电缆电容

2024-08-09

电缆电容（精选4篇）

电缆电容篇1

摘要：二次电缆存在对地的电容,二次电缆的电容有时会对回路产生一定的影响。以惠州换流站和高岭背靠背换流站在500kV断路器传动中发生断路器辅助屏内的锁定继电器无法复归的现象为例,介绍了二次电缆电容充放电的基本原理和计算方法,分析了二次电缆电容对保护回路的影响,并提出了相应的解决方法,对换流站的二次电缆的安装调试都有一定的借鉴和参考作用。

关键词：电容,时间常数,极板电压

架空线路上存在着对地电容,尤其是高压架空线路的电容对系统有很大影响。同样二次电缆上也存在对地的电容,二次电缆的电容有时也会对回路产生一定的影响[1],并且会产生一些异常的现象。本文以惠州换流站和高岭背靠背换流站在500k V断路器传动中发生断路器辅助屏内的锁定继电器无法复归的现象为例,介绍了二次电缆电容充放电的基本原理和计算方法,分析了二次电缆电容对保护回路的影响,并提出了相应的解决方法。

1 问题的提出

在惠州换流站500k V母差保护传动过程中出现了奇怪的现象:回路原理图如图1所示,

在断路器失灵保护屏出口压板断开的情况下,投入母差保护屏的失灵开入压板时,有的间隔会显示有开入变位。此母差保护屏共有四组失灵开入,其中两组失灵开入来自母差保护屏所在保护小室,另外两组失灵开入来自较远的保护小室。经多次试验发现,失灵开入异常变位与二次电缆长短有关,来自母差保护屏所在保护小室的失灵开入没有出现过异常,来自较远保护小室的失灵开入在投入压板时会出现异常。电缆长、短不一致会导致电缆对地电容不一样,长电缆对地电容大,短电缆对地电容小。由于电缆电容的影响,等效电路图如图2,这样在投入母差保护屏压板时会对电容充电。

2 原理分析及技术改进[2,3]

下面以电容器极板为模型进行电容充电分析。首先设电容器极板在t时刻的电荷量为q,极板间的电压为u,根据回路电压方程可得:

然后两边求不定积分,并利用初始条件:t=0,q=0就得到:

这就是电容器极板上的电荷随时间t的变化关系函数。电工学上常把RC称为时间常数。相应地,利用u=q/C,立即得到极板电压随时间变化的函数:

也可得出:

通过公式分析:在相同的充电时间,电容C越大,极板电压u越大,也就是越接近U;要想得到相同的极板电压,电容越大充电时间越长。由于很快趋向1,故经过很短的一段时间后,电容器极板间电荷和电压的变化已经微乎其微。在实际情况中U=110V,C=0.3μF,R=300Ω,利用推导的公式可以算出:经过t=1毫秒后,极板电压已经达到了109.99836V,电流为120m A;经过t=3ms后,极板电压基本已经达到了110V,电流为13m A,充电基本完成。所以为了解决上面的问题给母差保护屏的开入变位增加了延时5ms,与失灵保护的时间定值0.2s相比5ms可以忽略,不会对母差失灵保护动作产生影响。更改后进行了多次试验,投入压板不会产生异常的开入变位。

由于二次电缆电容的影响,在高岭背靠背换流站也存在异常现象,在500k V断路器传动中,发生了断路器辅助屏内的锁定继电器无法复归的现象。如图3所示:2ZJ是断路器辅助屏内的锁定继电器,换流变滤波器等保护动作后启动2ZJ,并通过4D7和4D193间的辅助节点自保持,2ZJ的另一对辅助常闭节点断开合闸回路,2ZJ复归后才允许断路器合闸。FA是就地复归按钮的辅助节点,FA1和FA2分别是1套监控系统和2套监控系统远方复归继电器的辅助节点。在进行保护联动试验时发现,有一部分断路器的锁定继电器动作后无法复归。经检查不是换流变等保护的动作节点未返回,因为断开保护屏侧的压板仍无法复归锁定继电器。通过仔细调查发现,不能复归的锁定继电器在端子排4D193位置的外部接线很多,有十多根纤芯,能复归的继电器在端子排4D193位置的外部接线很少,只有三、四根。通过测量得出接线多的对地电容大,数值为0.96μF,接线少的对地电容只有7.26n F。等效电路图如图4所示,当2ZJ动作并自保持后,正电01会给电容充电。进行复归时,2ZJ会失磁,如图所示端子4D193两侧回路均断开,电容上的正电过绝缘电阻放电,当电容大时,短时间内电压降低较小,复归按钮的节点返回时,电容上的正电使2ZJ又动作并自保持,锁定继电器无法复归。电容的充放电公式如下

