对控制电缆终端制作工艺及接地方式的分析
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摘 要：控制电缆具有控制、测量、保护等用途，将金属屏蔽层进行可靠接地，能够起到屏蔽电磁干扰、保护设备安全的作用。本文分析了控制电缆结构与终端制作工艺，围绕电气设备干扰类型及传播途径、控制电缆屏蔽层接地方式、不同接地方式对干扰产生的影响三个层面，探讨了控制电缆接地的合理方式，以供参考。
关键词：控制电缆;终端制作;屏蔽层;接地方式;电磁兼容水平
控制电缆多被运用在变电站二次系统中，具有防水、耐腐蚀、抗干扰等性能优势。当前我国多数220kV以上变电站的电磁环境较为复杂，诸如静电感应、电磁耦合、干扰电压等问题均会影响到设备可靠性与运行效果。通过将电缆金属屏蔽层接地能够削弱外界电磁干扰对芯线造成的影响，保障控制设备安全运行。
1 控制电缆结构与终端制作工艺分析
1.1 控制电缆结构
控制电缆的型号、规格设计应满足GB/T9330.3-2008《塑料绝缘控制电缆》要求，以当前常用的聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套屏蔽控制电缆为例，其型号为KVVP2，电缆结构由内到外分别为电缆芯线、非吸湿性绕包带、铜屏蔽层、聚氯乙烯内绝缘护套、钢铠以及聚氯乙烯外绝缘护套。其中金属屏蔽层主要由一根或多根金属带绕包或金属丝编织结构组成，包含铜带绕包、金属编织、铝/塑复合薄膜带绕包等形式，选取由涂漆或镀锌钢带制成的双金属带沿左向呈螺旋状间隙绕包在内衬层上[1]。
1.2 终端制作工艺
1.2.1 制作前准备环节
在制作材料与工具选择上，需准备好4mm2多股软铜线、焊锡丝、焊锡膏、电源盘、扎带、松香、绝缘自粘带、电缆剥皮工具、螺丝刀、斜口钳、热风枪、热缩管、电烙铁等，作业人员需配备好安全防护措施，严格从专用检修电源处取电，并针对作业环节易出现的交直流串电风险进行防范处理。在作业开始前应检查电缆预留长度，确保电缆长度超出屏顶;在作业过程中需做好电缆位置的固定处理，避免电缆误碰带电端子或引发屏柜空开现象，防范发生误动运行设备、供电系统失电、保护装置失压等问题;在制作控制电缆终端时，针对使用电烙铁等环节需安排专人进行监护，避免人员受伤、设备损毁或埋下火灾隐患，并做好现场废弃物的统一管理。
1.2.2 终端制作工艺
在控制电缆终端制作过程中，其制作步骤大体分为以下六个环节：
其一是选取专用电缆剥皮工具剥开电缆的外绝缘层，注重控制电缆剥离高度与美观性，确保其剥离高度不超出屏柜端子排最下方。
其二是铠装层处理，选取螺丝刀沿反方向将铠装层撬开，利用金属带沿左向螺旋状绕包所产生的力将钢铠快速抽离，随后选取砂纸打磨钢铠需焊接位置，在均匀涂抹焊锡膏后完成接地线的焊接处理，通常应确保外绝缘层与铠装层保持平齐，以两层平齐部位为基准进行外绝缘层的切口处理，并完成铠装层的焊接。
其三是内绝缘层处理，选取专用电缆剥皮工具将内绝缘层剥离，避免引发屏蔽层损失问题，选定距外绝缘层8-10mm处进行环切处理。
其四是屏蔽层处理，针对铜屏蔽层保留约10-15mm的长度，将铜屏蔽层其余部分与非吸湿性绕包层进行全部剥离，采用电烙铁完成屏蔽层接地线的焊接处理，并合理控制焊接温度、焊接时长，避免引发电缆芯线及绝缘层受损问题。
其五是电缆包裹处理，利用绝缘自粘带依次进行电缆芯线、铜屏蔽层与各焊点、内绝缘层、铠装层与焊点的缠绕包裹，确保包裹后外表面的平整度，并且厚度应小于电缆外径。待完成包裹处理后，选取热缩管套在电缆终端外部，确保热缩管直径大于电缆外径、长度超出电缆终端，并选取热风枪进行收口。
其六是利用扎带将电缆固定至屏柜侧面，在完成接地线铜鼻子压接后，将其与位于屏柜内的专用铜排连接，做好电缆两侧处理。随后选取1000V绝缘摇表逐一进行电缆芯线对地绝缘与线间绝缘检测，保障电阻阻值大于10MΩ;针对绝缘性能不符合规程要求的情况，需重新针对芯线完好度进行检查，倘若存在芯线损伤问题需重新敷设电缆、制作电缆终端头，并加强对电缆终端制作工艺的把控，保障其绝缘性能符合要求[2]。
2 控制电缆接地的合理方式探讨
2.1 电气设备干扰类型及传播途径
