專利名稱：屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓輸變電工程電磁兼容領(lǐng)域，具體地講是一種變電站 保護(hù)設(shè)備屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法。
背景技術(shù)：
我國電力建設(shè)飛速發(fā)展，目前全國已形成sookv電壓等級輸電線路
為主千骨架的電力網(wǎng)絡(luò)，舉世矚目的三峽工程即以5輔kV電壓等級為送 出線路等級的輸變電工程，三峽工程的投產(chǎn)運(yùn)行極大的滿足了我國經(jīng)濟(jì) 社會可持續(xù)發(fā)展的用電需求。
輸變電工程包括輸電和變電兩個部分，變電站即執(zhí)行其中的變電任 務(wù)。由于變電站帶電一次高壓設(shè)備多,密集程度大，隨著電壓等級的提 高，電磁環(huán)境越發(fā)復(fù)雜。500kV變電站電壓等級高，其開關(guān)場地的電磁環(huán) 境的復(fù)雜性、嚴(yán)酷性，使得人們對這些安裝在現(xiàn)場的二次設(shè)備的安全性、 工作可靠性等問題提出疑問。為了給現(xiàn)場運(yùn)行的二次設(shè)備提供安全工作 的電磁環(huán)境，采用屏蔽小室作為抗干擾的措施來解決保護(hù)及下放技術(shù)的 應(yīng)用和強(qiáng)電磁環(huán)境的矛盾，是國內(nèi)500kV變電站建設(shè)和運(yùn)行現(xiàn)行的一種 方式。
由于屏蔽小室的屏蔽效能與其結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，孔洞對屏蔽小室 的屏蔽性能有極大的影響，而過多的孔洞、縫隙將導(dǎo)致屏蔽的完整性損 失，從而使得屏蔽小室失去應(yīng)有的保護(hù)效果。但是由于二次設(shè)備的信號 電纜、電力電纜進(jìn)出屏蔽小室是不可避免的，而如何解決保護(hù)小室電纜 穿墻帶來的屏蔽失效的問題目前仍未徹底解決,以至于嚴(yán)重影響了屏蔽
小室的結(jié)構(gòu)設(shè)計和輸變電工程的建設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是從屏蔽小室穿墻電纜結(jié)構(gòu)入手，分析影響屏蔽效能 的因素，針對進(jìn)出屏蔽小室的電纜的結(jié)構(gòu)，最大限度地減小電纜進(jìn)出屏 蔽小室的孔洞帶來的屏蔽效能損失，而提供一種屏蔽小室電纜進(jìn)線接地 方法，從而保證屏蔽小室的屏蔽性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法是首先總結(jié)出變電站的 干擾源的特性和強(qiáng)度，然后分析變電站電磁電纜進(jìn)出屏蔽小室時屏蔽性
能的改變原因與機(jī)理，通過機(jī)理的分析確定電纜接地要求，通過對設(shè)計
要求選擇合理的電纜接地方式，并針對接地方式進(jìn)行接地裝置的開發(fā)，
其具體步驟是
第一步驟分析變電站干擾源特性
實施手段總結(jié)國內(nèi)外資料以及針對具體變電站進(jìn)行干擾源的特性 測試，獲取變電站進(jìn)行干擾源的特性及強(qiáng)度；
第二步驟分析電纜進(jìn)出屏蔽小室時屏蔽性能的改變原因與機(jī)理 電-茲干擾(Electromagnetic Interference)能量通過傳導(dǎo)性耦合 和輻射性耦合來進(jìn)行傳輸。屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽 體，將電磁波局限于某一區(qū)域內(nèi)的一種方法。由于輻射源分為近區(qū)的電 場源、磁場源和遠(yuǎn)區(qū)的平面波，因此屏蔽體的屏蔽性能儂據(jù)輻射源的不 同，在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀和對孔縫泄漏控制等方面都有所不同。電屏 蔽的實質(zhì)是減小兩個^^備(或兩個電路、組件、元件)間電場感應(yīng)的影 響。電屏蔽的原理是在保證良好接地的條件下，將干擾源所產(chǎn)生的干擾 終止于由良導(dǎo)體制成的屏蔽體。因此,接地良好及選擇良導(dǎo)體做為屏蔽 體是電屏蔽能否起作用的兩個關(guān)鍵因素。磁屏蔽的原理是由屏蔽體對干 擾磁場提供低磁阻的磁通路，從而對干擾磁場進(jìn)行分流，因而選擇鋼、鐵、坡莫合金等高磁導(dǎo)率的材料和設(shè)計盒、殼等封閉殼體成為磁屏蔽的