或者

其中:V0为电容上的初始电压值,V1为电容最终可充到或放到的电压值,Vt为t时刻电容上的电压

值。在本例中放电公式为:

或者

绝缘电阻值分别为35MΩ和70MΩ。将电容和电阻值代入公式可以算出:接线多的回路在20s时电压下降到初始电压的55.1%,而接线少的回路在0.3s时电压就下降到初始电压的55.4%。由此可见电容对放电时间的影响相当的大,所以出现上面的现象接线多的间隔锁定继电器无法复归,对回路进行了进一步测试,长时间按复归按钮达18s以上锁定继电器可以复归。为解决这一问题对回路进行了更改,将起动锁定继电器的二次电缆从4D193改接至4D197。这样当2ZJ锁定继电器动作并保持后,按复归按钮可使正电与二次电缆断开,而负电02没有断开直接与二次电缆电容上的正电中和,复归按钮的节点返回后,锁定继电器也不会再动作。经试验,二次回路更改后,锁定继电器动作、复归正常。

3 结论

通过上面的例子可以看出,当二次电缆的对地电容较大时会对保护回路产生很大影响,因此在调试过程中对接线较多或电缆很长的回路要格外注意。

参考文献

[1]于刚,何金良,茆必成.开关操作暂态电压对变电所二次电缆的电磁干扰[J].电工技术杂志,2002(12):19～21.

[2]纪建伟.电力系统分析[M].北京:水利电力出版社,2002.

[3]刘永兴.变电站二次设备的接地施工方法及改进[J].华北电力技术,2008(10):31～33.

同轴电缆芯线电容测量方法研究篇2

关键词：同轴电缆,绝缘芯线,电容,测量装置

0前言

同轴电缆和高速数字通讯电缆的芯线电容,是影响电缆传输性能的重要参数,将同轴电缆单位长度电容控制在允许范围之内,可以保证电缆传输阻抗的均匀。测量成品同轴电缆电容,只需用电容测试仪的两个测试夹,分别连接到电缆的内外两个导体即可。而对于没有加上外导体的电缆绝缘芯线,只有一个内导体电极,无法用电容测试仪直接测量。为此,我们对如何测量同轴电缆芯线电容的方法进行了研究。

1 同轴电缆电容

1.1 电容计算公式[1]

式中:C为电缆单位长度电容(pF/m);ε为绝缘介质的相对介电常数;D为电缆的外导体内径即绝缘层外径(mm);d为电缆的内导体外径(mm)。

由上式可知,电容的大小和内导体外径、绝缘材料(不同材料ε不同)、外导体内径(绝缘层外径)、发泡度(影响ε)相关。只要D、d、ε控制在一定范围内,当内导体直径d和绝缘层外径D确定后,介电常数ε就决定了电缆的电容。

1.2 发泡度对电容的影响

发泡度就是发泡体中含多少百分比的气体,可按下式计算:

式中:P为发泡度(%);do-为基材原有的密度;d为发泡体的密度。

对于发泡电缆,ε与发泡度有直接联系,PE材料发泡度与电容的关系参见表1[2]。

由表1可以看出,发泡度大时ε小;发泡度小时ε大。在内导体外径及绝缘外径确定的情况下,只要控制发泡度的大小,就能控制电容值。反过来,测量电容有助于电缆芯线在挤出过程中及时调整发泡度。

2 电容的测量

1.1小节中的电容计算公式可用于设计同轴电缆,在实际生产中内导体直径、绝缘外径的变化,会引起电容值的变化。只有通过测量,才能知道实际电容值。电容通常有两个电极,电极之间夹以绝缘层,而同轴电缆芯线只有一个内导体电极,外面是绝缘层,要测量芯线的电容,须在绝缘层外面再设置一个电极,这样就组成了一个圆柱体电容。

