控制電纜的串?dāng)_問題與對(duì)策

對(duì)于兩根平行的導(dǎo)線，當(dāng)電纜的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)相比很短（小于1/20波長(zhǎng)）時(shí)，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(jì)算串?dāng)_電壓。計(jì)算的結(jié)果如下。
頻率很低時(shí)，R遠(yuǎn)小于C12和C2G構(gòu)成的阻抗，即R<<1/[jω（C12+C2G）]，在這個(gè)條件下，串?dāng)_電壓為：
VN=jωRC12V1
從公式中可以看出，電容耦合的強(qiáng)度直接與頻率、被干擾導(dǎo)體對(duì)地電阻、兩導(dǎo)體之間的電容成正比。
頻率很高時(shí)，R遠(yuǎn)大于C12和C2G構(gòu)成的阻抗，即：R>>1/[jω（C12+C2G）]，在這個(gè)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(qiáng)度與頻率和電路的阻抗都無關(guān)，而僅與兩個(gè)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(shí)，不僅會(huì)在回路1中產(chǎn)生磁通Φ，而且會(huì)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(gè)系數(shù)M來確定，這個(gè)M就是互感。
M=Φ12/I1
根據(jù)電磁感應(yīng)定率，當(dāng)一個(gè)閉合回路的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)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(jìn)了回路2形成干擾電壓，并且這個(gè)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(duì)串?dāng)_電壓有影響，在實(shí)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(shí)，需要將屏蔽層多點(diǎn)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(shí)，在受干擾電路的輸入端安裝對(duì)地的電容；
（5）在運(yùn)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(gè)回路之間的距離，第二個(gè)回路中的磁通量自然會(huì)減少；
（2）使回路1的信號(hào)線與回線盡量靠近（從圖2中看出，回路1的信號(hào)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(gè)回路的相對(duì)位置、角度關(guān)系。
一、串?dāng)_消除方法在工程實(shí)踐中的應(yīng)用
運(yùn)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(shí)踐中并取得了較好的效果。2004年8月份本人在合肥東機(jī)務(wù)段組織施工一條500米長(zhǎng)的KVV22500V24X2.5型控制電纜，此電纜主要用于電機(jī)控制柜和現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)控制箱之間的連接。兩臺(tái)控制箱均控制防爆電機(jī)（該電機(jī)用于給內(nèi)燃機(jī)車加燃油）。該單位原有3個(gè)加油控制站，現(xiàn)因工作需要增加1個(gè)。
敷設(shè)完畢并按圖4、圖5接線后，測(cè)量感應(yīng)電壓的大小，最高的一芯高達(dá)80V，最低約十幾伏特。因?yàn)榭刂齐娎|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(shí)運(yùn)行時(shí)按停止按鈕停不了電動(dòng)機(jī)，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(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)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(shí)上，用小功率的白熾燈泡代替感應(yīng)電釋放電阻最好，因?yàn)樗欣洹釕B(tài)電阻值差別10多倍的優(yōu)良特性。利用其冷態(tài)時(shí)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(yùn)行；利用其熱態(tài)時(shí)（繼電器運(yùn)行時(shí)其上加有交流220V電壓）的高阻降低其功耗，以達(dá)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(rèn)為當(dāng)工作環(huán)境允許時(shí)，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(shí)例，充分證實(shí)了運(yùn)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(duì)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(duì)廣大工程技術(shù)人員在工程實(shí)踐中解決類似問題有所借鑒。