长距离电缆内分布电容对控制回路的影响分析与处理

何琳琳

(国家新闻出版广电总局763台)

 

摘要:本文结合工程实例,通过对天调室内主、备用电容组切换系统改造过程中出现的远程控制异常现象进行分析,说明了在交流控制回路中电缆过长容易存在分布电容,产生电容电流,导致控制异常现象。在此分析基础上,提出行之有效的方案彻底解决问题。

关键词:长距离控制电缆 分布电容 原理分析 处理  解决方案

 

1前言

763台在远程控制天调室内主、备用电容组切换系统改造工程中,采用多芯屏蔽控制电缆作为信号传输和控制回路的导线,这样可有效减少外部电路的干扰问题,然而在控制回路比较长控制电源又是交流的情况下,其电缆内部的分布电容就不容忽视。本文将就长距离控制电缆芯线间的分布电容产生的电流对交流控制回路的影响进行分析,探求故障根源,提出解决方案。

 

2 DX-600中波发射机远程控制天线调配室切换系统安装调试过程中遇到的问题分析

2.1远程切换系统工作原理简要介绍

远程控制主、备用电容组切换系统工作原理:如图1所示,发射机房内220VAC交流电源,通过多芯屏蔽控制电缆供电给调配室内三个交流接触器(KM1、KM2、KM3)线包,控制交流接触器的吸合和断开,调配室内380Vac动力电源通过空开QF2(合闸位置)给三相电动机供电。其三相火线通过交流接触器KM1主接点,再经交流接触器KM2和KM3主接点分别接在三相电机上,实现电动机正、反转运行。

判断调配室内切换开关是接主用电容组还是接备用电容组,可通过合机房远程切换控制面板上S1豆开关,查看状态指示灯的颜色,直流接触器KM1常开触点闭合时,DS1红灯指示灯亮,即三相电接通到交流接触器KM2、KM3上。限位开关SQ1(正转限位)常开触点SQ1-1闭合时,控制面板DS2绿色指示灯(主用)亮,即主用位置,或限位开关SQ2(反转限位)常开触点SQ2-1闭合时,DS3黄色指示灯(备用)亮,即备用位置。

设计前主、备电容组远程切换电路原理图

图1设计前主、备电容组远程切换电路原理图

2.2远程切换系统故障现象

远程切换开关试验过程中,电源装置使用的是220V交流电,在发射机房控制桌中的远程控制面板上合S1豆开关,电源指示灯DS1红灯亮正常,此时S2豆开关在主用电容组位置上,指示灯DS2绿灯亮正常,指示灯DS3黄灯不亮。将S2豆开关切换到备用电容组,正常情况下,电机转动使切换开关触头到备用电容组位置时指示灯DS3黄灯亮,指示灯DS2应该是绿灯灭,可此时指示灯DS2绿灯仍然亮,即:不该发光的信号指示灯发光了,且亮度不低,出现指示灯误显现象。

2.3远程切换系统故障查找与分析

出现该故障后经反复检查电缆绝缘,线序,及控制电路线路接线,交流接触器和限位开关,均未发现问题。由于控制线路是架空状态,电缆两端屏蔽层都良好接地,故排除感应电压问题。在调配室内测量控制线火、零线之间电压为219V左右,压降没问题。我们试验甩掉这段1160m控制电缆,将切换控制面板开关直接在调配室内启动控制装置,三相电机可以完全正常运行,指示灯指示一切正常,由此排除控制装置问题,可以断定问题出在长距离电缆上 。

电缆内分布电容的存在往往都是无形的,在实际的电路中,两相互绝缘但又相互靠近的导线等带电体之间都可以看作组成一个电容器,具有一定的电容量,其电容量大小,与导体间的距离、面积等有关。这种在实际电路中由导线、器件间走向、位置等分布状态而形成的电容,就是分布电容。如果导线间的等效面积很小,相对距离较大,当电缆的长度不长时,在直流及低频电路中,导线间的分布电容是很小的,对控制回路不会造成影响。但是,如果电缆的长度很长,达上千米的长度时,芯线对屏蔽、芯线对芯线的分布电容都不容忽视,在交流或高频的工作的情况下,微小的电容量变化,可能会严重影响电路工作,此时就要充分考虑分布电容的存在了。

