专利名称：屏蔽小室电缆进线接地方法
技术领域：
本发明属于高压输变电工程电磁兼容领域，具体地讲是一种变电站 保护设备屏蔽小室电缆进线接地方法。
背景技术：
我国电力建设飞速发展，目前全国已形成sookv电压等级输电线路
为主千骨架的电力网络，举世瞩目的三峡工程即以5輔kV电压等级为送 出线路等级的输变电工程，三峡工程的投产运行极大的满足了我国经济 社会可持续发展的用电需求。
输变电工程包括输电和变电两个部分，变电站即执行其中的变电任 务。由于变电站带电一次高压设备多,密集程度大，随着电压等级的提 高，电磁环境越发复杂。500kV变电站电压等级高，其开关场地的电磁环 境的复杂性、严酷性，使得人们对这些安装在现场的二次设备的安全性、 工作可靠性等问题提出疑问。为了给现场运行的二次设备提供安全工作 的电磁环境，采用屏蔽小室作为抗干扰的措施来解决保护及下放技术的 应用和强电磁环境的矛盾，是国内500kV变电站建设和运行现行的一种 方式。
由于屏蔽小室的屏蔽效能与其结构是密切相关的，孔洞对屏蔽小室 的屏蔽性能有极大的影响，而过多的孔洞、缝隙将导致屏蔽的完整性损 失，从而使得屏蔽小室失去应有的保护效果。但是由于二次设备的信号 电缆、电力电缆进出屏蔽小室是不可避免的，而如何解决保护小室电缆 穿墙带来的屏蔽失效的问题目前仍未彻底解决,以至于严重影响了屏蔽
小室的结构设计和输变电工程的建设。
发明内容
本发明的目的是从屏蔽小室穿墙电缆结构入手，分析影响屏蔽效能 的因素，针对进出屏蔽小室的电缆的结构，最大限度地减小电缆进出屏 蔽小室的孔洞带来的屏蔽效能损失，而提供一种屏蔽小室电缆进线接地 方法，从而保证屏蔽小室的屏蔽性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的方法是首先总结出变电站的 干扰源的特性和强度，然后分析变电站电磁电缆进出屏蔽小室时屏蔽性
能的改变原因与机理，通过机理的分析确定电缆接地要求，通过对设计
要求选择合理的电缆接地方式，并针对接地方式进行接地装置的开发，
其具体步骤是
第一步骤分析变电站干扰源特性
实施手段总结国内外资料以及针对具体变电站进行干扰源的特性 测试，获取变电站进行干扰源的特性及强度；
第二步骤分析电缆进出屏蔽小室时屏蔽性能的改变原因与机理 电-兹干扰(Electromagnetic Interference)能量通过传导性耦合 和辐射性耦合来进行传输。屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽 体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。由于辐射源分为近区的电 场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能侬据辐射源的不 同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。电屏 蔽的实质是减小两个^^备(或两个电路、组件、元件)间电场感应的影 响。电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下，将干扰源所产生的干扰 终止于由良导体制成的屏蔽体。因此,接地良好及选择良导体做为屏蔽 体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干 扰磁场提供低磁阻的磁通路，从而对干扰磁场进行分流，因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的
两个关键因素。对于实用屏蔽体的关键在于
1) 屏蔽体的导电连续性这指的是整个屏蔽体必须是一个完整的、 连续的导电体。这一点在实现起来十分困难。因为一个完全封闭的屏蔽 体是没有任何使用价值的。如一个实用的机箱上会有很多孔缝造成屏蔽 通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分的结合缝隙等。由 于这些导致导电不连续的因素存在，如果设计人员在设计时没有考虑如 何处理，屏蔽体的屏蔽效能往往很低，甚至没有屏蔽效能。