2.1 测量途径分析

2.1.1 金属箔作为外电极

在绝缘层外面绕包一层铜箔或铝箔等金属箔,测量内导体和金属箔之间的电容。由于金属箔绕包的松紧、叠缝空隙等因素,会对测量结果造成较大影响。

2.1.2 水银作为电极

在一个管状容器中放入导电的水银,将电缆芯线浸入水银中,测量内导体和水银电极之间的电容值。由于水银密度较大,芯线浸入其中,对绝缘层有一定的压力,容易使塑料等软性材料变形,改变原有的几何尺寸,而且该方法在测量中会产生水银蒸发,污染环境,不利于身体健康。

2.1.3 用普通清水作为电极

将清水注入管状容器,电缆芯线浸入水中,测量内导体和水电极之间的电容值。该方法成本低,安全无污染。

2.2 芯线电容测量装置

2.2.1 测量装置结构

按2.1.2及2.1.3小节提出的测量方法,均需要制作一个专门的电容测量装置。根据待测电缆直径、长度,考虑测量误差等因素,设计制作了一个测量装置(结构示意见图1)。(参见下页)

2.2.2 测量装置的设计要求

底盘有足够的面积和质量,以保持装置的稳定,立柱长时相应增加底盘面积;立柱长度根据样品长度设计;丝杆长度主要考虑样品浸入水中对准刻线时的调节范围,至少有30mm的可调范围;样品固定板随升降螺母转动而上下移动,静止时,其上下活动间隙尽可能小;为了减小环境中电磁场的干扰,要采取屏蔽措施。

2.2.3 测量原理

将被测样品下端用绝缘物质封住端口,放入盛有自来水的容器,利用样品固定板将样品固定。由于水是导电液体,流动性好,能够均匀地包裹在绝缘层外面,在水中插入一根导线(裸铜线),相当于在绝缘层外增加一个电极。将电容测试仪的测量夹,分别连接到内外两个导体,即可测量外导体和内导体之间的电容值。

2.2.4 电容测试仪的选择

根据被测样品对电容测量结果示值误差的要求,选择电容测试仪的准确度等级。满足电容测试仪误差小于等于1/3样品测量结果的允许误差,例如,芯线电容测量结果允许误差±0.6pF,则电容测试仪的示值误差要小于等于±0.2pF。也可以选用LCR数字电桥测量电容。

2.2.5 长度测量仪器选择

根据样品长度测量需要,选择1m或2m,分辨率1mm的钢直尺。为了测量方便,把钢直尺固定在一端装有挡板的木板上,挡板的垂直端面正好对准钢直尺起点端。测量时只要把电缆一端顶住挡板就可量取规定的长度,并标注刻线。

2.2.6 温度测量仪器的选择

可选择玻璃温度计或数字式温度表,测量范围0~50℃,分辨率0.5℃。温度计插入容器中不影响样品插入的位置。

2.3 芯线电容测量步骤

2.3.1 样品长度的选择

为了减小测量误差,样品要有足够长度,使长度测量误差所引起的电容测量结果误差可以忽略。经过误差分析,样品长度可选500至1500mm,太长不便于操作。测量前,先在样品上量取一定长度(例如从底端开始量取500mm)用记号笔画上刻线。

2.3.2 样品底端的绝缘处理

因样品底端浸入水中,需要做绝缘处理。为了减小边缘效应的影响,绝缘封头的厚度大于两倍的样品绝缘层厚度,绝缘材料可选择:a.凡士林:封头容易,有足够的绝缘电阻,用500V兆欧表测量绝缘电阻大于500MΩ。可以即做即用,但容易变形损坏绝缘封头,只适用于即时测量。b.玻璃胶:封头容易,有足够的绝缘电阻,用500V兆欧表测量绝缘电阻大于500MΩ。胶体固化前也可以用于测量,但容易变形损坏绝缘封头。胶体固化后不易变形,适宜制作校准棒的封头,可多次使用。