兩個關(guān)鍵因素。對于實用屏蔽體的關(guān)鍵在于
1) 屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性這指的是整個屏蔽體必須是一個完整的、 連續(xù)的導(dǎo)電體。這一點(diǎn)在實現(xiàn)起來十分困難。因為一個完全封閉的屏蔽 體是沒有任何使用價值的。如一個實用的機(jī)箱上會有很多孔縫造成屏蔽 通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分的結(jié)合縫隙等。由 于這些導(dǎo)致導(dǎo)電不連續(xù)的因素存在，如果設(shè)計人員在設(shè)計時沒有考慮如 何處理，屏蔽體的屏蔽效能往往很低，甚至沒有屏蔽效能。
2) 不能有直接穿過屏蔽體的導(dǎo)體 一個屏蔽效能再高的屏蔽體，一 旦有導(dǎo)線直接穿過，其屏蔽效能會損失99.9% (60cm)以上。但是，實際 總會有電纜進(jìn)出，如果沒有對這些電纜進(jìn)行妥善的處理(屏蔽或濾波)， 這些電纜會極大的損壞屏蔽體。妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計的重要內(nèi) 容之一。(穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時比孔縫的危害更大)
第三步驟確定電纜接地要求
由分析看來保證屏蔽體屏蔽效能的方式有兩種方式，其一是屏蔽體
的導(dǎo)電連續(xù)性；其二，因為在屏蔽體上有孔洞是不可避免的，所以開發(fā) 相應(yīng)的濾波裝置是妥善處理進(jìn)出屏蔽體的電纜的方法。 第四步驟選擇合理的電纜接地方式
電纜進(jìn)出屏蔽小室，孔洞是不可避免的，對此只有進(jìn)行嚴(yán)格密封使
得屏蔽體保持導(dǎo)電的連續(xù)性。
通過輻射和傳導(dǎo)進(jìn)入電纜芯線以及屏蔽層的電磁能量在進(jìn)出屏蔽小 室前導(dǎo)入接地系統(tǒng)，從而保證電纜進(jìn)出屏蔽小室時不會引起屏蔽效損失。 如何實現(xiàn)對不需要的電磁能量進(jìn)行接地而保證有用信號與能量繼續(xù)通過
電纜，這就涉及到電纜接地濾波器的設(shè)計。第五步驟才艮據(jù)上述四個步驟，提出了以下兩種電纜接地方式以及 接地裝置
對于進(jìn)出屏蔽小室的電纜屏蔽層，使用瑞典Roxtec EMC模塊(包 括ES和PE兩種模塊)對電纜屏蔽層進(jìn)行有效接地，這樣使得屏蔽層干 擾信號直接接地流走。
對于寬頻帶信號，通過在電纜屏蔽層或芯線加裝濾波器，濾除干擾 信號，以隔斷因電纜進(jìn)出而引起的屏蔽小室內(nèi)外電磁能量。
全面解決了變電站二次設(shè)備屏蔽小室電纜進(jìn)出時帶來的屏蔽效能的下降 這一問題，為變電站建設(shè)提供了進(jìn)一步的設(shè)計指導(dǎo)與可操作性規(guī)范。通 過試驗所獲得的試驗數(shù)據(jù)對比證明，本發(fā)明具有較高可靠性，可應(yīng)用于 今后高壓輸變電工程變電站二次設(shè)備屏蔽小室電纜進(jìn)出時使用。


圖1為本發(fā)明電纜接地濾波器制作流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但該實施例 不應(yīng)理解為對;^發(fā)明的限制。
本發(fā)明針對500kV變電站干擾源特性，提出電纜進(jìn)出二次設(shè)備屏蔽 小室時的接地方式與裝置，保證了屏蔽小室的屏蔽效能。
1)對以進(jìn)出屏蔽小室的電纜，《吏得其屏蔽層與屏蔽小室鋼筋結(jié)構(gòu)良 好連接，并將一起接地是保證良好屏蔽效能的重要方面。
