交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向，其應(yīng)用領(lǐng)域也相應(yīng)地進(jìn)入了一個新的高潮，目前在磁懸浮列車、高速鐵路、石油采油的調(diào)速、超聲波驅(qū)油等領(lǐng)域也得到了大量的應(yīng)用。有資料表明我 國變頻器市場的增長速度每年都在10%以上。雖然變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，但對于許多工程技術(shù)人員來說變頻技術(shù)尚屬于一門新的技術(shù)。同時，在此情況下也帶來了電機(jī)和變頻器之間電力電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計和如何正確選用電力電纜等成為一個新的課題。鑒于這方面的原因，本文對變頻系統(tǒng)用電力電纜結(jié)構(gòu)、相關(guān)性能要求以及電纜的接線方式等方面作一介紹。供相關(guān)電纜制造和電氣設(shè)計技術(shù)人員作參考。 2國外典型變頻系統(tǒng)用電力電纜結(jié)構(gòu)介紹 2.1ABB公司認(rèn)可的電纜結(jié)構(gòu)及相關(guān)要求 2.1.1主電電纜為滿足工業(yè)環(huán)境的一般電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)，主電電纜必須是三芯或四芯屏蔽電纜。電纜屏蔽的有效性規(guī)則是，屏蔽層越緊密電磁輻射的水平就越低?？梢曰谄帘螌拥慕Y(jié)構(gòu)或傳輸阻抗來評價它的有效性：屏蔽結(jié)構(gòu)：電纜的屏蔽層采用銅絲纏繞在三芯或四芯相線的外面，帶有一個螺旋形銅帶，減小了屏蔽層孔的大小。屏蔽層傳輸阻抗：在100MHz范圍以內(nèi)，傳輸阻抗必須等于或小于1Ω/m。 2.1.2電機(jī)電纜電機(jī)電纜屏蔽必須滿足上述主電電纜屏蔽的低要求。屏蔽結(jié)構(gòu)：電纜的屏蔽層至少包括一個銅帶重疊的層和銅絲纏繞的層繞包在三芯或四芯相線的外面，也可選擇銅絲編織作為屏蔽層。 屏蔽層傳輸阻抗：在100MHz范圍以內(nèi)，傳輸阻抗必須等于或小于100 mΩ/m。 2.2 PHILSHEATH牌變頻系統(tǒng)用電力電纜這種電纜是由ANIXTER公司和原BICC公司聯(lián)合研制開發(fā)的，在變頻系統(tǒng)應(yīng)用有著很多的業(yè)績。主要原因是這種電纜采用3根相線+3根接地線的對稱電纜結(jié)構(gòu)，并在電纜的結(jié)構(gòu)元件中設(shè)計了一層縱包焊接波紋鋁護(hù)套作為屏蔽層，屏蔽層一是防止電磁干擾；二是具有極低的傳輸阻抗。 PHILSHEATH牌變頻系統(tǒng)用電力電纜的具體規(guī)范是：導(dǎo)體：絞制裸退火銅； 絕緣：XLPE；成纜：采用3根相線+3根接地線的對稱電纜結(jié)構(gòu)。鋁護(hù)套：采用連續(xù)密封縱包焊接的波紋鋁護(hù)套，加工完成的鋁護(hù)套必須 進(jìn)行壓力試驗；外護(hù)：黑色的耐光照PVC。該電纜在變頻系統(tǒng)中使用具有以下優(yōu)點(diǎn)：鋁護(hù)套提供了一個均勻*的電場，該電場能夠在電壓倍增之前增大了電機(jī)和傳動器之間的允許長度；高強(qiáng)度絕緣材料的使用，使得電纜能夠承受由于反射導(dǎo)致的巨大電壓峰值（2-3X）；鋁護(hù)套起到一種有效的屏蔽作用，從而減小了相鄰電路間的串?dāng)_；鋁護(hù)套為一種低阻抗的路徑，可防止產(chǎn)生的高頻噪音擴(kuò)散到地面的電網(wǎng)； 外護(hù)套還起到一個絕緣的作用，可避免由于多個接地 點(diǎn)導(dǎo)致的接地電流的循環(huán)。3 不同電力電纜結(jié)構(gòu)及EMC相關(guān)評價 EMC是電磁兼容的簡稱。IEC對其的定義是"設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能工作正常且對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁擾的能力"。EMC已成為產(chǎn)品認(rèn)證領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，它將成為電氣工程設(shè)計和研究人員在設(shè)計過程中必須考慮的主題。表1提供了屏蔽和不屏蔽，對稱芯線和不對稱芯線、平行芯線的各種電力電纜EMC評價。通過比較，3+3對稱芯線帶屏蔽的結(jié)構(gòu)性能，經(jīng)驗也表明，采用對稱屏蔽電纜也可以減少傳動系統(tǒng)的電磁輻射，以及減小電動機(jī)的軸電流和由此引起的軸承磨損。