2.3.3 样品位置调整

将样品小心放入容器内,并固定在固定板中。容器内注入清水,注入量以样品插入后水面不超过规定的位置为宜。调节升降螺母,使被测电缆的垂直位置缓慢下降,直到水面对准样品上预先标注的长度刻线。

2.3.4 电容测试仪连接

将电容测试仪的两个测试夹分别连接到样品的内外两个导体,即可测量电容(内导体与水电极之间的电容值)。

2.3.5 电容测试仪的使用要求

(1)电容测试仪机壳要连同屏蔽设施接地;

(2)由于测量电容的值较小,使用前必须对电容测试仪做零点校准,以减小零位误差的影响。校准零位前,要使两个测量夹之间的距离与实际测量时的距离基本相同;

(3)设置仪器参数:工作频率:10kHz;速度:慢速;测试信号电平:0.3V或1V(在显示值稳定的情况下,选低电平测试)。

2.3.6 单位长度电容的计算

式中:C为样品的单位长度电容(pF/m);Cl为电容测试仪测量的样品实际长度电容值(pF);L为样品浸入水中的长度(m)

设样品浸入水中的长度为500mm,电容测试仪显示值为25.02pF,就可以测得单位长度电容为:

2.3.7 测量数据记录

测量电容数据要形成记录,以便于连续监控电容值的变化。记录内容应包括但不限于以下内容:

(1)被测电缆的相关信息,如型号规格、工艺控制要求等;

(2)测量时间、样品长度、测量数据、测量人员;

(3)测量仪器的相关信息,如型号、准确度等级、制造厂、编号,检定/校准日期等;

(4)测量时的环境条件,如温度、湿度,以及测量容器中的水温;

2.3.8 数据图表

利用同轴电缆芯线电容测量装置,测量型号为50-5芯线,各时段样品的测量结果及变化曲线见表2。只要在数据表(电子版)中输入数据,就会自动绘制曲线。该图表可以监视芯线电容的变化情况。

2.3.9 温度对电容的影响。

不同绝缘材料的电缆芯线,其电容随温度变化而改变。例如如表3[3]所示。

测量电容时要考虑温度带来的误差。实际情况下同轴电缆芯线的发泡度不同,温度影响程度也不同。为了减小温度对测量结果的影响,要测量容器中的水温,根据实测温度,将测量结果修正到20℃时的电容值。

2.4 电容测量结果的误差来源分析[4]

(1)用于测量芯线电容值的电容测试仪(LCR数字电桥TH2819A)的基本允许误差:±0.05%;

(2)量取芯线长度时的测量误差。以75Ω电缆为例,一般为50pF/m,长度测量误差约为±0.5mm,电容误差为±0.025pF,相对误差为±0.05%;

(3)芯线浸入水中时刻线与水面相切,调节位置时视觉误差带来的测量误差,约为±0.5mm,电容误差为±0.025pF,相对误差为±0.05%;

(4)外部电磁干扰对显示值波动、读数估计带来的测量误差。由实际测量时估计,约±0.005pF,相对误差为±0.01%;

(5)测量过程中的温度变化引起的误差,若温度变化±3℃,约±0.05pF,相对误差为±0.1%;

(6)由测量重复性引起的测量误差,从实际测量情况看约±0.005 pF,相对误差为±0.01%。

3 水电容测试仪

随着电子技术和计算机技术的发展,利用水作为测量电极的动态测量仪器--水电容测试仪已开始在高端产品中应用。该仪器能在线动态测量电缆(未加屏蔽层的芯线)的单位长度电容量,并可预置电容控制值输出反馈信号,通过控制挤出速度或牵引速度自动控制电缆的单位长度电容量,

3.1 测量原理

水电容测试仪由测量管、测量信号发生器、显示器等组成(见图2)。测量信号发生器产生的正弦波交流电压同时加到浸没于水中的测量管中的测量电极和保护电极,测量电极上的电流通过被测电缆的电容流回电源地线,在信号源电压和频率固定时,流过电容的电流与电容量大小成正比,

即:

式中:u为电容两端的电压;ω为电流的角频率;C为电容量。

根据公式可以看出,只要测得电流的大小即可测量出电容的大小。通过测量信号发生器的转换将测量信号送显示器显示。

3.2 水电容测试仪的校准

3.2.1 校准原理

根据水电容测试仪的测量原理,选择一根已知电容值的校准棒,放入测量管中模拟电缆,测量校准棒的电容值,以此确定仪器的测量误差。

3.2.2 校准棒的选择

(1)玻璃校准棒。可以向制造厂商购得,出厂时提供参考值,例如:115.6±0.5pF/m。用户可利用校准棒对水电容测试仪进行现场校准。这种校准棒绝缘层为玻璃,稳定性好,但价格较高,容易受冲击力如碰撞、跌落而损坏,特别是长度较长的校准棒更要小心使用。我省暂时无法开展玻璃校准棒的量值溯源。

(2)过程产品,如同轴电缆芯线(只有内导体和绝缘层的绝缘导线)。测量何种规格的电缆,可选该规格电缆。校准前,需要先在专用测量装置上测得该电缆的电容值,才能利用该校准棒对水电容测试仪进行校准。这种校准棒绝缘层是塑料,如聚乙烯,取材容易,成本低,但容易产生如划伤、压伤等机械损伤,定值后长期稳定性差,需要使用前定值,只能短时间内使用。

3.2.3 校准棒的电容测量(定值)

利用芯线电容测量装置,就可以测量校准棒的电容。无论是玻璃校准棒,还是电缆芯线校准棒,只要按2.3小节芯线电容测量步骤操作,就可以测得电容值,即对校准棒定值,并利用其对水电容测试仪进行校准。只要在选择电容测试仪时,考虑测量误差符合校准棒的允许误差要求即可。

4 结语

利用同轴电缆芯线电容测量装置进行测量试验,表明其测量方法是可行的,测量装置是稳定实用的。对于暂时无条件配备水电容测试仪的企业,可以利用该装置和测量方法,解决离线抽样测量芯线电容的问题,为控制工艺参数提供测量数据。动态水电容测试仪用于电缆的生产线自动连续测量,快速方便,但投入较大。电容测量,使芯线在编织工艺前,就能获得电容值,可将事后(编织工艺以后)测量变为事前控制。同时,为校准水电容测试仪用的校准棒提供了测量装置,使水电容测试仪的量值溯源成为可能。

参考文献

[1]方建成,顾怀德,李谦若.电线电缆性能检测技术[M].上海:信息产业部(中电23所)国家高技能人才培训基地教材:121.

[2]电缆发泡技术[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/f307b506e87101f69e319546.html:1-2.

[3]CapScan 2000(ML.connactrs)instruction handbook[Z].BETA Laser:52.

电缆电容篇3

关键词：电缆,分布电容,继电器误动,分析

0 引言

河源电厂I期为两台600MW超超临界燃煤机组, 380V动力中心 (PC) 及电动机控制中心 (MCC) 采用镇江穆勒公司产品, 其中框架断路器采用穆勒IZM系列智能型开关, 在调试和试运期间, 由交流电源控制的开关 (厂前区变、循环水变、补给水变等) 多次出现“控制回路断线”、“开关位置异常”报警且开关无法远方操作的现象。专业人员进行经过检查发现系合闸位置继电器误动所致, 本文就合闸位置继电器误动原因及解决办法进行分析。

1 控制回路设计情况及故障现象

1.1 控制回路设计情况

出现合闸位置继电器误动的设备控制回路如图1所示:

图1中, MCU为马达控制器, 通过与ECS通讯实现对开关的控制;A3和A33分别为DCS给开关的合闸、分闸指令, 合闸继电器HJ和分闸继电器TJ型号为穆勒DILRC-40;A133为变压器高压侧开关联跳低压开关的跳闸信号;合闸位置继电器HWJ型号为深圳锦祥DZBS-404;“控制回路断线”、“合闸位置”信号送DCS, 存在控制回路断线报警或者开关位置异常报警时DCS逻辑均闭锁操作, 交流控制电源通过一隔离变取自低压进线开关上端头 (靠变压器侧) 。

