控制电缆感应电的产生原理及其故障排除

李军

（中国能源建设集团山西省电建三公司，山西 太原 030006）

控制电缆感应电的产生原理及其故障排除

李军

（中国能源建设集团山西省电建三公司，山西 太原 030006）

通过对控制电缆内指定线芯施加交流电压，测量其他线芯感应电压的方法，研究了控制电缆内部线芯感应电压的大小与分布情况。发现除正常的屏蔽层接地外，将电缆备用线芯接地也能很好地抑制感应电。实验数据也表明线芯的感应电压与其距离带电线芯的远近有关，将电缆内相互远离的线芯做为控制合跳闸的公共端与指令线，可以减小感应电对交流控制的影响。对于隔离变做为控制电源的电路，若存在感应电故障，只有将电缆的屏蔽层接在隔离变次级绕组“N”上，才能有效抑制感应电，同时应解除电缆屏蔽接地，不得使隔离变次级绕组回路有接地点。

交流电压；电缆；感应电压

1 交流控制中电缆感应电产生原理

通电导线周围会产生磁场，根据右手螺旋定则，可以确定磁场的方向，如果这个磁场是变化的，那么在这个磁场中将激发出与磁场方向相垂直的涡旋电场。以图1为例，导线a为通电直导线，导线b为紧挨导线a放置的一段开路直导线。在导线a中通入方向向上的直电流，根据右手螺旋定则，在导线a周围将产生一个以它为轴的逆时针方向的环形磁场(从上往下看)。使导线a电流逐渐增大，在随之增强的磁场中会激发出涡旋电场，取图的左侧，导线a磁场的剖面来分析此处涡旋电场的方向。此处导线a的磁场方向是由内指向外，并逐渐增强，根据楞次定律，感应电流的磁场总要阻碍产生此感应电流的原磁通量的变化，此时涡旋电场只有产生一个方向为由外指向内的磁场才能阻碍导线a磁场的增强，根据右手螺旋定则，就能判断出此处涡旋电场中位移电流的方向为顺时针，也就是说此处涡旋电场的方向为顺时针（位移电流不产生热效应和化学效应，但它可以引起变化的磁场，并可存在于真空中）。处在涡旋电场中的导线b中的自由电子在此处电场力的作用下沿电场力的反方向移动，致使导线b的上端聚集了负电荷，下端聚集了正电荷。这时可以把导线b看作是一个电源，电源电动势的方向在其内部规定为负极指向正极，也就是说导线b此时的感生电动势方向为由上指向下，与导线a的电流方向相反。

图1 通电导线磁场

当通电导线a的电流方向不变，电流逐渐减小时，它的磁场也随之减弱，涡旋电场的方向只有逆时针时才能产生一个方向为由内指向外的磁场来阻碍导线a磁场的减弱，这时导线b的感生电动势方向为由下指向上，与导线a的电流方向相同。同理，当导线a通入方向向下且电流逐渐增强的直流电时，图1左侧导线a的磁场方向变为由外指向内，涡旋电场的方向为逆时针，导线b的感生电动势方向为由下指向上，与此时导线a的电流方向相反。当导线a通入方向向下且电流逐渐减小的直流电时，涡旋电场的方向为顺时针，导线b的感生电动势方向为由上指向下，与导线a此时的电流方向相同。由此可知，当导线a通入正弦交流电时，导线b的感生电动势相位滞后于导线a电流相位π/2。

2 交流控制中电缆感应电的抑制和消除方法

2.1 屏蔽接地，择芯选取

分别对具有线芯独立屏蔽层的电缆和只有整体屏蔽层的电缆进行感应电测量比较（实验电源为市电，被测线芯开路）。

经实测，一根长度为75m，规格为19×2.5的独立屏蔽控制电缆（其每2芯包有1层屏蔽，共9对，另外有根单芯，电缆外层有1层钢铠）。对其中一根线芯对地施加230 V交流电压，在所有屏蔽层及钢铠不接地的情况下，与这一加电线芯同处一屏蔽层内的线芯对地感应电压为170 V,电缆其他独立屏蔽层内线芯对地感应电压为160 V。将屏蔽接地后，与加电线芯同处一屏蔽层内的线芯对地感应电压为40 V,电缆其他独立屏蔽层内线芯对地感应电压为0 V。屏蔽层接地有效地消除了屏蔽层内线芯对屏蔽层外带电线芯的电磁感应。

对另一根22m长，规格为12×1.5的整体屏蔽控制电缆（仅有外层屏蔽）进行测试。分别在屏蔽层不接地和屏蔽层接地的情况下，对电缆内圈和外圈某一线芯对地施加230V电压（图2中加粗线芯为加电线芯），其他线芯的对地感应电压详见图2a和图2b。

图2 屏蔽层感应电压

对比图2a和图2b的左右两侧，可以看出屏蔽层的感应电对线芯的感应电压有很强的叠加效应，也再一次证明了控制电缆屏蔽层接地的必要性。而且同一屏蔽层内的线芯对地感应电压也随着距离通电线芯的远近而有所不同，离得最远的感应电压最小，特别是在屏蔽层接地的情况下差别尤其明显，在图2b右侧可以看出离带电线芯最近和最远的线芯感应电压相差53 V。如果选择这种电缆做为控制电缆，只有根据功能合理的选择线芯，才能在最大程度上减少感应电对控制电路的影响。

