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摘要：电厂内空间受限，电气设备众多，电缆交错并行在所难免。为了避免相互之间的干扰，通过会采用屏蔽的方式，然而很多时候不注重接地的采用，而导致屏蔽的效果不佳。本文对各种屏蔽方式对接地进行了分析和探讨。
关键词：电缆；屏蔽；接地
1 引言
电厂内空间受限，电气设备众多，电缆交错并行在所难免。为了避免相互之间的干扰，通过会采用屏蔽的方式，然而很多时候未采取正确的屏蔽方式，而导致屏蔽的效果不佳。笔者对各种屏蔽方式对接地进行了分析和探讨。
2 干扰引入途径
干扰主要通过导线传输或者空间电磁耦合的方式进行传输。
2.1导线传输干扰
实际的传输导线都存在分布电容和电感，导线的传输干扰绝大部分是由导线的分布参数引起的。尤其在传送频率高的情况下，分布参数影响更大。
2.1.1共阻抗耦合
当设备或原件共用电源或地线时，会产生共阻抗耦合。
1）共电源阻抗耦合
当多个电路由同一电源供电时会产生共电源阻抗耦合。
如果其中一个电路的频率升高，电源内阻与线阻将增加（感抗起作用），这样这个电路中的高频噪声、脉冲噪声以及浪涌产生压降叠加在电源上送到另一个电路。这种情况下电路必须各自供电。
2）共地线耦合
多个回路共用一个地线会产生共地线耦合。
接地线的功能是保持零点位，理论上当没有电流流过时，多个电路之间不会产生干扰。但是实际上接地线也有阻抗，主要是高频产生的感抗，电阻很小可以忽略不计。如果其中一个电路产生高频噪声引起接地阻抗升高，那么将会在接地导线产生压降而影响另外的电路。这种情况下应将地线分开或就近接地，使接地线尽量短。
2.1.2差模干扰与共模干扰
1）差模干扰
干扰源通过磁场耦合在两根导线和设备构成的回路上产生感应电压，进而产生差模干扰电流。
两根导线上的差模电流大小相等、方向相反，差模电流直接叠加在有用信号上。减少回路的面积可以有效减少差模干扰。
2）共模干扰
干扰源通过电场耦合在导线与系统地构成的回路上产生的感应电压，进而产生共模干扰。
共模电流方向相同，由于回路的阻抗不同，在负载端产生差模电压而影响有用信号。使用屏蔽线、平衡电路、光纤传输等可以有效减少共模干扰。例如RS422/485采用了差动平衡电路，传输距离比RS232显著增长。
3 屏蔽
屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。
根据电场、磁场以及低频、高频的不同，采用不同的屏蔽方法：
3.1 电场屏蔽
如果空间存在一静电场，将一个封闭的金属盒放入该静电场中，根据静电感应原理，在金属盒的两侧分别感应出等量的正负电荷，金属盒中没有电荷，是等电位的，金属盒无论是否接地，在金属盒内都没有感应的静电场。
如果是主动屏蔽，使用金属盒将一孤立带有电荷的导体包住，在金属盒外仍然会有感应电荷，如果将金属盒接地则金属盒外感应电荷消失。所以对静电场的主动屏蔽，屏蔽体必须接地。
屏蔽交变电场中也必须接地。
3.2 磁场屏蔽
在直流或者低频场<10kHz的情况下，选择低磁阻抗的材料作为屏蔽（高导磁率）。用它们传导磁力线削弱内部场强。
在高频情况下使用涡流产生反磁场抵消干扰源产生的磁场，从而达到屏蔽作用。按照伦兹定律，漩涡电流会产生一个磁场，并且会因此而削弱原有的磁场。磁力线穿过金属板后产生涡流，涡流产生的反向磁场削弱原有的磁场。屏蔽体的电阻越小，产生的涡流越大，屏蔽的效果越好，所以在高频应选择导电良好的良导体。
