控制電纜的串?dāng)_問題與對策

對于兩根平行的導(dǎo)線，當(dāng)電纜的長度與波長相比很短（小于1/20波長）時，可以用集總參數(shù)模型來描述電容耦合，如圖2所示。這樣就可以用電路分析的方法來計算串?dāng)_電壓。計算的結(jié)果如下。
頻率很低時，R遠小于C12和C2G構(gòu)成的阻抗，即R<<1/[jω（C12+C2G）]，在這個條件下，串?dāng)_電壓為：
VN=jωRC12V1
從公式中可以看出，電容耦合的強度直接與頻率、被干擾導(dǎo)體對地電阻、兩導(dǎo)體之間的電容成正比。
頻率很高時，R遠大于C12和C2G構(gòu)成的阻抗，即：R>>1/[jω（C12+C2G）]，在這個條件下，串?dāng)_電壓為：
VN=V1[C12/（C12+C2G）]
從公式中可以看出，電容耦合的強度與頻率和電路的阻抗都無關(guān)，而僅與兩個導(dǎo)體之間的電容和接收導(dǎo)體與地之間的電容有關(guān)，這些參數(shù)都與導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)直接相關(guān)。
導(dǎo)線之間的互感性串?dāng)_如圖2所示，當(dāng)回路1中有電流I流過時，不僅會在回路1中產(chǎn)生磁通Φ，而且會在電路2中產(chǎn)生磁通Φ12，回路2中的磁通量Φ12與電流I1之間通過一個系數(shù)M來確定，這個M就是互感。
M=Φ12/I1
根據(jù)電磁感應(yīng)定率，當(dāng)一個閉合回路的磁場發(fā)生變化時，就會在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因此，Φ12在回路2中產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，電壓值為：
VN＝dΦ12/dt=M.dI1/dt
這說明回路1中的能量耦合進了回路2形成干擾電壓，并且這個電壓是回路1中電流的微分。
消除串?dāng)_的方法
從上面的串?dāng)_電壓公式中可以看出哪些參數(shù)對串?dāng)_電壓有影響，在實際工程中可以采取下面一些具體措施來控制這些參數(shù)。
1.減小電容性串?dāng)_的方法如下。
（1）將受干擾導(dǎo)線屏蔽起來，并將屏蔽層接到受干擾電路的公共地上，就可以減小電容性串?dāng)_，屏蔽層應(yīng)盡量完整（使芯線暴露出來的部分盡量短），當(dāng)干擾電壓的頻率較高（λ<20L）時，需要將屏蔽層多點接地；
（2）增加導(dǎo)線之間的距離（減小C12）；
（3）將受干擾導(dǎo)線靠近參考地（增加C2G）；
（4）可能時，在受干擾電路的輸入端安裝對地的電容；
（5）在運行繼電器的線圈上并聯(lián)適當(dāng)規(guī)格的電阻或電容。
2.減小電感性串?dāng)_方法如下。
（1）增加兩個回路之間的距離，第二個回路中的磁通量自然會減少；
（2）使回路1的信號線與回線盡量靠近（從圖2中看出，回路1的信號線與回線在回路2中產(chǎn)生的磁通方向相反，因此相互抵消）；
（3）減小回路2的面積；
（4）調(diào)整兩個回路的相對位置、角度關(guān)系。
一、串?dāng)_消除方法在工程實踐中的應(yīng)用
運用上述分析結(jié)果，本人成功地將上述理論應(yīng)用到了工程實踐中并取得了較好的效果。2004年8月份本人在合肥東機務(wù)段組織施工一條500米長的KVV22500V24X2.5型控制電纜，此電纜主要用于電機控制柜和現(xiàn)場電機控制箱之間的連接。兩臺控制箱均控制防爆電機（該電機用于給內(nèi)燃機車加燃油）。該單位原有3個加油控制站，現(xiàn)因工作需要增加1個。
敷設(shè)完畢并按圖4、圖5接線后，測量感應(yīng)電壓的大小，最高的一芯高達80V，最低約十幾伏特。因為控制電纜接在工作電壓為交流220V的小型繼電器上，所以80V左右的線圈感應(yīng)電壓使得繼電器嗡嗡作響，有時運行時按停止按鈕停不了電動機，這樣電路的不可靠是生產(chǎn)所不允許的。所以本人采用在繼電器線圈上并接8.7KΩ電阻（當(dāng)時施工現(xiàn)場只有這種阻值的電阻）的方式使得感應(yīng)電壓由80V降到了十幾伏特。這樣一直正常運行到現(xiàn)在。該電阻的選擇應(yīng)該要考慮兩方面的因素，其一是將感應(yīng)電壓釋放得盡可能的低，以不影響電路的正常工作；其二是電阻功耗要盡可能的小，以利節(jié)能。
事實上，用小功率的白熾燈泡代替感應(yīng)電釋放電阻最好，因為它有冷、熱態(tài)電阻值差別10多倍的優(yōu)良特性。利用其冷態(tài)時的低阻將感應(yīng)電釋放到足夠低的值，不致于影響電路的正常運行；利用其熱態(tài)時（繼電器運行時其上加有交流220V電壓）的高阻降低其功耗，以達到節(jié)能的目的。但是，考慮到它有一定的亮度，業(yè)主沒有同意采用這種方式。本人認為當(dāng)工作環(huán)境允許時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用這種方式。
二、結(jié)束語
根據(jù)以上分析，并結(jié)合筆者經(jīng)歷的工程實例，充分證實了運行繼電器線圈兩端并聯(lián)適當(dāng)阻值的電阻可以消除控制電纜串?dāng)_問題。當(dāng)然，對于控制電纜串?dāng)_問題的解決也可以嘗試采用其他方法，本文未作詳解。希望這篇文章對廣大工程技術(shù)人員在工程實踐中解決類似問題有所借鑒。