电缆的屏蔽与接地

电缆的屏蔽与接地

李祥永1/ 李倩2(1. 中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053； 2. 中国航天科工三院，北京 100074)

摘要电力电缆的电磁干扰问题将成为现代工业中的一个主要问题。通过对电场、磁场屏蔽原理的分析，探讨了几种有效抑制电磁干扰的电缆屏蔽层接地方法。对于三芯电力电缆和二次电缆，应采用屏蔽层两端直接接地的方法。单芯电缆的屏蔽层接地方式要根据电缆屏蔽层上感应电压的计算值来确定。总之，电缆的屏蔽和接地需要根据实际情况选择正确的屏蔽方式，以降低电磁干扰。

关键词电磁干扰屏蔽接地

AbstractThe electromagnetic interference of power cable will become a major problem in modern industry. Based on the analysis of the electric field and the magnetic field shielding principle, several kinds of methods to effectively restrain the electromagnetic interference are discussed. The method of direct grounding on both ends of the shield should be used in the three-core power cable and the secondary cable. The shielding layer grounding method of the single core cable is determined according to the calculated value of the induced voltage on the cable shield layer. In short, in order to reduce the electromagnetic interference, the shielding and grounding of the cable need to choose the correct way according to the actual situation.

Keywordselectromagnetic interference，shielding，grounding

作者简介

0引言

屏蔽电缆的屏蔽层主要由铜、铝等非磁性材料制成，并且厚度很薄，远小于使用频率上金属材料的集肤深度，屏蔽层的效果主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的，而是由于屏蔽层的接地产生的，接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。

1屏蔽

屏蔽和接地的关系十分密切，只有将屏蔽有效接地，才能使屏蔽体上的电荷被“导出”，使屏蔽体内的电流不受到电场和磁场的干扰。屏蔽方式可以根据不同的屏蔽原理分为电场和磁场两种。而在细分过程中电场屏蔽又分为静电场屏蔽和交变电场屏蔽。磁场屏蔽分为高频磁场屏蔽和低频磁场屏蔽两种。

1.1电场屏蔽

静电场屏蔽的性质：导体中内部磁场强度为零。在导体上电场的强度和表面相互垂直，并且在导体的表面形成等势面。电荷分布在导体的表面，电场来源于正电荷，并在负电荷终止。静电屏蔽就是在电场线上形成屏蔽体，起到抑制静电场的作用。

交变电场屏蔽的性质：交变电场由于电路对耦合性的干扰，必须进行控制。干扰源和敏感电路之间必须设置良好的导电性，金属屏蔽处于接地状态，交变电场在敏感电路中需要通过耦合来决定交变电压。所以耦合电容和金属屏蔽之间必须根据金属屏蔽进行良好的接地，变电场在敏感电路的耦合中必须控制干扰电压，电压的反射要通过材料厚度来控制，并且以结构强度作为主要因素。

1.2磁场屏蔽

低频磁场屏蔽的性质：低频磁场的很多屏蔽机理都是根据材料的高导磁材料的特性所使用的，材料具备高导磁性的同时，还具备低磁阻特性。这样就能够防止磁阻特性不进行空间扩散，使磁场的屏蔽发生改变。形成磁屏蔽材料和阻碍导磁反比的情况，磁导率越大，磁阻会相对减小，常用的材料以铁磁材料为主。

高频磁场屏蔽的性质：高频磁场屏蔽和低频磁场屏蔽在形式上十分相同，都是利用导体中的感应电流和磁场相互抵消，形成磁场变化。

屏蔽只有在一个封闭区域内才能够实现，可以说屏蔽是将电流进行集中，而接地则是将电流导出，降低电流对设备、缆线的影响。下面将对地作用和形式进行分析。

2电力电缆的接地方式

2.1三芯电力电缆屏蔽层接地方式

三芯电缆的保护接地一般采用两端接地方式(图1)。常用于电流不大的工程,一般采用三芯电缆。根据《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB 50168—2006)第6.2.8条“三芯电力电缆接头两侧电缆的金属屏蔽层(或金属套)、铠装层应分别连接良好。直埋电缆头的金属外壳及电缆的金属护层应做防腐处理。”第6.2.9条“三芯电力电缆终端处的金属护层必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地。”因此，铠装层也必须接地良好。三芯电缆组成为品字型，能够中和感应电流，使感应电流相互等效。另外三芯电缆的屏蔽层能够消除一定的电磁性干扰，并且不需要通过回路来完成电流屏蔽，极大地提高了电缆供电性能。

图1　三芯电缆金属屏蔽层两端直接接地

2.2单芯电缆屏蔽层接地方式

单芯电缆线路导体中有电流通过时，电缆的屏蔽层会产生感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。电缆线路在出现短路故障、遭受过电压冲击时，电缆护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，甚至可能击穿护套绝缘。因此要注意电缆两端的接地，两端同时接地时电缆金属屏蔽层通过两个接地点与大地构成回路，会产生较大的环流，使电缆在加大载流量的同时造成电能损耗，并且容易使电缆老化，影响线路的正常运行。

