电缆的屏蔽

1.电力电缆的屏蔽定义

用导电或半导电层把电缆的电场封闭在包围着导线的绝缘层中。导电或半导电层紧紧地贴合在绝缘的内表面和外表面上。换句话说，外屏蔽把电场封闭在导线和屏蔽层之间。内屏蔽或绞合应力消除层是处在导线的电位或接近导线的电位，外屏蔽或绝缘屏蔽是为传输电容电流而设计的，在许多情况下还用来传输故障电流。屏蔽层的导电率是由连同半导电层所采用的金属带或线的截面积和电阻率所决定的。在绝缘内表面和外表面的应力控制层，由于是紧贴着绝缘表面的光滑表面，从而减少应力集中并使间隙减到最小。在这种间隙中，空气的电离可能会使某些绝缘材料逐渐损坏，直到最后完全破坏为止。

2.绝缘的屏蔽有各种用途

把电场封闭在电缆内部；平衡绝缘内部的电压梯度，使表面放电减至最小；避免感应电势以更好地减少电击的危险。非屏蔽电缆与接地平面之间的电压分配，假定从电气性能来说，空气和绝缘物是一样的，在接地平面以上的电缆就处于均匀的介电质中，因而允许用简单的图来说明与电缆有关的电压分配和电场的情况。在屏蔽电缆内，导线和屏蔽层之间的等电位面是同心的圆柱面，电压分配按照简单的对数规律变化，而静电场则全部被封闭在绝缘层内。电力线和应力是均匀的，并且是放射的，和等电位面成直角相交，消除了绝缘中或在绝缘表面上的切线应力或纵向应力。非屏蔽系统的等电位面是圆柱面，但不和导线同心，以许多不同的电位与电缆表面相交，对于运行高系统的非屏蔽电缆，在电缆的各点上，对地切向漏电应力，可能是在干燥场所电缆终端的漏电距离正常推荐值的好几倍。在这种情况下，表面的漏电痕迹、燃烧和对地的破坏性放电都可能发生。但是，在国家电气法规中所描述的正确设计的非屏蔽电缆限制了可达到的表面能量，这种表面能量是来自上述这些作用，它可能会影响电缆的正常使用。

对于运行电压在1kV以下的电缆，一般采用非屏蔽的结构，对10kV 以上的电缆则需要将其屏蔽以符合国家电气法规的规定。在1～10kV的范围内， 允许使用屏蔽电缆和非屏蔽电缆，只要其结构能满足国标的要求。由于屏蔽电缆的价格一般都比非屏蔽电缆贵，同时也由于制作屏蔽电缆的终端头需要更加小心和要求留有更大的空间，所以，在1～10kV范围内，一直广泛地使用非屏蔽电缆， 非屏蔽电缆也大量用于10kV电压级。但是直接埋于地下的或在电缆表面可能积集大量导电材料(盐、烟灰、导电的穿管用润滑膏)的地方可指定使用屏蔽电缆。

3.控制电缆及其金属屏蔽

控制电缆应避免同时受绝缘损坏、机械性损伤、着火或电气干扰等影响不能正常工作。双重化保护的电流、电压以及直流电源和跳闸控制回路等需增强可靠性的系统，应采用各自独立的控制电缆。下列情况的回路，相互间不宜合用同一根控制电缆：弱电信号、控制回路与强电信号、控制回路；低电平信号与高电平信号回路；交流断路器分相操作的各相弱电控制回路。同一电缆缆芯之间距离较小，耦合性、电磁感应强，较电缆相互间的干扰大。某电厂电脑监测系统模拟量低电平信号线与变送器电源线公用一根四芯电缆，引起信号线产生约70V的共模干扰电压，对以毫伏计的低电平信号回路，显然影响正常工作。