表1的意義還在于，當(dāng)某種原因未能使用屏蔽電纜的時候，將如何以EMC的角度去選擇其它適用的電纜結(jié)構(gòu)。表1 電力電纜的EMC評價 普通電力電纜的纜芯為平行絞合結(jié)構(gòu)，且大都呈非對稱形。有文章報導(dǎo)過，普通結(jié)構(gòu)的電力電纜在一些特殊場所使用會暴露出許多問題。對于變頻系統(tǒng)用電力電纜的纜芯結(jié)構(gòu)一般傾向于圖1(a)所示的三芯電纜和 圖1(b)所示的3+3結(jié)構(gòu)電纜，電纜纜芯呈對稱形、并均佩有屏蔽層。 4.2 電纜的導(dǎo)體常規(guī)變頻系統(tǒng)用電力電纜的導(dǎo)體同普通電力電纜相同，特殊場所有采用軟結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的需求（也即R型導(dǎo)體）。 4.3電纜的屏蔽 設(shè)有屏蔽層的電纜能夠有效的抑制內(nèi)、外界的電磁干擾，決定屏蔽層的屏蔽效果好壞常用屏蔽抑制系數(shù)來表示，屏蔽抑制系數(shù)為零說明電纜的屏蔽效果。 變頻系統(tǒng)用電力電纜常采用的屏蔽方式有：銅絲編織屏蔽，銅帶繞包屏蔽，銅絲纏繞屏蔽，銅絲銅帶組合屏蔽，銅帶縱包屏蔽（分軋紋與不軋紋），鋁帶縱包屏蔽（分軋紋與不軋紋），鋼絲銅絲組合屏蔽。縱包結(jié)構(gòu)的屏蔽效果要比繞包結(jié)構(gòu)的好。此外，也有采用鋁/塑復(fù)合帶進(jìn)行繞包或縱包作為屏蔽層，這種屏蔽層應(yīng)用到變頻系統(tǒng)用電力電纜的結(jié)構(gòu)上是否滿足抗電磁干擾的要求還值得商榷。選用何種屏蔽方式要依據(jù)電纜的使用場合而定。屏蔽層的截面一般根據(jù)使用要求 而定，通常屏蔽層的截面是相線截面的50%，也有要求和相線截面相等。 4.4電纜的絕緣 普通電力電纜用絕緣有PVC、XLPE、ERP、CSM、CR/PCP、NBR等材料，從材料的絕緣性能（體積電阻、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、介電強(qiáng)度、工作溫度等）和彎曲性能等方面來考慮，變頻系統(tǒng)用電力電纜的絕緣使用較 多的材料為XLPE和ERP。 4.5電纜的電壓等級目前變頻系統(tǒng)用電力電纜電壓等級均在6/10kV以下，市場用量較大的電壓等級為0.6/1kV。4.6電纜的護(hù)套 變頻系統(tǒng)用電力電纜的護(hù)套材料多為PVC、ERP、無鹵低煙阻燃聚烯烴。
BPGGP、BPGGP2、BPGGPP2..BPGGP3、BPGVFP、BPGVFP2、BPGVFPP2、BPGVFP3 、BPYJVPP、BPVVPP、BPFFP、BPFFP2、BPFFPP2、BPFFP3、BPVVP、BPVVP2、BPVVPP2、BPVVP3、BPYJVP、BPYJVP2、BPYJVPP2、BPYJVP3 、ZR-BPGGP..ZR-BPGGP2、ZR-BPGGPP2、ZR-BPGGP3、ZR-BPGVFP、ZR-BPGVFP2、ZR-BPGVFPP2、ZR-BPGVFP3 、ZR-BPYJVPP、ZR-BPVVPP、ZR-BPFFP、ZR-BPFFP2、ZR-BPFFPP2、ZR-BPFFP3、ZR-BPVVP、ZR-BPVVP2、ZR-BPVVPP2、ZR-BPVVP3、ZR-BPYJVP、ZR-BPYJVP2、ZR-BPYJVPP2、ZR-BPYJVP3 ..NH-BPGGP、NH-BPGGP2、NH-BPGGPP2、NH-BPGGP3、NH-BPGVFP、NH-BPGVFP2、NH-BPGVFPP2、NH-BPGVFP3 、NH-BPYJVPP、NH-BPVVPP、NH-BPFFP、NH-BPFFP2、NH-BPFFPP2、NH-BPFFP3、NH-BPVVP、NH-BPVVP2、NH-BPVVPP2、 NH-BPVVP3、NH-BPYJVP、NH-BPYJVP2、NH-BPYJVPP2、NH-BPYJVP3 ..ZRC-BPYJVPP、ZRC-BPVVPP、ZRC-BPFFP、ZRC-BPFFP2、
ZRC-BPFFPP2、ZRC-BPFFP3、ZRC-BPVVP、ZRC-BPVVP2、ZRC-BPVVPP2、ZRC-BPVVP3
BPGVFP2 BPGVFP2R BPGVP BPGVPP2