基于传播介质的差异将电气设备所受电磁干扰划分为以下两种类型：一类是辐射性干扰，以空间介质为传播载体;另一类是传导性干扰，以接地线、电源线为介质传播干扰。基于性质差异将电气设备的电磁耦合划分为以下两种类型：其一是电感耦合，主要指当交变电流流经一次设备时，受电流作用将在控制电缆敷设空间内形成交变磁场，引发原磁场变化，并使控制电缆形成感应电压，诸如互感大小、一次设备间的空间位置等因素均会影响到干扰电压的大小;另一类是电容耦合，在分布电容作用下将使控制电缆形成干扰电压，且高压部分与二次设备的距离将直接影响到电容耦合强度与电气设备所受的干扰大小。在电气设备实际运行环境下，其干扰源的类型较为复杂，干扰源的性质差异也将影响到对二次回路耦合的情况，且相同干扰源对于二次回路存在不同干扰方式，因此还需结合实际干扰源进行抗干扰措施的选取，保障电气设备的电磁兼容水平符合实际运行需求。
2.2 控制电缆屏蔽层接地方式
2.2.1 一端接地情况
通常电厂DCS控制系统内部包含多种集成电路与电子元器件，对于静电干扰具有较强的敏感性，在将其屏蔽层一端接地后可防止控制电缆芯线与外界形成电容，避免随外界电场变化引发充放电现象，克服静电干扰问题。倘若屏蔽层采用两端接地方式，其两端的接地点间存在一定的电位差，且电缆长度越长、电位差越大，由此易导致电缆屏蔽层中形成接地环流，引发设备误动、设备损坏等问题。因此针对DCS控制系统的控制电缆屏蔽层应选用一端接地方式设计，统一在DCS机柜侧位置进行接地处理。
2.2.2 两端接地情况
部分控制电缆敷设在大功率电气设备、高压电气設备等区域，电气设备处于静电干扰、电磁干扰等复杂运行条件下，对于设备运行构成一定威胁。采用两端接地方式进行屏蔽层接地设计，电磁感应在金属屏蔽层表面形成涡流，利用涡流反作用于磁场与感应强度，借此使感应电压下降至未接地状况下的1%以下。由于采用两端接地方式时涉及到接地点的电位差问题，易在电缆屏蔽层内形成环流，因此还需选取等电位接地网设置在屏蔽层两端位置，以此减小接地点间的电位差、克服接地环流问题，实现电缆屏蔽层的可靠接地。 2.2.3 重屏蔽或复合式总屏蔽电缆接地
双重屏蔽或复合式总屏蔽电缆主要用于传输模拟信号，应针对其内层屏蔽层采用一端接地方式设计，消除静电干扰问题造成的影响;针对其外层屏蔽层采用两端接地方式设计，以此降低電磁干扰强度，最大限度消除模拟信号所受干扰。
2.3 不同接地方式对干扰产生的影响
2.3.1 对雷电流的屏蔽效果
以二次电缆屏蔽层的接地方式为例，当变电站内的避雷器遭到雷击后，雷电流将经由接地引下线传入接地网，产生较大的地网电流，在强电磁场的影响下将导致接地体与控制电缆的接地点间产生较大的电位差。在一端接地的情况下，设电位差为Uab、地网电流在回路中产生的磁通为1、感应电势为d1/dt，则控制电缆屏蔽层的不接地端与芯线间的电位差为：
在两端接地的情况下，设电缆屏蔽层电流为I0、穿过回路的磁通为2，则电缆芯线与屏蔽层间的电位差为：
在考虑到电缆屏蔽层电流抵消作用的情况下，将上述两个公式进行比较可以得出，采用两端接地方式所产生的感应电势与电压均小于一端接地方式，因此可以证明针对二次电缆屏蔽层采用两端接地方式具备更好的防过电压能力。同时，通过针对不同接地方式所产生的芯线屏蔽层间电压差进行比较可以发现，在两端接地方式下芯线屏蔽层间产生的干扰电压要低于一端接地，由此证明采用两端接地方式能够收获更好的屏蔽效果，增强控制电缆的抗干扰能力[3]。
2.3.2 对工频大电流的屏蔽效果
在变电站内，当工频短路产生的工频电流流经地网后将会产生地电位干扰，在一端接地的情况下不会形成屏蔽回路，电缆屏蔽层外皮上不会产生感应电流，难以有效屏蔽低频干扰;在采用两端接地方式的情况下，电缆屏蔽层将与接触网形成闭合回路，由此形成的感应电流将产生反向磁通，以此削弱干扰磁通影响。同时，通过采用两端接地方式还能够减小屏蔽回路的纵向阻抗与电阻阻值，增大回路内的感应电流，提升屏蔽效果。因此针对地电位干扰问题，宜选取两端接地方式进行电缆屏蔽层的接地处理，更好地增强控制电缆的屏蔽效果，提升变电站的电磁兼容水平。
3 结论
通过加强对控制电缆终端制作工艺的把控，有助于消除质量通病，保障电缆终端制作的质量与美观性，为后续电气安装环节打下良好基础。在此还应加强对控制电缆接地方式的合理选择，综合考虑控制系统、设备类型与电缆敷设区域的差异性，选取单端接地、两端接地等适宜接地方式，有效克服干扰问题。
参考文献：
[1]付涵，程萌，孙长群，等.一起电缆接地系统故障的处理分析[J].农村电工，2018，（6）：41.
[2]李强，邓云川，李良威.金属层不同接地方式的电缆阻抗参数计算与分析[J].电气化铁道，2017，（1）：49-52.
[3]叶冠豪，吕立翔，洪露.接地不良缺陷对高压XLPE电缆终端的影响[J].电力工程技术，2018，（4）：137-142.
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