1.2 故障现象

当变压器6k V开关在合闸位置、380V开关在分闸位置, 所有电源均正常送上时, DCS系统报低压侧开关“控制回路断线”, 低压侧开关位置指示异常 (合位、跳位指示同时亮) , DCS无法远方合闸开关。就地检查发现合闸位置继电器和跳闸位置继电器同时动作, 测量A133回路对地绝缘正常, 高压测开关联跳低压开关接点可靠断开, 接点两边绝缘正常, 测量HWJ继电器线圈电压为82V, A133回路电流达8m A。

2 故障原因分析

低压开关在分位时, 正常情况下A133回路应该为正电位, 合位继电器HWJ线圈电压为0。根据故障现象可以判断合闸位置继电器线圈出现82V电压而动作是电缆对地分布电容所致。电缆芯线的分布电容包括芯线对地电容和对电缆金属外壳的电容, 而根据继电保护反措的要求, 为了防止干扰电压对继电保护装置的影响, 所有控制电缆都必须使用屏蔽电缆, 且屏蔽电缆的屏蔽层在开关场和控制室两地分别接地[1]。因此, 电缆芯线的分布电容就是电缆芯线的对地地电容。HWJ合位继电器与A133回路对地电容构成回路, 把HWJ的直阻定义为R, 设C为A133回路的对地等值电容。则可以计算得到:Z=R+1/ (jwc) , 假设回路电流即电容电流为I, 则I=220V/[R+1/ (jwc) ], 设HWJ电压V, 则V=220V*R/[R+1/ (jwc) ]。

电容C的大小与电缆长度成正比, 电缆越长, 电容C越大, HWJ两端电压就越大, 就越容易达到动作值造成继电器误动。

电缆太长导致电容电流过大是引起继电器误动的主要原因, 但继电器本身的动作功率过低、抗干扰能力差也是一方面原因。DZBS-404型合闸位置继电器的启动电流小于1m A, 而A133回路的电容电流达到8m A, 继电器误动是必然的。

3 解决办法

虽然电缆太长导致电容电流过大是引起继电器误动的主要原因, 但要改变已经成型的设备的电容电流是不现实的, 因此只能采取变通的手段来实现防止继电器误动的目的, 根据HWJ误动原因分析我们曾以下几个方面提出解决方法:

方法1:提高继电器的动作功率。

采用动作功率高的继电器特别是抗干扰能力强的电磁型中间继电器, 看似简单易行, 但将遇到无法实现对穆勒IZM系列智能型开关跳合闸回路的监视的问题。目前, 大部分进口框架低压开关跳合闸回路不再使用传统的单一跳合闸线圈直接由电源控制模式, 而是由电子回路 (主要是利用电容的充放电) 实现对跳合闸线圈的控制, 如穆勒IZM系列智能型开关的跳合闸线圈为非线性特性, 在开关跳合闸时回路电流稍大, 但动作完成后开关的保持功率很小, 一般不到5W, 也就是要求开关的跳合闸监视回路电流小于1m A, 否则将闭锁开关的操作回路。要限制回路的电流就必须提高监视继电器的内阻, 同时要求继电器的动作电流小于开关跳合闸回路的最小闭锁电流。DZBS-404型中间继电器的内阻呈非线性, 内阻范围在200千欧之500千欧之间, 动作电流仅为0.6 m A。而传统的电磁型中间继电器的内阻不过几千欧, 动作电流一般都大于100 m A。可见传统的电磁型中间继电器虽然抗干扰能强但无法实现监视功能, 不能应用于进口框架低压开关跳合闸回路。因此, 要提高继电器的动作功率, 只能提高继电器的动作电压 (动作电流) , 但受开关最小闭锁电流限制, 提高的空间很小。

方法2:增加大启动功率的重动继电器。

如图3所示, 增加一个大启动功率的重动继电器ZJ, A133回路改为启动重动继电器, 通过重动继电器的接点实现高低压联锁。这样, 长电缆的电容电流直接作用于重动继电器上, HWJ上没有了电容电流的作用不会误动, 这样解决了电缆太长导致电容电流过大引起继电器误动的问题。但是, 由于增加重动继电器的同时也增加了高低压联跳的时间, 由于交流控制电源通过一隔离变取自低压进线开关上端头 (靠变压器侧) , 高压侧开关跳闸后, 交流控制电源消失, 无法保证低压开关可靠跳闸。如果低压开关是直流控制, 增加重动继电器不失为很好的解决电容电流对继电器影响的办法。