Roxtec EMC電纜穿隔成為設(shè)備周圍屏蔽場的一個完整的部分。屏蔽 代表了一個障礙物，阻礙電磁能的輸入或輸出，不論電磁能是以無線電 頻率波的形式傳播還是通過電纜屏蔽層傳播。以下是電纜穿墻裝置的技術(shù)效果
捕獲電磁波在Roxtec EMC電纜穿隔中，不想要的電磁能被包圍在 每根電纜屏蔽層周圍的低傳輸阻抗的導(dǎo)電箔帶走或通過垂直于每根電纜 入口的覆蓋模塊橫截面的屏蔽層帶走。
轉(zhuǎn)移電磁能通過接地的金屬框架傳輸?shù)降孛?，框架是RoxtecEMC 系統(tǒng)的一部分。每根電纜屏蔽層360度接地的原因是取消連接點(diǎn)感應(yīng)的 影響。連接點(diǎn)的感應(yīng)將會產(chǎn)生依賴阻抗的頻率，特別是高頻率的時候， 將會影響接地的效果360度低傳輸阻抗的連接完全取消了任何感應(yīng)。
阻尼阻尼是一個術(shù)語，指交流電路中兩點(diǎn)之間的部分阻抗。交流 電路中的兩點(diǎn)的阻抗隨著電路中電流強(qiáng)度的變化而變化。電磁干擾的阻 尼效應(yīng)取決于接地系統(tǒng)的i殳計和質(zhì)量。在高頻率(100KHz-l GHz)時的阻 尼同時也取決于穿過電纜穿隔的電纜的根數(shù)。
本發(fā)明的安裝過程安裝框架，把電纜穿過框架剝掉電纜外皮，露 出電纜屏蔽層，調(diào)整密封模塊適配電纜潤滑模塊上橡膠部分，剝掉導(dǎo)電 箔上的塑料保護(hù)薄膜把密封模塊和隔層板插入框架，并確保為壓緊裝置 留出空間，插入Roxtec契形緊塊，擰緊螺栓壓緊。最后配上楔形緊塊ES 護(hù)蓋確保整個密封系統(tǒng)的電磁兼容性能。
2)電纜接地濾波裝置
首先調(diào)查變電站干擾源特性
正常運(yùn)行的變電站中，由于高電壓和大電流的存在，產(chǎn)生恒定的工 頻電場和磁場。導(dǎo)線等產(chǎn)生的電暈放電形成的無線電干擾。在變電站維
護(hù)或檢修時，進(jìn)行隔離刀閘投切空載母線、短線，斷路器投切主變、母 線、短線、長線等操作，將產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁騷擾，包括在空間的暫 態(tài)電磁場和通過測量或控制回路在二次設(shè)備中產(chǎn)生的暫態(tài)傳導(dǎo)騷擾。在
7故障或雷擊變電站構(gòu)件時，由于短時大電流進(jìn)入接地網(wǎng)，在電流的引下
線附近存在較強(qiáng)的短時磁場；同時由于地網(wǎng)中的電位也有較大的差異， 在電纜的外皮和芯線中產(chǎn)生感應(yīng)的電壓和電流。在斷路器帶負(fù)荷動作(投 切有負(fù)荷的長線、電抗器或電容器等)時，將產(chǎn)生較高的系統(tǒng)過電壓。
通過總結(jié)與測量知變電站暫態(tài)干擾，最大磁場在幾百A/m，最大電場 在幾萬V/m,頻率上限在幾兆Hz。
濾波器是由集中參數(shù)的電阻電感和電容或分布參數(shù)的電阻電感和電 容構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)允許某些頻率通過而對其他頻率成分加以 抑制。按濾波器類型一般分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、 帶阻濾波器、吸收濾波器、有源濾波器和專用濾波器。本發(fā)明需要解決 的是上兆Hz的干擾信號，因此應(yīng)該設(shè)計合理的低通濾波器實現(xiàn)。
本發(fā)明設(shè)計的低通濾波器采用巴特沃斯(BuUerworth)濾波器。設(shè) 計過程如下
1)根據(jù)干擾特性強(qiáng)度確定濾波器截止頻率及阻帶衰減特性等數(shù)值。 巴特沃斯低通濾波器可用如下振幅的平方對頻率的公式表示<formula>formula see original document page 8</formula>其中，n =濾波器的階數(shù)；
coc =截止頻率=振幅下降為-3分貝時的頻率；
co p =通頻帶邊緣頻率；
1/(1 +s2) = lH(co) |2在通頻帶邊緣的數(shù)值。. n階巴特沃斯低通濾波器的振幅和頻率關(guān)系可用如下的公式表示:
<formula>formula see original document page 8</formula>其中