例如，屏蔽盒上开孔，开孔的位置必须顺着涡流方向，如果开孔阻断涡流的通路，将大大影响屏蔽的效果。所以在电气柜安装中尽量将开孔面积减小，如果在柜门安装玻璃也会影响电场、磁场屏蔽效果。
当环路中有电流流过，环路将向外产生辐射，辐射的大小与环路的面积成正比，同样将回路放置于磁场中，环路也将感应出电流，感应电流得到大小与环路的面积成正比，减少环路的面积既能够减少干扰的辐射又可以抑制环路受外界的干扰。所以双绞线在主动、被动屏蔽的方式下都可以对磁场进行屏蔽。
4 电缆的屏蔽接地
屏蔽电缆的屏蔽层主要由铜、铝等非磁性材料制成，并且厚度很薄，远小于使用频率上金属材料的集肤深度，屏蔽层的效果主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的，而是由于屏蔽层的接地产生的，接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。对于电场、磁场屏蔽层的接地方式不同。
4.1 电场的屏蔽接地
干扰源通过分布电容对敏感设备进行串扰。如果敏感设备使用屏蔽电缆，屏蔽层是否能够对电场产生干扰源进行屏蔽。
4.1.1 屏蔽层不接地
由于屏蔽层采用多芯屏蔽网，增加了耦合量，反而增加信号的干扰。
4.1.2 屏蔽层单端接地
如果将屏蔽层接地，则不会再耦合导线的线芯，从而达到屏蔽的效果。
在低频的情况下单端接地的可以达到很好的屏蔽效果，但是如果频率升高（大于20kHz）或导线过长，就需要考虑屏蔽层的阻抗（高频时感抗远远大于线上的阻抗），屏蔽的效果被消减，这时需要多点接地或每隔接一次地，从而保证屏蔽层零电位。
4.2 磁场的屏蔽接地
频率低的情况下选择低磁阻抗的材料（高磁导率）作为屏蔽，利用它们传导磁力线以削弱内部场强；频率高的情况下利用涡流效应以削弱源磁场达到屏蔽的作用。
4.2.1 屏蔽层单端接地或不接地
在干扰源产生的磁场中，电缆屏蔽层通过其产生的感应电动势，在屏蔽层产生反向电流，形成反向磁场，从而消减干扰源产生的磁场，达到屏蔽作用，如果屏蔽层单端接地或不接地，感应电动势在屏蔽层不能反向电流，达不到屏蔽作用，不会减少干扰源回路的磁场辐射。
4.2.2 屏蔽层双端接地
屏蔽层双端接地能够较好的减少干扰源回路的磁场辐射。
5电缆屏蔽接地总结
对于电源电缆，通常是无屏蔽层，或者是采用屏蔽层的接地方式。
对于数字量电缆，通常采用屏蔽层双端接地或者多点接地等方式。
屏蔽电场信号，必须接地。
屏蔽磁场信号，必须要采用多点接地，且采用磁阻比较小的材料。
对于模拟量电缆，通常采用屏蔽层单端接地，电气隔离（光电耦合器、隔离放大器等）等方式。对于特别容易受到的干扰的微弱信号，采用同轴电缆，并可靠的单端接地。
通常可以采用下列方式：
1）电缆屏蔽层单端接地能够避免屏蔽层上的低频电流噪声。
2）对于电源的工频干扰，可以采用屏蔽电缆、增大距离等方式。
3）对模拟量信号的屏蔽，必须要良好的单端接地。
4）低磁导率的铝箔屏蔽层接地后可以用于屏蔽电场干扰，但是屏蔽磁场效果不佳。
5）对于布线的时候，需要注意回路面积减少。
通過对干扰的主要方式以及屏蔽分析，可以更好的做好相关的电缆之间的防护，减少干扰和设备误动作。对于电厂经济运行有着非常重要的意义。
参考文献：
[1]郭新，高超等，电缆屏蔽层接地不良导致母线假接地故障分析[J]，维修技术，2014（3）：23-32
[2]杨俊秀，赵文来，鲍佳等，静电场中静电屏蔽的Ansoft求解[J]，电气电子教学学报，2011（10）：99-101
