對控制電纜終端制作工藝及接地方式的分析

何瑤

摘 要：控制電纜具有控制、測量、保護等用途，將金屬屏蔽層進行可靠接地，能夠起到屏蔽電磁干擾、保護設(shè)備安全的作用。本文分析了控制電纜結(jié)構(gòu)與終端制作工藝，圍繞電氣設(shè)備干擾類型及傳播途徑、控制電纜屏蔽層接地方式、不同接地方式對干擾產(chǎn)生的影響三個層面，探討了控制電纜接地的合理方式，以供參考。

關(guān)鍵詞：控制電纜;終端制作;屏蔽層;接地方式;電磁兼容水平

控制電纜多被運用在變電站二次系統(tǒng)中，具有防水、耐腐蝕、抗干擾等性能優(yōu)勢。當(dāng)前我國多數(shù)220kV以上變電站的電磁環(huán)境較為復(fù)雜，諸如靜電感應(yīng)、電磁耦合、干擾電壓等問題均會影響到設(shè)備可靠性與運行效果。通過將電纜金屬屏蔽層接地能夠削弱外界電磁干擾對芯線造成的影響，保障控制設(shè)備安全運行。

1 控制電纜結(jié)構(gòu)與終端制作工藝分析

1.1 控制電纜結(jié)構(gòu)

控制電纜的型號、規(guī)格設(shè)計應(yīng)滿足GB/T9330.3-2008《塑料絕緣控制電纜》要求，以當(dāng)前常用的聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套屏蔽控制電纜為例，其型號為KVVP2，電纜結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外分別為電纜芯線、非吸濕性繞包帶、銅屏蔽層、聚氯乙烯內(nèi)絕緣護套、鋼鎧以及聚氯乙烯外絕緣護套。其中金屬屏蔽層主要由一根或多根金屬帶繞包或金屬絲編織結(jié)構(gòu)組成，包含銅帶繞包、金屬編織、鋁/塑復(fù)合薄膜帶繞包等形式，選取由涂漆或鍍鋅鋼帶制成的雙金屬帶沿左向呈螺旋狀間隙繞包在內(nèi)襯層上[1]。

1.2 終端制作工藝

1.2.1 制作前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

在制作材料與工具選擇上，需準(zhǔn)備好4mm2多股軟銅線、焊錫絲、焊錫膏、電源盤、扎帶、松香、絕緣自粘帶、電纜剝皮工具、螺絲刀、斜口鉗、熱風(fēng)槍、熱縮管、電烙鐵等，作業(yè)人員需配備好安全防護措施，嚴(yán)格從專用檢修電源處取電，并針對作業(yè)環(huán)節(jié)易出現(xiàn)的交直流串電風(fēng)險進行防范處理。在作業(yè)開始前應(yīng)檢查電纜預(yù)留長度，確保電纜長度超出屏頂;在作業(yè)過程中需做好電纜位置的固定處理，避免電纜誤碰帶電端子或引發(fā)屏柜空開現(xiàn)象，防范發(fā)生誤動運行設(shè)備、供電系統(tǒng)失電、保護裝置失壓等問題;在制作控制電纜終端時，針對使用電烙鐵等環(huán)節(jié)需安排專人進行監(jiān)護，避免人員受傷、設(shè)備損毀或埋下火災(zāi)隱患，并做好現(xiàn)場廢棄物的統(tǒng)一管理。

1.2.2 終端制作工藝

在控制電纜終端制作過程中，其制作步驟大體分為以下六個環(huán)節(jié)：

其一是選取專用電纜剝皮工具剝開電纜的外絕緣層，注重控制電纜剝離高度與美觀性，確保其剝離高度不超出屏柜端子排最下方。

其二是鎧裝層處理，選取螺絲刀沿反方向?qū)㈡z裝層撬開，利用金屬帶沿左向螺旋狀繞包所產(chǎn)生的力將鋼鎧快速抽離，隨后選取砂紙打磨鋼鎧需焊接位置，在均勻涂抹焊錫膏后完成接地線的焊接處理，通常應(yīng)確保外絕緣層與鎧裝層保持平齊，以兩層平齊部位為基準(zhǔn)進行外絕緣層的切口處理，并完成鎧裝層的焊接。

其三是內(nèi)絕緣層處理，選取專用電纜剝皮工具將內(nèi)絕緣層剝離，避免引發(fā)屏蔽層損失問題，選定距外絕緣層8-10mm處進行環(huán)切處理。