方法3:取消高联跳低的回路A133, 改由失压脱扣实现高联跳低。

穆勒IZM系列智能型开关交流失压脱扣模块为选购件, 安装方便, 只需将三相电压引入脱口模块即可, 脱扣电压整定为30%额定电压, 失压后直接驱动开关机械跳闸, 电压恢复后, 脱扣器自动复位。这样既解决了电缆太长导致电容电流过大引起继电器误动的问题, 又能保证高压开关跳闸后, 低压开关可靠跳闸。

4 结论

4.1控制电缆的分布电容对静态继电器的影响很大, 控制电缆达到一定长度将引起静态继电器误动。因此, 在设计时, 应尽可能将二次电缆的长度控制在一定范围内, 虽目前设计规程尚未有明确规定, 但如果电缆长度超过300米应该在实际应用中加强相应设备的运行情况的监视并宜考虑防止电容电流导致继电器误动的措施。

4.2如果低压开关距离高压开关太远, 利用高压压开关接点直接联跳低压开关肯定受电缆电容电流的影响, 如果低压开关为直流控制, ) 可采用增加重动继电器消除电容电流的影响的方法, 如果低压开关为交流控制 (取自本身电压) 可采用失压脱扣实现高联低。

4.3 本文所列实例电缆分布电容只是影响了开关的操作, 事实上, 如果长电缆分布电容影响的是跳闸继电器或者出口中间继电器, 造成的后果是非常严重的。设计人员、调试维护人员在工作中应该对类似情况予以足够关注。

参考文献

电缆电容篇4

关键词：继电控制,分布电容,电容电流,屏蔽控制电缆

1 引言

现代工程设计中大多采用多芯屏蔽控制电缆作为信号传输和控制回路的导线,这样既安全方便,又节省投资,可有效减少外部电路的干扰问题。然而,在控制线路比较长,控制电源又是交流的情况下,其电缆内部芯线之间以及芯线和屏蔽层间的分布电容就不容忽视。多芯控制电缆不论是芯线间还是芯线与屏蔽层间的分布电容大小都与电缆的长度成正比,控制回路越长,其电容量越大,当电容量达到一定程度就会使控制回路误动作。以下用工程实例探讨其使电路失控原因,并进一步提出处理办法。

某工程T R T(压差发电)系统调试过程中,出现了“双灯现象”[1]和控制继电器误动作的情况,使施工调试无法进行,以下是其电路简图:

故障现象:

图1中接点1、34和2、35之间的继电器触点只闭合一点,红色和绿色信号灯却同时亮,且不该亮的那盏灯还比较亮,造成了“双灯现象”。

图2中现场开关按钮并没有按下,而控制室继电器显示已经得电(得电指示灯较亮),附点也已闭合且一直保持吸合状态;而那些继电器得电指示灯不太亮的,附点处于要吸不吸的状态,产生很大的噪声,继电器发热。

2 故障分析

出现该故障后我方和外方工作人员经认真检查,认为接线没有问题。经多方查找无果,后来自控调试人员认为是线路受外部影响造成,认为是感应电压造成了双灯和继电器误动作现象,让电气人员解决。电气技术人员到现场初步了解情况后,首先否定了是感应电压造成,认为线路不会有很大的感应电压。原因有二:一是,控制回路本身用的是屏蔽控制电缆,可以屏蔽掉外部绝大多数的干扰;二是,感应电压的产生必须是该控制电缆沿线有较强的交变电磁场(即同电缆沟敷设的动力电缆中有较大的电流),而同电缆沟敷设的电缆并没有大电流,故不存在感应电压产生源,由以上两点我们判断不是感应电压所致。电气技术人员随即对线路进行测试,首先,线路的绝缘良好,不存在泄露;其次,用万用表测量线路两侧电压(关掉电源从电源两端测量),其电压只有0.2V左右,该感应电压不足以对控制回路产生影响。

其后,接上控制电源,测量继电器线圈和指示灯两侧电压,其值都在90~130V之间,看完外方设计图纸,我们认为该电压不是感应电压,很可能是电缆线芯和芯线之间的分布电容电流产生。随后,又测试了多条线路电流,大约为3m A,该电流即为分布电容电流。