弱电回路的每一对往返导线，宜属于同一根控制电缆。强电回路控制电缆，除位于超高压配电装置或与高压电缆紧邻并行较长，需抑制干扰的情况外，可不含金属屏蔽。弱电信号、控制回路的控制电缆，当位于存在干扰影响的环境又不具备有效抗干扰措施时，宜有金属屏蔽。控制电缆金属屏蔽型类的选择，应按可能的电气干扰影响，计入综合抑制干扰措施，满足需降低干扰或过电压的要求。位于110kV以上配电装置的弱电控制电缆，宜有总屏蔽、双层式总屏蔽。计算机监测系统信号回路控制电缆的屏蔽选择，对于开关量信号，可用总屏蔽。对于高电平模拟信号，宜用对绞线芯总屏蔽，必要时也可用对绞线芯分屏蔽，而对于低电平模拟信号或脉冲量信号，宜用对绞线芯分屏蔽，必要时也可用对绞线芯分屏蔽复合总屏蔽。其他情况，应按电磁感应、静电感应和地电位升高等影响因素，采用适宜的屏蔽型式。

需降低电气干扰的控制电缆，可在工作芯数外增加一个接地的备用芯。控制电缆1芯接地时，干扰电压幅值可降低到50％～25％或更甚，且实施简便， 增加电缆造价甚微。控制电缆金属屏蔽的接地方式，对于电脑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。此外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。两点接地的选择，还宜考虑在暂态电流作用下屏蔽层不致被烧熔。

同一往返导线如果分属两根电缆，敷设形成环状的可能性难避免，在相近电源的电磁线交链下会感生电势，其数量级往往对弱电回路低电平参数的干扰影响较大。弱电回路控制电缆与电力电缆如果能拉开足够距离，或敷设在钢管、钢制封闭式托盘等情况，可能使外部干扰降至容许限度。否则，一般与电力电缆邻近并行敷设，或位于高压配电装置且近旁有接地干线等情况，干扰幅值往往对无屏蔽的控制电缆所连接的低电平信号回路等，将产生误动或绝缘击穿等影响。控制电缆含有金属屏蔽时降低干扰的效果，与屏蔽构造型式相关。同时要看到屏蔽构造要求越高，相应投资也越大。有、无金属屏蔽的控制电缆造价，约增10％～20％（钢带铠装、钢丝编织总屏蔽）或更大的份额。

电子装置数字信号回路的控制电缆屏蔽接地，应使在接地线上的电压降干扰影响尽量小，基于计算机这类仅1V左右的干扰电压，就可能引起逻辑错误，因而强调了对计算监控系统的模拟信号回路控制电缆抑制干扰的要求，应实行一点接地，而一点接地可有多种实施方式，现以电脑监测系统情况，指明是满足避免接地环流出现的条件下，集中式的一点接地。配电装置中接地电网的电流分布，曾测得有接地电流的13％，而110～500kV电压级短路电流已达35～18kA。

4.屏蔽电缆的方法

在电缆的终端削去一段电缆屏蔽层，在导体和屏蔽层之间留出必要的漏电距离，会在暴露的电缆绝缘表面上形成纵向应力。在电缆端部终端装置上的径向和纵向电气应力的综合作用会导致在该点出现最大应力。但是，这些应力可以加以控制，并将其降低到制作终端装置材料的安全工作范围以内。降低这些应力最普通的方法是用绝缘带逐渐增加电缆终端装置的总绝缘厚度，以形成一个锥体，即应力锥。我国配电网电缆主要使用的有粘性浸渍油纸绝缘电缆、聚氯乙烯电缆及交联聚乙烯电缆及交联聚乙烯电缆等三种。粘性浸渍油纸绝缘电缆优点是允许运行温度高、介质损耗低、耐电压强度高、使用寿命长，其缺点是绝缘材料弯曲性能差，不能在低温时敷设，按浸渍方式有普通油浸纸绝缘、滴干型油浸纸绝缘和不滴干型 油浸纸绝缘三种，可根据电缆敷设的水平高差情况分别采用。普通油浸纸绝缘电缆敷设的水平高差仅允许5～20m，滴干型油浸纸绝缘电缆敷设的水平高差允许100～300m，不滴干型油浸绝缘电缆敷设无高差差限制。聚氯乙烯电缆主要优点是制造工艺简便，没有敷设高差限制，弯曲性能好，耐油、耐酸碱腐蚀，不延燃，价格低。缺点是绝缘电阻较油浸纸绝缘电缆低，介质损耗高，不宜在重要6kV线路上使用。交联聚乙烯电缆性能优良、结构简单、质量轻、载流量大、敷设方便、无高差限制，在配电网得到广泛应用。