其四是屏蔽層處理，針對銅屏蔽層保留約10-15mm的長度，將銅屏蔽層其余部分與非吸濕性繞包層進行全部剝離，采用電烙鐵完成屏蔽層接地線的焊接處理，并合理控制焊接溫度、焊接時長，避免引發(fā)電纜芯線及絕緣層受損問題。

其五是電纜包裹處理，利用絕緣自粘帶依次進行電纜芯線、銅屏蔽層與各焊點、內(nèi)絕緣層、鎧裝層與焊點的纏繞包裹，確保包裹后外表面的平整度，并且厚度應(yīng)小于電纜外徑。待完成包裹處理后，選取熱縮管套在電纜終端外部，確保熱縮管直徑大于電纜外徑、長度超出電纜終端，并選取熱風(fēng)槍進行收口。

其六是利用扎帶將電纜固定至屏柜側(cè)面，在完成接地線銅鼻子壓接后，將其與位于屏柜內(nèi)的專用銅排連接，做好電纜兩側(cè)處理。隨后選取1000V絕緣搖表逐一進行電纜芯線對地絕緣與線間絕緣檢測，保障電阻阻值大于10MΩ;針對絕緣性能不符合規(guī)程要求的情況，需重新針對芯線完好度進行檢查，倘若存在芯線損傷問題需重新敷設(shè)電纜、制作電纜終端頭，并加強對電纜終端制作工藝的把控，保障其絕緣性能符合要求[2]。

2 控制電纜接地的合理方式探討

2.1 電氣設(shè)備干擾類型及傳播途徑

基于傳播介質(zhì)的差異將電氣設(shè)備所受電磁干擾劃分為以下兩種類型：一類是輻射性干擾，以空間介質(zhì)為傳播載體;另一類是傳導(dǎo)性干擾，以接地線、電源線為介質(zhì)傳播干擾?；谛再|(zhì)差異將電氣設(shè)備的電磁耦合劃分為以下兩種類型：其一是電感耦合，主要指當(dāng)交變電流流經(jīng)一次設(shè)備時，受電流作用將在控制電纜敷設(shè)空間內(nèi)形成交變磁場，引發(fā)原磁場變化，并使控制電纜形成感應(yīng)電壓，諸如互感大小、一次設(shè)備間的空間位置等因素均會影響到干擾電壓的大小;另一類是電容耦合，在分布電容作用下將使控制電纜形成干擾電壓，且高壓部分與二次設(shè)備的距離將直接影響到電容耦合強度與電氣設(shè)備所受的干擾大小。在電氣設(shè)備實際運行環(huán)境下，其干擾源的類型較為復(fù)雜，干擾源的性質(zhì)差異也將影響到對二次回路耦合的情況，且相同干擾源對于二次回路存在不同干擾方式，因此還需結(jié)合實際干擾源進行抗干擾措施的選取，保障電氣設(shè)備的電磁兼容水平符合實際運行需求。

2.2 控制電纜屏蔽層接地方式

2.2.1 一端接地情況

通常電廠DCS控制系統(tǒng)內(nèi)部包含多種集成電路與電子元器件，對于靜電干擾具有較強的敏感性，在將其屏蔽層一端接地后可防止控制電纜芯線與外界形成電容，避免隨外界電場變化引發(fā)充放電現(xiàn)象，克服靜電干擾問題。倘若屏蔽層采用兩端接地方式，其兩端的接地點間存在一定的電位差，且電纜長度越長、電位差越大，由此易導(dǎo)致電纜屏蔽層中形成接地環(huán)流，引發(fā)設(shè)備誤動、設(shè)備損壞等問題。因此針對DCS控制系統(tǒng)的控制電纜屏蔽層應(yīng)選用一端接地方式設(shè)計，統(tǒng)一在DCS機柜側(cè)位置進行接地處理。

2.2.2 兩端接地情況

部分控制電纜敷設(shè)在大功率電氣設(shè)備、高壓電氣設(shè)備等區(qū)域，電氣設(shè)備處于靜電干擾、電磁干擾等復(fù)雜運行條件下，對于設(shè)備運行構(gòu)成一定威脅。采用兩端接地方式進行屏蔽層接地設(shè)計，電磁感應(yīng)在金屬屏蔽層表面形成渦流，利用渦流反作用于磁場與感應(yīng)強度，借此使感應(yīng)電壓下降至未接地狀況下的1%以下。由于采用兩端接地方式時涉及到接地點的電位差問題，易在電纜屏蔽層內(nèi)形成環(huán)流，因此還需選取等電位接地網(wǎng)設(shè)置在屏蔽層兩端位置，以此減小接地點間的電位差、克服接地環(huán)流問題，實現(xiàn)電纜屏蔽層的可靠接地。