[3]卢志华，电力电缆金属屏蔽层接地方式的探讨[J]，科学创新与应用，2014（14）：166
关键词：电缆；屏蔽；接地
1 引言
电厂内空间受限，电气设备众多，电缆交错并行在所难免。为了避免相互之间的干扰，通过会采用屏蔽的方式，然而很多时候未采取正确的屏蔽方式，而导致屏蔽的效果不佳。笔者对各种屏蔽方式对接地进行了分析和探讨。
2 干扰引入途径
干扰主要通过导线传输或者空间电磁耦合的方式进行传输。
2.1导线传输干扰
实际的传输导线都存在分布电容和电感，导线的传输干扰绝大部分是由导线的分布参数引起的。尤其在传送频率高的情况下，分布参数影响更大。
2.1.1共阻抗耦合
当设备或原件共用电源或地线时，会产生共阻抗耦合。
1）共电源阻抗耦合
当多个电路由同一电源供电时会产生共电源阻抗耦合。
如果其中一个电路的频率升高，电源内阻与线阻将增加（感抗起作用），这样这个电路中的高频噪声、脉冲噪声以及浪涌产生压降叠加在电源上送到另一个电路。这种情况下电路必须各自供电。
2）共地线耦合
多个回路共用一个地线会产生共地线耦合。
接地线的功能是保持零点位，理论上当没有电流流过时，多个电路之间不会产生干扰。但是实际上接地线也有阻抗，主要是高频产生的感抗，电阻很小可以忽略不计。如果其中一个电路产生高频噪声引起接地阻抗升高，那么将会在接地导线产生压降而影响另外的电路。这种情况下应将地线分开或就近接地，使接地线尽量短。
2.1.2差模干扰与共模干扰
1）差模干扰
干扰源通过磁场耦合在两根导线和设备构成的回路上产生感应电压，进而产生差模干扰电流。
两根导线上的差模电流大小相等、方向相反，差模电流直接叠加在有用信号上。减少回路的面积可以有效减少差模干扰。
2）共模干扰
干扰源通过电场耦合在导线与系统地构成的回路上产生的感应电压，进而产生共模干扰。
共模电流方向相同，由于回路的阻抗不同，在负载端产生差模电压而影响有用信号。使用屏蔽线、平衡电路、光纤传输等可以有效减少共模干扰。例如RS422/485采用了差动平衡电路，传输距离比RS232显著增长。
3 屏蔽
屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。
根据电场、磁场以及低频、高频的不同，采用不同的屏蔽方法：
3.1 电场屏蔽
如果空间存在一静电场，将一个封闭的金属盒放入该静电场中，根据静电感应原理，在金属盒的两侧分别感应出等量的正负电荷，金属盒中没有电荷，是等电位的，金属盒无论是否接地，在金属盒内都没有感应的静电场。
如果是主动屏蔽，使用金属盒将一孤立带有电荷的导体包住，在金属盒外仍然会有感应电荷，如果将金属盒接地则金属盒外感应电荷消失。所以对静电场的主动屏蔽，屏蔽体必须接地。
屏蔽交变电场中也必须接地。
3.2 磁场屏蔽
在直流或者低频场<10kHz的情况下，选择低磁阻抗的材料作为屏蔽（高导磁率）。用它们传导磁力线削弱内部场强。
在高频情况下使用涡流产生反磁场抵消干扰源产生的磁场，从而达到屏蔽作用。按照伦兹定律，漩涡电流会产生一个磁场，并且会因此而削弱原有的磁场。磁力线穿过金属板后产生涡流，涡流产生的反向磁场削弱原有的磁场。屏蔽体的电阻越小，产生的涡流越大，屏蔽的效果越好，所以在高频应选择导电良好的良导体。
例如，屏蔽盒上开孔，开孔的位置必须顺着涡流方向，如果开孔阻断涡流的通路，将大大影响屏蔽的效果。所以在电气柜安装中尽量将开孔面积减小，如果在柜门安装玻璃也会影响电场、磁场屏蔽效果。
