齐娎|金屬屏蔽的接地方式，對于電腦監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號回路控制電纜屏蔽層，不得構成兩點或多點接地，宜用集中式一點接地。此外需要一點接地情況外的控制電纜屏蔽層，當電磁感應的干擾較大，宜采用兩點接地；靜電感應的干擾較大，可用一點接地。雙重屏蔽或復合式總屏蔽，宜對內(nèi)、外屏蔽分用一點，兩點接地。兩點接地的選擇，還宜考慮在暫態(tài)電流作用下屏蔽層不致被燒熔。

同一往返導線如果分屬兩根電纜，敷設形成環(huán)狀的可能性難避免，在相近電源的電磁線交鏈下會感生電勢，其數(shù)量級往往對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足夠距離，或敷設在鋼管、鋼制封閉式托盤等情況，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，或位于高壓配電裝置且近旁有接地干線等情況，干擾幅值往往對無屏蔽的控制電纜所連接的低電平信號回路等，將產(chǎn)生誤動或絕緣擊穿等影響?？刂齐娎|含有金屬屏蔽時降低干擾的效果，與屏蔽構造型式相關。同時要看到屏蔽構造要求越高，相應投資也越大。有、無金屬屏蔽的控制電纜造價，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)字信號回路的控制電纜屏蔽接地，應使在接地線上的電壓降干擾影響盡量小，基于計算機這類僅1V左右的干擾電壓，就可能引起邏輯錯誤，因而強調(diào)了對計算監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號回路控制電纜抑制干擾的要求，應實行一點接地，而一點接地可有多種實施方式，現(xiàn)以電腦監(jiān)測系統(tǒng)情況，指明是滿足避免接地環(huán)流出現(xiàn)的條件下，集中式的一點接地。配電裝置中接地電網(wǎng)的電流分布，曾測得有接地電流的13％，而110～500kV電壓級短路電流已達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，在導體和屏蔽層之間留出必要的漏電距離，會在暴露的電纜絕緣表面上形成縱向應力。在電纜端部終端裝置上的徑向和縱向電氣應力的綜合作用會導致在該點出現(xiàn)最大應力。但是，這些應力可以加以控制，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，以形成一個錐體，即應力錐。我國配電網(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)點是允許運行溫度高、介質(zhì)損耗低、耐電壓強度高、使用壽命長，其缺點是絕緣材料彎曲性能差，不能在低溫時敷設，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)電纜敷設的水平高差情況分別采用。普通油浸紙絕緣電纜敷設的水平高差僅允許5～20m，滴干型油浸紙絕緣電纜敷設的水平高差允許100～300m，不滴干型油浸絕緣電纜敷設無高差差限制。聚氯乙烯電纜主要優(yōu)點是制造工藝簡便，沒有敷設高差限制，彎曲性能好，耐油、耐酸堿腐蝕，不延燃，價格低。缺點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)構簡單、質(zhì)量輕、載流量大、敷設方便、無高差限制，在配電網(wǎng)得到廣泛應用。