在实际工程中,我们先用一米长控制电缆线进行试验,用电容表实测测量的线与线之间的分布电容值为0.11nF,用万用表测量每对线间短接的电阻R阻值很小,可以忽略不计。整个控制回路在工频交流电源作用之下,其一米长控制电缆的线与线之间的总阻抗为Z=R+1/(jωC)=0+1/23.14500.00000000011=28.95M。电容电流I=220/[R+1/(jωC)],约为8.3uA。

我们再用电容表对这根1160m长电缆的分布电容值进行了实测,测量控制电缆的线与线之间分布电容值为0.12μF。根据实际测量电缆芯线间的分布电容值C,与电缆长度成正比,电缆越长,分布电容越大。用万用表测量每对线间短接的电阻阻值为28.8。电容阻抗公式为Xc=1/2fC ,整个控制回路在工频交流电源作用之下,其长距离控制电缆的线与线之间的总阻抗为Z=R+1/(jωC)=28.8+1/23.14500.00000012=26.5K。假设回路电流即电容电流,则I=220/[R+1/(jωC)],计算电流约为8.3mA,通过计算对比结果,可以看出控制电缆比较短时,此分布电容值非常小,阻抗值很高,电容电流很小,一般可忽略不计,不会影响控制线路正常工作。电容电流很大时,线间阻抗很小。相当于在回路中并联了一个电阻,根据并联电阻分流的原理,并联电阻小的支路,其支路电流反而更大,当这个阻抗值小到一定程度时,其电流就越大,指示灯就会发亮。通过实际分析可知,控制电缆越长,电缆的芯线对芯线存在较大的分布电容,产生较大的电容电流。如图2所示,长距离控制电缆线间的分布电容C可视为与限位开关SQ1-1常开触点并联,相当于并联一个电阻,构成回路,才导致DS2指示灯误亮。

通过以上对长距离控制电缆在交流回路中的分布电容C进行实测及理论对比计算得出,当电缆太长时,电缆中的导线紧密地排列在一起,交流电源通过电缆芯线之间的分布电容构成回路,导线之间就存在分布电容。由于分布电容在交流控制回路中,建立的电流回路不同于常规电路,在交流电源作用下,使电缆芯线之间的火、零线之间形成分布电容电流。若分布电容C越大,流过芯线间的电容电流越大,不可避免会出现电容续流现象。就可能启动指示灯,使其误亮。由此得出电缆内分布电容导致远程控制系统指示灯误显现象的结论。

分布电容对交流控制回路的影响示意图

图2分布电容对交流控制回路的影响示意图

2.3 故障处理

针对长距离电缆线芯间的分布电容电流对交流控制回路的危害,为了消除长距离电缆内分布电容影响,利用电容的隔直流特性,在稳态状态下直流回路不受分布电容的影响,因此选择直流电源供电,通过电容阻公式Xc=1/2fC,可以得出容抗很大,流过芯线间的电容电流就非常小,不会出现分布电容电流的现象。

我们改用24VDC直流电源供电,如图3所示,通过机房控制桌上的S2豆开关由主用切换到备用电容组,此时主用指示灯绿灯灭,到达备用位置时,电机停转,备用指示灯黄灯亮,反之,切换到主用电容组时,运行正常,彻底解决误显示故障。

改造后的主、备电容组远程切换电路原理图

图3 改造后的主、备电容组远程切换电路原理图

 

3结束语

本文通过对长距离电缆回路内分布电容对控制电路影响的分析,可知分布电容下的续电电流会对交流控制回路产生影响,导致远程输电线路出现控制异常现象,影响继电器控制回路的运行,对于它的存在是不可避免的,我们应综合分析各方面的影响因素,采用合适的应对措施,从而完全避免电缆分布电容对控制电路的影响,确保远程控制线路的安全运行。