以上实验获得的线芯对地感应电压是在线芯开路的情况下测得的。如果电缆较短，受电磁感应的线芯接上负载后其感应电压会降得很低，但如果电缆较长（一二百米以上），其感应电容量也会增加，甚至可以启动小功率继电器。所以在选择控制电缆时应尽量选择具有独立屏蔽的电缆，在接线时不要将同一独立屏蔽内的线芯做为控制合、跳闸的公共线和指令线，以免干扰。如果选择整体屏蔽的控制电缆，即使屏蔽接地，其线芯仍有较高的感应电压（详见图2a和图2b），由图2b可以看出电缆内离带电线芯最远的线芯感应电压最小，可以选择相互远离的3根线芯做为控制合、跳闸的公共端和指令线。当然实际中1根电缆可能不止有1根线芯常带电，我们在处理感应电故障时，可以通过实测来挑选感应电压最低的线芯来替换引起故障的感应电压高的线芯。

2.2 备用线芯接地，抑制感应电

同一屏蔽层内任一线芯的感应电对其他线芯的感应电压也都有一定的叠加效果，仍用12×1.5的整体屏蔽控制电缆进行测试。以1号线芯为测量对象，把8号线芯对地加230 V电压（1号线芯为内圈线芯，8号线芯为与1号线芯相邻的外圈线芯），其余线芯连同屏蔽层一同接地，此时测得1号线芯对地感应电压为14 V，然后按照线芯编号顺序依次解除接地，观察1号线芯对地感应电压的变化，测量结果见表1。实验证明，电缆中每一线芯的感应电对其他线芯都有叠加效果。而且从实验结果中发现，在屏蔽层未接地的情况下，电缆里如果有一根线芯接地，对整个电缆线芯的感应电也有很强的抑制作用。把表1的后2组数据换一下实验顺序，使屏蔽层先于12号线芯解除接地，此时1号线芯对地感应电压为102 V，再将12号线芯解除接地后1号线芯的对地感应电压上升到了177 V,也就是说12号线芯对1号线芯感应电压的抑制作用达到了75 V,换其他线芯实验也是相同的结果。对于整体屏蔽的控制电缆，其内部线芯的感应电是无法彻底消除的，将备用芯接地有助于其他线芯感应电压的降低。

表1 1号线芯对地感应电压变化

2.3 隔离继电器

选择功率稍大的继电器做为保护控制装置的隔离继电器。

2.4 控制电缆屏蔽接于隔离变压器副绕组N极

对于控制电源采用隔离变压器的控制回路，控制电缆屏蔽层接地是不能削弱其线芯感应电压的，这是因为隔离变的次级绕组与“大地”是隔离的，不存在电位关系。而隔离变所带的负载都是以隔离变次级绕组“N”出线端作为0电位的，只有将电缆屏蔽层连接到隔离变“N”出线端上，使屏蔽层在隔离变负载回路中电压为0，才能消除电缆屏蔽层感应电对电缆线芯感应电的叠加效应。用以下实验得以证明。

用变比为400/230的隔离变压器做为实验变压器，将其主绕组接入230 V市电，测得隔离变次级绕组输出电压为136 V。仍使用22m长，规格为12×1.5的整体屏蔽控制电缆进行测试，将控制电缆的8号线芯接在隔离变次级绕组“L”出线端上，其他线芯均开路。屏蔽层未做接线时，测得屏蔽层对隔离变次级绕组“N”出线端感应电压为117 V，测得1号线芯对隔离变“N”出线端感应电压为107 V。将电缆的屏蔽层接地后，测得屏蔽层对隔离变“N”出线端感应电压为116 V，1号线芯对隔离变“N”出线端感应电压仍高达106 V。将电缆的屏蔽层取消接地，然后将屏蔽层引出线接在隔离变“N”出线端时，测得1号线芯对隔离变“N”出线端感应电压降为31 V。

需要特别指出的是，隔离变压器属于安全电源，由于它的次级绕组与大地隔离，人单独接触到它的任一条输出线路都不会发生触电，在处理由隔离变引发的感应电问题时，应将控制电缆的屏蔽层只接于隔离变次级绕组的“N”上，绝对不可以再接地，更不能将隔离变次级绕组接地，否则隔离变将失去它做为安全电源的意义。

3 结论

总之，对于线芯独立屏蔽的控制电缆，各屏蔽层之间的感应电影响可以通过屏蔽接地来消除。但对于整体屏蔽的控制电缆，由其内部带电线芯所产生的感应电影响是不可能完全消除的，除了屏蔽层接地外，将备用线芯接地以及通过实测选取感应电压最低的线芯作为合跳闸的指令线，也能很好地减小感应电对控制的影响。

Generation Principle and Trouble Removal of Induced Voltage in Control Cable

LI Jun
（ShanxiNo.3 Electric Power Construction Company of China Energy Engineering Group，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

The induced voltage of control cable core and its distribution are studied by applying AC voltage on the core.Besides shielding layergrounding，itis found thatinduced voltage can beeffectively suppressed with stand-by coresgrounding.Itisalso found that the induced voltage ofcore is related to the distance of the charged core.Conducting the cores thatare faraway from each otheras common terminals and command lines to control tripping could reduce the influence of induced voltage on AC control.When isolation transformer acts as control power，if induced voltage faultoccurs，induced voltage can be suppressed only when the shielding layer is connected to secondarywinding“N”of isolation transformer,andmeanwhile rendering the shielding layer notgrounding so as to avoid the secondary winding circuithavinggrounding points.

AC voltage；cable；induced voltage

TM15

B

1671-（0320）（2015）05-0048-03

2015-05-26，

2015-06-14

李 军（1997），男，山西太原人，1996年毕业于临汾电力技工学校锅炉安装工业，2002年毕业于临汾师范大学成人教育学院电子计算机科学教育专业，助理工程师，从事电气调试工作。