2) 不能有直接穿过屏蔽体的导体 一个屏蔽效能再高的屏蔽体，一 旦有导线直接穿过，其屏蔽效能会损失99.9% (60cm)以上。但是，实际 总会有电缆进出，如果没有对这些电缆进行妥善的处理(屏蔽或滤波)， 这些电缆会极大的损坏屏蔽体。妥善处理这些电缆是屏蔽设计的重要内 容之一。(穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大)
第三步骤确定电缆接地要求
由分析看来保证屏蔽体屏蔽效能的方式有两种方式，其一是屏蔽体
的导电连续性；其二，因为在屏蔽体上有孔洞是不可避免的，所以开发 相应的滤波装置是妥善处理进出屏蔽体的电缆的方法。 第四步骤选择合理的电缆接地方式
电缆进出屏蔽小室，孔洞是不可避免的，对此只有进行严格密封使
得屏蔽体保持导电的连续性。
通过辐射和传导进入电缆芯线以及屏蔽层的电磁能量在进出屏蔽小 室前导入接地系统，从而保证电缆进出屏蔽小室时不会引起屏蔽效损失。 如何实现对不需要的电磁能量进行接地而保证有用信号与能量继续通过
电缆，这就涉及到电缆接地滤波器的设计。第五步骤才艮据上述四个步骤，提出了以下两种电缆接地方式以及 接地装置
对于进出屏蔽小室的电缆屏蔽层，使用瑞典Roxtec EMC模块(包 括ES和PE两种模块)对电缆屏蔽层进行有效接地，这样使得屏蔽层干 扰信号直接接地流走。
对于宽频带信号，通过在电缆屏蔽层或芯线加装滤波器，滤除干扰 信号，以隔断因电缆进出而引起的屏蔽小室内外电磁能量。
全面解决了变电站二次设备屏蔽小室电缆进出时带来的屏蔽效能的下降 这一问题，为变电站建设提供了进一步的设计指导与可操作性规范。通 过试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高可靠性，可应用于 今后高压输变电工程变电站二次设备屏蔽小室电缆进出时使用。
图1为本发明电缆接地滤波器制作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但该实施例 不应理解为对;^发明的限制。
本发明针对500kV变电站干扰源特性，提出电缆进出二次设备屏蔽 小室时的接地方式与装置，保证了屏蔽小室的屏蔽效能。
1)对以进出屏蔽小室的电缆，《吏得其屏蔽层与屏蔽小室钢筋结构良 好连接，并将一起接地是保证良好屏蔽效能的重要方面。
Roxtec EMC电缆穿隔成为设备周围屏蔽场的一个完整的部分。屏蔽 代表了一个障碍物，阻碍电磁能的输入或输出，不论电磁能是以无线电 频率波的形式传播还是通过电缆屏蔽层传播。以下是电缆穿墙装置的技术效果
捕获电磁波在Roxtec EMC电缆穿隔中，不想要的电磁能被包围在 每根电缆屏蔽层周围的低传输阻抗的导电箔带走或通过垂直于每根电缆 入口的覆盖模块横截面的屏蔽层带走。
转移电磁能通过接地的金属框架传输到地面，框架是RoxtecEMC 系统的一部分。每根电缆屏蔽层360度接地的原因是取消连接点感应的 影响。连接点的感应将会产生依赖阻抗的频率，特别是高频率的时候， 将会影响接地的效果360度低传输阻抗的连接完全取消了任何感应。
阻尼阻尼是一个术语，指交流电路中两点之间的部分阻抗。交流 电路中的两点的阻抗随着电路中电流强度的变化而变化。电磁干扰的阻 尼效应取决于接地系统的i殳计和质量。在高频率(100KHz-l GHz)时的阻 尼同时也取决于穿过电缆穿隔的电缆的根数。
本发明的安装过程安装框架，把电缆穿过框架剥掉电缆外皮，露 出电缆屏蔽层，调整密封模块适配电缆润滑模块上橡胶部分，剥掉导电 箔上的塑料保护薄膜把密封模块和隔层板插入框架，并确保为压紧装置 留出空间，插入Roxtec契形紧块，拧紧螺栓压紧。最后配上楔形紧块ES 护盖确保整个密封系统的电磁兼容性能。
2)电缆接地滤波装置
首先调查变电站干扰源特性
正常运行的变电站中，由于高电压和大电流的存在，产生恒定的工 频电场和磁场。导线等产生的电晕放电形成的无线电干扰。在变电站维
护或检修时，进行隔离刀闸投切空载母线、短线，断路器投切主变、母 线、短线、长线等操作，将产生较为严重的电磁骚扰，包括在空间的暂 态电磁场和通过测量或控制回路在二次设备中产生的暂态传导骚扰。在
7故障或雷击变电站构件时，由于短时大电流进入接地网，在电流的引下
