现场总线控制系统的屏蔽／接地分析

在相邻两个接地点之间必然存在一个微小的电位差(Ui-Ui-1=I×rn)，且接地点之间距离越长，电位差越大，如1号机柜和n号机柜之间的电位差为：U1-Un=I×(r1+r2+r3+……+rn)

因此，1号机柜与n号机柜的基准电压不同。在同一系统中，不允许这种情况的存在。这是因为控制系统监控信号为弱电流信号，即使微小的信号干扰，也会给系统的检测和控制带来误差。同时，干扰信号具有随机性，在系统联校时无法消除，从而影响系统的正常运行。由于大型发电厂存在变压器、电动机、大功率可控硅整流设备等干扰源，并且目前国内设计、施工以及等电位联结的配件不配套使得在现场难以寻找等电位地，因此采用系统单点接地(图2(b))较为合理。由图2(b)可见，在FCS的接地装置中设有汇流板，将各个需要接地的点单独并联于汇流板上，汇流板为整个系统设置了一个基准电位面，在汇流板上所有各点的电位均相等。假设系统中存在一个等效的干扰信号I，汇流板与接地装置间存在着一个微小的电阻R，接地极与大地之间的电阻为r，因此该干扰信号所产生的等效电压U=I(R+r)，并始终存在于汇流板与大地之间，从而使各个接地点的电位保持在同一电位U上。由于电位U对系统中每一个检测点的影响相同，因此可通过联校或一段时间的试运行，得到一个经验参数，以消除电位U对控制系统的影响。

2.2 电缆屏蔽层两端接地与一端接地

2.2.1 两端接地

电缆屏蔽层两端接地是针对相互绝缘隔离型的双层屏蔽电缆(无绝缘隔离的双屏蔽层，其实质仍然是单屏蔽层)，双层屏蔽电缆的最外屏蔽层两端接地。电缆屏蔽层两端接地适用于外部有强电流干扰的情况。

(1)当控制电缆被源磁场产生的磁通所包围时，在电缆屏蔽层中将因电位差而被感应屏蔽电流，由屏蔽电流产生的磁通，将抵消源磁场产生的磁通对电缆芯线的影响。假定屏蔽作用理想，两者共同作用的结果，将使被屏蔽层完全包围的电缆芯线中的磁通为零，电缆屏蔽层形成了一个理想的法拉第笼，这与带有二次短路线圈的理想变压器一样，铁芯中的磁通将为零。但是，电缆屏蔽层的屏蔽作用不可能达到完全理想状态，被屏蔽的电缆芯线在源磁场产生的磁通作用下，仍然会感应出一定的电压。

(2)电缆屏蔽层两端接地，可以降低由于地电位上升产生的暂态感应电压。当雷电经避雷器注入地网，使发电厂地网中的冲击电流增大时，将产生暂态的电位波动，同时地网的视在接地电阻也将暂时增大。与正常交流电阻相比，此时接地电阻常常增大数倍乃至10倍以上。如果低压控制电缆敷设在地电位升高的附近，将由于电缆电位的波动而受到干扰。采用两端接地的屏蔽电缆，可以将暂态感应电压抑制为原值的10%以下，是降低干扰电压的一种有效措施。

2.2.2 一端接地

一端接地时，不形成电位差，电缆屏蔽层电压为零，可显著减少静电感应电压。如果是防止静电干扰，电缆屏蔽层必须一端接地(不论是单层还是双层屏蔽)，因为单端接地的静电放电速度是最快的。对相互绝缘隔离型的双层屏蔽电缆的内层屏蔽层必须单点接地。

3 结论

(1)大型发电厂以电缆屏蔽层单点接地为宜。

(2)对于有外部电击、雷电及强电流干扰的情况，宜采用相互绝缘隔离型的双层屏蔽电缆，且最外屏蔽层两端接地;为了保证人身和设备安全，必须多点接地。值得注意的是，在电缆屏蔽层中因电位差而感应出屏蔽电流将引起额外的冲击或干扰电压。

(3)为了快速消除静电干扰，在保证接地线截面积足够大的情况下， FCS 的控制电缆采用单层屏蔽电缆，且一端接地，是性价比较高的选择。

[参考文献]

[l]Fieldbus Foundation. FF系统工程指南(AG-181)(2.0版本).2004.

[2] Profibus International.Profibus工程应用指南[Z].2004.