变电所电磁骚扰的防护

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1、第七章变电所电磁骚扰的防护第一节电缆的屏蔽原理第二节变电所设计中应考虑的几个问题第三节交流电源系统中的电磁暂态（电涌）防护第四节提高二次设备抗骚扰能力的措施第五节计算机受电网骚扰的抑制方法既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是不可避免的，那末尽量减小它们对供用电线路、供用电设备绝缘的破坏，尽量降低它们在二次控制、保护线路和设备上的感应量，尽量提高二次设备的抗骚扰能力就成为电力系统电磁骚扰防护研究的主要任务。常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的防护原理和方法。第一节电缆

2、的屏蔽原理敷设在高压导线附近的二次电缆，如果不采取屏蔽措施，一次回路或其它骚扰源会通过容性耦合或感性耦合在电缆芯线上产生骚扰电压。现场的实测表明，在220kV高压母线下方平行放置的一根135m长的无屏蔽的塑料电缆，当用隔离开关切合空载母线时，电缆芯线上的感应电压可达到1500～1600V。如果采用金属外皮的屏蔽电缆,而且电缆外皮两端接地,则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚扰都有明显的抑制作用。为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地的方式。接地点最好选

3、在近端，以降低感应电压。屏蔽电缆的屏蔽作用分为:静电屏蔽低频电磁屏蔽高频电磁屏蔽一、静电屏蔽静电屏蔽适用于抑制容性耦合产生的骚扰。高压母线和电缆之间静电耦合的原理示意图如图7-1(a)所示，其等值电路如图7-1(b)所示。图7-1高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式(a)耦合方式示意图；(b)等值电路在一般情况下，，则电缆外皮上感应电压可按下式近似计算:电缆芯线上的感应电压则为:由上式可以看出，为了降低芯线上的感应电压，应尽量减小电缆外皮电位,最有效的办法是:减小外皮的接地阻抗ZS，将外皮接地点尽量靠

4、近被保护的二次设备，必要时可沿电缆增加接地点。二、低频电磁屏蔽低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生的骚扰。屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用。所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏蔽回路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回路内的感应电流愈大，屏蔽效果愈明显。图7-2阻抗关系图1—骚扰母线；2—电缆芯线；3—电缆外皮屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量。屏蔽系数K0定义为:屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比。忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系数可写成下列形式：式中M13、M2

5、3、M12—各回路间互感系数；R3、L3—屏蔽回路单位长度的电阻和自感。屏蔽电缆的理想屏蔽系数K0不难看出，要减小屏蔽系数,提高屏蔽效果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其自感。当考虑“外皮一大地”回路的横向导纳，即外皮对地的泄漏时(见图7-3)，电缆外皮的实际屏蔽系数可按下列公式计算其中式中K0—外皮的理想屏蔽系数，—骚扰母线和电缆的平行段长度；—电缆的长度；—“外皮—大地”回路的传输常数；Rn—外皮与地之间的泄漏电阻；ZH—外皮终端接地阻抗；Zc—电缆的波阻抗。图7-3计及外皮对地阻抗时的屏蔽原

6、理图提高低频电磁屏蔽效果的措施：(1)减小R3，(减小K0)(2)增大L3，(减小K0)(3)减小端部接地阻抗ZH(4)降低对地泄漏电阻,多点接地(5)在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在铁管中(6)两条结构相同的电缆在同一沟内平行敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的提高。三、高频电磁屏蔽高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射产生的骚扰。高频屏蔽的基本原理:(1)利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽界面反射，减弱骚扰能量(2)利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使骚扰能量进一步减弱。以简单的平面型屏蔽体为例。如图7-4所示，

7、E0及H0分别代表入射的骚扰电场强度和磁场强度，βE0和βH0分别代表在屏蔽体界面上产生的反射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强减弱为:E0及H0，其中为高频屏蔽系数。图7-4平面型屏蔽体的屏蔽作用根据边界条件可求出高频屏蔽系数式中:N—介质波阻抗与屏蔽体波阻抗之比值。b—屏蔽体厚度。高频屏蔽系数决定于()和N，其中代表屏蔽内涡流引起的屏蔽效果；而N则反映了折反射引起的屏蔽效果。从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，铜、铝、铅次之。而从后者考虑，则铜的屏蔽效果最好，钢最差。故在实际中有时采用多层屏蔽保护。第二

8、节变电所设计中应考虑的几个问题在变电所设计中，采用合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施可以避免或减少周围电磁场对二次电缆的骚扰。一、将高、低电平的信号电缆分开---主要抑制容性耦合骚扰电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电容或电感耦合到另一芯线上。据实测，在一段约10m长的多芯塑料电缆的一根芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电压可达60%左右。在这种情况下,无论是将电缆外皮接地或者将备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚扰。有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不同的电缆中。二、二