线附近存在较强的短时磁场；同时由于地网中的电位也有较大的差异， 在电缆的外皮和芯线中产生感应的电压和电流。在断路器带负荷动作(投 切有负荷的长线、电抗器或电容器等)时，将产生较高的系统过电压。
通过总结与测量知变电站暂态干扰，最大磁场在几百A/m，最大电场 在几万V/m,频率上限在几兆Hz。
滤波器是由集中参数的电阻电感和电容或分布参数的电阻电感和电 容构成的一种网络，这种网络允许某些频率通过而对其他频率成分加以 抑制。按滤波器类型一般分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、 带阻滤波器、吸收滤波器、有源滤波器和专用滤波器。本发明需要解决 的是上兆Hz的干扰信号，因此应该设计合理的低通滤波器实现。
本发明设计的低通滤波器采用巴特沃斯(BuUerworth)滤波器。设 计过程如下
1)根据干扰特性强度确定滤波器截止频率及阻带衰减特性等数值。 巴特沃斯低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示<formula>formula see original document page 8</formula>其中，n =滤波器的阶数；
coc =截止频率=振幅下降为-3分贝时的频率；
co p =通频带边缘频率；
1/(1 +s2) = lH(co) |2在通频带边缘的数值。. n阶巴特沃斯低通滤波器的振幅和频率关系可用如下的公式表示:
<formula>formula see original document page 8</formula>其中
G表示滤波器的放大率； H表示转移函数； n表示滤波器的级数； w是信号的角频率，以弧度/秒为单位；
2) 根据衰减度求滤波器的阶数 令1/A=G
—10(A2 — 1) 2Z物(w) (3)
例在(《/叫)=2时O/w/o^-0.005
A=200，n=7.6,取大一号整数，即需要8阶巴特沃斯滤波器。
3) 根据规一化的巴特沃斯多项式得滤波器系统函数。
通过2)步得到的阶数n，查找对应的巴特沃斯多项式再经过归一化 获得系统函数H (s)。
4) 根据系统函数利用福斯特(Foster)或考尔(Cauer)综合法获得滤 波器电路。
至此，电缆接地滤波器设计完成。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现 有技术。
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权利要求
1、一种屏蔽小室电缆进线接地方法，采用的方法是对进出屏蔽小室的电缆，采用Roxtec EMC模块使电缆的屏蔽层与屏蔽小室钢筋结构良好连接，并将电缆的屏蔽层和屏蔽小室钢筋一起接地。
2、 如权利要求l所述的屏蔽小室电缆进线接地方法，其特征在于 在电缆屏蔽层与电缆芯线之间加装低通滤波器，滤除干扰信号，以隔断 因电缆进出而引起的屏蔽小室内外电磁能量。
3、 如权利要求2所述的屏蔽小室电缆进线接地方法，其特征在于 低通滤波器釆用巴特沃斯滤波器。
4、 如权利要求2或3所述的屏蔽小室电缆进线接地方法，其特征在 于低通滤波器的制作方法为1) 根据干扰特性强度确定滤波器截止频率及阻带衰减特性等数值；2) 根据衰减度求滤波器的阶数；3) 根据规一化的巴特沃斯多项式得滤波器系统函数；4) 根据系统函数利用福斯特或考尔综合法获得滤波器电路。
全文摘要
本发明涉及一种屏蔽小室电缆进线接地方法，采用的方法是对进出屏蔽小室的电缆，采用Roxtec EMC模块使电缆的屏蔽层与屏蔽小室钢筋结构良好连接，并将电缆的屏蔽层和屏蔽小室钢筋一起接地；并在电缆屏蔽层与电缆芯线之间加装滤波器，滤除干扰信号，以隔断因电缆进出而引起的屏蔽小室内外电磁能量。本发明从屏蔽小室屏蔽原理出发，分析影响屏蔽效能的因素，针对进出屏蔽小室的电缆的结构，进行接地方法研究和装置开发，从而保证了屏蔽小室的屏蔽性能。本发明具有较高准确性，可应用于今后高压输电线路与相邻无线电台站间电磁防护间距的精确计算。
文档编号H01B13/00GK101567525SQ20091006065
公开日2009年10月28日 申请日期2009年1月24日 优先权日2009年1月24日
发明者万保权, 张小武, 张广洲, 勤 王, 虹 蒋, 谢辉春, 雄 邬 申请人:国网电力科学研究院