当环路中有电流流过，环路将向外产生辐射，辐射的大小与环路的面积成正比，同样将回路放置于磁场中，环路也将感应出电流，感应电流得到大小与环路的面积成正比，减少环路的面积既能够减少干扰的辐射又可以抑制环路受外界的干扰。所以双绞线在主动、被动屏蔽的方式下都可以对磁场进行屏蔽。
4 电缆的屏蔽接地
屏蔽电缆的屏蔽层主要由铜、铝等非磁性材料制成，并且厚度很薄，远小于使用频率上金属材料的集肤深度，屏蔽层的效果主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的，而是由于屏蔽层的接地产生的，接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。对于电场、磁场屏蔽层的接地方式不同。
4.1 电场的屏蔽接地
干扰源通过分布电容对敏感设备进行串扰。如果敏感设备使用屏蔽电缆，屏蔽层是否能够对电场产生干扰源进行屏蔽。
4.1.1 屏蔽层不接地
由于屏蔽层采用多芯屏蔽网，增加了耦合量，反而增加信号的干扰。
4.1.2 屏蔽层单端接地
如果将屏蔽层接地，则不会再耦合导线的线芯，从而达到屏蔽的效果。
在低频的情况下单端接地的可以达到很好的屏蔽效果，但是如果频率升高（大于20kHz）或导线过长，就需要考虑屏蔽层的阻抗（高频时感抗远远大于线上的阻抗），屏蔽的效果被消减，这时需要多点接地或每隔接一次地，从而保证屏蔽层零电位。
4.2 磁场的屏蔽接地
频率低的情况下选择低磁阻抗的材料（高磁导率）作为屏蔽，利用它们传导磁力线以削弱内部场强；频率高的情况下利用涡流效应以削弱源磁场达到屏蔽的作用。
4.2.1 屏蔽层单端接地或不接地
在干扰源产生的磁场中，电缆屏蔽层通过其产生的感应电动势，在屏蔽层产生反向电流，形成反向磁场，从而消减干扰源产生的磁场，达到屏蔽作用，如果屏蔽层单端接地或不接地，感应电动势在屏蔽层不能反向电流，达不到屏蔽作用，不会减少干扰源回路的磁场辐射。
4.2.2 屏蔽层双端接地
屏蔽层双端接地能够较好的减少干扰源回路的磁场辐射。
5电缆屏蔽接地总结
对于电源电缆，通常是无屏蔽层，或者是采用屏蔽层的接地方式。
对于数字量电缆，通常采用屏蔽层双端接地或者多点接地等方式。
屏蔽电场信号，必须接地。
屏蔽磁场信号，必须要采用多点接地，且采用磁阻比较小的材料。
对于模拟量电缆，通常采用屏蔽层单端接地，电气隔离（光电耦合器、隔离放大器等）等方式。对于特别容易受到的干扰的微弱信号，采用同轴电缆，并可靠的单端接地。
通常可以采用下列方式：
1）电缆屏蔽层单端接地能够避免屏蔽层上的低频电流噪声。
2）对于电源的工频干扰，可以采用屏蔽电缆、增大距离等方式。
3）对模拟量信号的屏蔽，必须要良好的单端接地。
4）低磁导率的铝箔屏蔽层接地后可以用于屏蔽电场干扰，但是屏蔽磁场效果不佳。
5）对于布线的时候，需要注意回路面积减少。
通過对干扰的主要方式以及屏蔽分析，可以更好的做好相关的电缆之间的防护，减少干扰和设备误动作。对于电厂经济运行有着非常重要的意义。
参考文献：
[1]郭新，高超等，电缆屏蔽层接地不良导致母线假接地故障分析[J]，维修技术，2014（3）：23-32
[2]杨俊秀，赵文来，鲍佳等，静电场中静电屏蔽的Ansoft求解[J]，电气电子教学学报，2011（10）：99-101
[3]卢志华，电力电缆金属屏蔽层接地方式的探讨[J]，科学创新与应用，2014（14）：166