1)如果屏蔽层一端直接接地时，另一端加入护层电压限制器进行接地(图2)。

2)如果电缆长度不长，可在线路的中央部位进行单点直接接地，另外在电缆的两端将电缆金属屏蔽层均加装护层电压限制器进行接地(图3)。这种情况相当于两个一端接地方式的串联，故接地点的两端金属屏蔽层为正常运行时工频感应电压的一半。

图2　单芯电缆金属 屏蔽层一端直接接地

图3　单芯电缆金属屏蔽层 中央部位单点直接接地

图4为某垃圾电厂中主变压器10kV侧接线图。工程中10kV侧采用单芯电缆接线，经过计算比较，电缆屏蔽层采用一端直接接地，另一端加入护层电压限制器进行接地的方式，满足规范要求。

图4某工程10kV单芯电缆金属屏蔽层一端直接接地图

3二次电缆屏蔽层接地方式

3.1二次电缆屏蔽层两端接地

二次电缆屏蔽层接地是提高电磁兼容性的主要控制措施之一，两端接地是将屏蔽层中电流进行划分，具体划分为感应电流和噪声电流两种，下面进行逐一分析。感应电流通常是由外界电磁场产生的，它能够和外界电磁场相互抵消；而噪声电流是由电缆自身产生的，在屏蔽层中对电缆芯线的干扰较小。这两种电流特性也使屏蔽层必须利用电流回路来完善屏蔽性，单点接地是无法做到良好的屏蔽效果的，所以二次电缆的屏蔽层都使用两端接地作为主要接地方法。为了提高两端接地的屏蔽效果，通常在接地网中采取均压、分流配套等措施，使屏蔽层的电磁抗干扰能力不断加强，这同时也成为了降低屏蔽层烧毁事故几率最为有效的办法。

3.2计算机、双屏蔽层电缆的屏蔽层接地

在电缆使用过程中，为了消除电磁干扰，通常会使用屏蔽的方式来对电磁干扰进行控制。电缆的屏蔽一方面可以提高电力信息传送的有效性，另一方面能够控制噪音、信号误差、传送失误等多种问题。电缆信号在传播过程中会产生一定的电磁辐射，这种辐射源能够形成电磁污染，通过屏蔽的手段能够对此进行很好的抑制。电缆的屏蔽层在接地后就能够发挥屏蔽作用，目前屏蔽层分为单点接地、双点接地、多点接地几个方面，已经在电气应用中成为主要的技术手段。在双层屏蔽的应用中要注意对屏蔽层的隔离，如果隔离做不好就不能形成双层屏蔽。双层屏蔽和单层屏蔽在接地处理方面有着本质上的区别，单层屏蔽是一端等电位接地，双层屏蔽是在两端等电位接地的基础上，内置一端等电位接地。在单层屏蔽的使用中，一端等电位接地常常被布置在主设备的发射端。

4结论

电缆的屏蔽和接地需要有正确的屏蔽形式，这样才能维持线路的正常工作，所以在处理的过程中要根据实际情况选择正确的屏蔽方式，来降低电磁场的影响。本文对电缆屏蔽与接地方法的选择得出如下结论：

1)对于三芯电力电缆，必须采取双端直接接地。

2)对于单芯电力电缆，当电缆长度不长时，采用一端或中央部位单点直接接地，另一端或两端加装电压限制器。

参考文献

[1]陶蓉，李景禄,林冶,等.控制电缆屏蔽层接地方式的抗干扰分析[J]. 电力科学与技术学报，2007(04)：72-75.

[2]廖晓明.浅谈电力系统二次设备的接地技术[J].科技资讯，2009(11)：106.

[3]高玲,曹春雷,马力.综述电子电气设备中的实用接地技术[J].电脑知识与技术，2010(15).

[4]郭云松,张子东,姚淳,等.电磁兼容中的接地技术[J].电源技术应用，2002(J)：22-25.

李祥永

工程师，现就职于中国五洲工程设计集团有限公司环能院机电所。

李倩

工程师，现就职于中国航天科工三院159厂。

室内防雷注意事项

1、尽量不要拨打、接听有线电话，或使用手机上网，应拔掉电源和电话线等可能将雷电引入的金属导线。2、雷电发生期间不宜淋浴洗澡，因水管与防雷接地相连。3、高层住户还要注意关闭门窗，预防雷电直击室内或者防止侧击雷和球雷的侵入。告诫孩子不要把头或手伸出户外，更不要用手触摸窗户的金属架。4、离开进户的金属水管和与屋顶相连的下水管等。5、进户电源线的绝缘子铁脚应做接地处理，三相插座应连好接地线。6、晾晒衣服被褥等用的铁丝不要拉到窗户、门口，以防铁丝引雷。

Analysis and Countermeasures of Limiting Type Surge Protector Performance

Yu Changsong / Yin Chunsheng / Wang Huaqing / Qiu Wenjun