G表示濾波器的放大率； H表示轉(zhuǎn)移函數(shù)； n表示濾波器的級數(shù)； w是信號的角頻率，以弧度/秒為單位；
2) 根據(jù)衰減度求濾波器的階數(shù) 令1/A=G
—10(A2 — 1) 2Z物(w) (3)
例在(《/叫)=2時O/w/o^-0.005
A=200，n=7.6,取大一號整數(shù)，即需要8階巴特沃斯濾波器。
3) 根據(jù)規(guī)一化的巴特沃斯多項式得濾波器系統(tǒng)函數(shù)。
通過2)步得到的階數(shù)n，查找對應(yīng)的巴特沃斯多項式再經(jīng)過歸一化 獲得系統(tǒng)函數(shù)H (s)。
4) 根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)利用福斯特(Foster)或考爾(Cauer)綜合法獲得濾 波器電路。
至此，電纜接地濾波器設(shè)計完成。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn) 有技術(shù)。
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權(quán)利要求
1、一種屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法，采用的方法是對進(jìn)出屏蔽小室的電纜，采用Roxtec EMC模塊使電纜的屏蔽層與屏蔽小室鋼筋結(jié)構(gòu)良好連接，并將電纜的屏蔽層和屏蔽小室鋼筋一起接地。
2、 如權(quán)利要求l所述的屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法，其特征在于 在電纜屏蔽層與電纜芯線之間加裝低通濾波器，濾除干擾信號，以隔斷 因電纜進(jìn)出而引起的屏蔽小室內(nèi)外電磁能量。
3、 如權(quán)利要求2所述的屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法，其特征在于 低通濾波器釆用巴特沃斯濾波器。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法，其特征在 于低通濾波器的制作方法為1) 根據(jù)干擾特性強(qiáng)度確定濾波器截止頻率及阻帶衰減特性等數(shù)值；2) 根據(jù)衰減度求濾波器的階數(shù)；3) 根據(jù)規(guī)一化的巴特沃斯多項式得濾波器系統(tǒng)函數(shù)；4) 根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)利用福斯特或考爾綜合法獲得濾波器電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屏蔽小室電纜進(jìn)線接地方法，采用的方法是對進(jìn)出屏蔽小室的電纜，采用Roxtec EMC模塊使電纜的屏蔽層與屏蔽小室鋼筋結(jié)構(gòu)良好連接，并將電纜的屏蔽層和屏蔽小室鋼筋一起接地；并在電纜屏蔽層與電纜芯線之間加裝濾波器，濾除干擾信號，以隔斷因電纜進(jìn)出而引起的屏蔽小室內(nèi)外電磁能量。本發(fā)明從屏蔽小室屏蔽原理出發(fā)，分析影響屏蔽效能的因素，針對進(jìn)出屏蔽小室的電纜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行接地方法研究和裝置開發(fā)，從而保證了屏蔽小室的屏蔽性能。本發(fā)明具有較高準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于今后高壓輸電線路與相鄰無線電臺站間電磁防護(hù)間距的精確計算。
文檔編號H01B13/00GK101567525SQ20091006065
公開日2009年10月28日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者萬保權(quán), 張小武, 張廣洲, 勤 王, 虹 蔣, 謝輝春, 雄 鄔 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院