看图纸知,该电缆为:ZR-KVVP 500V 7×1.5mm2电缆。该电缆长度为235米,查电缆技术数据得知该电缆单芯每百米分布电容17.21nF,由电容电流计算公式:I=jwCU计算得电流大约为2.8mA左右,与实测相吻合。

问题找出了,如何解决呢。通过看设计图纸和了解现场电缆敷设情况,认为外方控制电路设计不合理,应将交流控制电源的相线和零线交换一下(由控零改成控火),这样指示灯和继电器在不使用的情况下就不会得电,也不会因为长线路的分布电容电流而使控制误动作。通过现场更改验证,证明这种更改方法是行之有效的。

3 对控制电缆分布电容的分析

分布电容的概念:除电容器外,由于电路的分布特点而具有的电容叫做分布电容。分布电容的存在往往都是无形的,例如线圈的相邻匝之间,两个分立元件之间,两根相邻的导线之间,都具有一定的电容。它对电路的影响等于给电路并联一个电容器,这个电容值就是分布电容。在低频交流电路中,分布电容的容抗很大,对电路的影响很小,一般不考虑分布电容的影响。但当线路很长,分布电容足够大的时候,就不容忽略。

3.1 对电缆分布电容建模

把导线线芯和屏蔽层当做平板电容的金属板,它们之间的绝缘层当做电介质,则电缆分布电容大小为:

C=εS/4πkd

ε为电缆绝缘介质的介电常数;

S为导线的等效面积;

K为静电常数;

d为芯线间及芯线与屏蔽层间的距离。

ε和k为常数,故电缆越长,面积S越大,分布电容也越大。所以电缆长度是决定分布电容大小的一个关键因素。电缆足够长以后,线芯与线芯、线芯与屏蔽层之间的分布电容就不可忽略,它们之间的分布电容大小是由它们之间在空间的相互距离、极板(导线面)的大小及它们之间的绝缘介质所决定的。因此,可以按他们之间的空间布置假设存在如下电容[2]:用C0代表线芯与线芯间的电容,用C1代表线芯与屏蔽层间的电容,可以得到如图3所示的四芯电缆分布电容结构图。

3.2 对控制回路分布电容进行电路建模

根据图3电缆分布电容结构图,我们可以画出图1电路图的分布电容电路图,为了分析更直观和简洁,假设线芯间分布电容大小相等,分布电容电路如图:

当电容C足够大时,灯的控制回路由电容构成闭合回路,电路导通就会使信号灯误指示。

设信号指示灯由不发光变为发光状态这一瞬间,指示灯流过的电流为启辉电流Imin,正常工作的额定电流为I,任何时刻流过的电流为It,则信号灯的发光过程可以分为以下三部分:

a当It﹤Imin时,等不会发光;

b当Imin﹤It﹤I时,指示灯发光,但是亮度较低,达不到正常发光亮度,It越大越接近正常亮度。

c当It达到或接近额定电流I时,指示灯正常发光,亮度很高。这就造成了误指示。

4 减少分布电容对控制回路影响的措施

对于交流回路,电缆等设备的分布电容的存在是不可避免的,这是由设备的物理结构所决定,我们不可能消除。但是可以通过设计等环节控制在合理的范围内,使其不致影响整个操控回路即可。

1)减小交流继控回路的长度。根据以上分析可知,电缆的分布电容与其长度有关,减小其控制电缆长度,可有效减少电缆的分布电容,从而减小分布电容电流。

2)采用直流作为控制回路电源。交流电路中电缆的分布电容电流[3]I=jw CU,而在直流电路中电缆电容量很小,容抗很大。由此,可以看出将控制电源改为直流,继电器、信号灯也用直流的,这样可以消除分布电容对电路的影响。

3)使用启辉电流大的指示灯和吸持功率大的继电器。随着继电器和信号指示灯的小型化,继电器等设备的启动和吸持功率日趋减小,而对于用交流电源作为控制和信号回路电源的,其分布电容电流难以避免,可以考虑吸持功率大的继电器和启辉电流大的指示灯。