2.2.3 重屏蔽或復(fù)合式總屏蔽電纜接地

雙重屏蔽或復(fù)合式總屏蔽電纜主要用于傳輸模擬信號，應(yīng)針對其內(nèi)層屏蔽層采用一端接地方式設(shè)計，消除靜電干擾問題造成的影響;針對其外層屏蔽層采用兩端接地方式設(shè)計，以此降低電磁干擾強度，最大限度消除模擬信號所受干擾。

2.3 不同接地方式對干擾產(chǎn)生的影響

2.3.1 對雷電流的屏蔽效果

以二次電纜屏蔽層的接地方式為例，當(dāng)變電站內(nèi)的避雷器遭到雷擊后，雷電流將經(jīng)由接地引下線傳入接地網(wǎng)，產(chǎn)生較大的地網(wǎng)電流，在強電磁場的影響下將導(dǎo)致接地體與控制電纜的接地點間產(chǎn)生較大的電位差。在一端接地的情況下，設(shè)電位差為Uab、地網(wǎng)電流在回路中產(chǎn)生的磁通為1、感應(yīng)電勢為d1/dt，則控制電纜屏蔽層的不接地端與芯線間的電位差為：

在兩端接地的情況下，設(shè)電纜屏蔽層電流為I0、穿過回路的磁通為2，則電纜芯線與屏蔽層間的電位差為：

在考慮到電纜屏蔽層電流抵消作用的情況下，將上述兩個公式進行比較可以得出，采用兩端接地方式所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與電壓均小于一端接地方式，因此可以證明針對二次電纜屏蔽層采用兩端接地方式具備更好的防過電壓能力。同時，通過針對不同接地方式所產(chǎn)生的芯線屏蔽層間電壓差進行比較可以發(fā)現(xiàn)，在兩端接地方式下芯線屏蔽層間產(chǎn)生的干擾電壓要低于一端接地，由此證明采用兩端接地方式能夠收獲更好的屏蔽效果，增強控制電纜的抗干擾能力[3]。

2.3.2 對工頻大電流的屏蔽效果

在變電站內(nèi)，當(dāng)工頻短路產(chǎn)生的工頻電流流經(jīng)地網(wǎng)后將會產(chǎn)生地電位干擾，在一端接地的情況下不會形成屏蔽回路，電纜屏蔽層外皮上不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，難以有效屏蔽低頻干擾;在采用兩端接地方式的情況下，電纜屏蔽層將與接觸網(wǎng)形成閉合回路，由此形成的感應(yīng)電流將產(chǎn)生反向磁通，以此削弱干擾磁通影響。同時，通過采用兩端接地方式還能夠減小屏蔽回路的縱向阻抗與電阻阻值，增大回路內(nèi)的感應(yīng)電流，提升屏蔽效果。因此針對地電位干擾問題，宜選取兩端接地方式進行電纜屏蔽層的接地處理，更好地增強控制電纜的屏蔽效果，提升變電站的電磁兼容水平。

3 結(jié)論

通過加強對控制電纜終端制作工藝的把控，有助于消除質(zhì)量通病，保障電纜終端制作的質(zhì)量與美觀性，為后續(xù)電氣安裝環(huán)節(jié)打下良好基礎(chǔ)。在此還應(yīng)加強對控制電纜接地方式的合理選擇，綜合考慮控制系統(tǒng)、設(shè)備類型與電纜敷設(shè)區(qū)域的差異性，選取單端接地、兩端接地等適宜接地方式，有效克服干擾問題。

參考文獻：

[1]付涵，程萌，孫長群，等.一起電纜接地系統(tǒng)故障的處理分析[J].農(nóng)村電工，2018，（6）：41.

[2]李強，鄧云川，李良威.金屬層不同接地方式的電纜阻抗參數(shù)計算與分析[J].電氣化鐵道，2017，（1）：49-52.

[3]葉冠豪，呂立翔，洪露.接地不良缺陷對高壓XLPE電纜終端的影響[J].電力工程技術(shù)，2018，（4）：137-142.