各種電機(jī)在使用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，使電機(jī)工作平穩(wěn)，電機(jī)軸承磨損減小，延長了電機(jī)使用壽命和維護(hù)周期。在變頻調(diào)速技術(shù)在石油、冶金、發(fā)電、鐵路、礦山等大功率電機(jī)中采用變頻調(diào)速電機(jī)，可節(jié)電30%。近在家用電器同樣也被廣泛地應(yīng)用。這就為變頻電源與電機(jī)之間的連接線----變頻電 纜提出了特殊的要求： 一、變頻電纜的工作特點(diǎn)： 1．脈沖電壓對絕緣的影響： 變頻電源的頻率調(diào)節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個主頻率的波形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經(jīng)多次反射，幅值疊加可達(dá)到工作電壓數(shù)倍，電纜越長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數(shù) 不高，可能被擊穿。 2．電纜本體對外發(fā)射電磁波： 一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，變頻電源、連接電纜和變頻電機(jī)一并設(shè)置在金屬殼內(nèi)，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，電機(jī)功率較大，連接變頻電機(jī)和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對于周圍鄰近地區(qū)的廣播通信將產(chǎn)生較大的干擾，有時情況也比較嚴(yán)重，稱之為電磁波的環(huán) 境污染。 3．中性線電流的疊加：完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當(dāng)三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出現(xiàn)三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內(nèi)不存在相位差，所以直接疊加成分量得三倍。若變頻原供電對象是三個單相變頻電機(jī)，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應(yīng)不小于相截 面。
二、變頻電纜的結(jié)構(gòu)：了解變頻電纜工作特點(diǎn)之后，就不難從電纜結(jié)構(gòu)改進(jìn) 來解決上述三個問題。 1．電纜絕緣設(shè)計：大多數(shù)情況選用一般電力電纜，如聚氯乙烯絕緣或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。為何電纜在工頻下能長期運(yùn)行而變頻下幾小時內(nèi)擊穿? 這決不是老化問題，基本上可歸結(jié)于高頻脈沖電壓的影響。一般采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質(zhì)損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意，它兼有機(jī)、電、熱等優(yōu)良性能。 若適當(dāng)加厚，當(dāng)然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。 2．電纜對稱性設(shè)計 變頻器與變頻電機(jī)之間的電纜均需采用對稱電纜結(jié)構(gòu)，對稱電纜結(jié)構(gòu)有3芯和3+3芯兩種， 3+3芯電纜結(jié)構(gòu)是將三大一小四芯絕緣線芯中第四芯(中性線芯)分解為三個截面較小的絕緣線芯，把三大三小線芯對稱成纜，對于6/10kV變頻電機(jī)電纜，該電纜結(jié)構(gòu)與6/10kV普通電力電纜有所不同，普通電力電纜是將三根絕緣線芯采用銅帶屏蔽后成纜，而變頻電機(jī)電纜是由銅絲銅帶屏蔽后擠包分相護(hù)套，然后對稱成纜，對稱電纜結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)線的互換性，有更好的電磁相容性，對抑制電磁干擾起到一定的作用，能抵消高次諧彼中的奇次頻率， 提高變頻電機(jī)電纜的抗干擾性，減少了整個系統(tǒng)中的電磁輻射。 ３．屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1.8/3kV及以下變頻電機(jī)電纜的屏蔽一般采用總屏蔽， 6/10kv變頻電機(jī)電纜屏蔽由分相屏蔽和總屏蔽構(gòu)成，分相屏蔽一般可采用銅帶屏蔽或銅絲銅帶組合屏蔽。總屏蔽結(jié)構(gòu)可采用銅絲銅帶組合屏蔽、銅絲編織屏蔽、銅帶屏蔽、銅絲編織銅帶屏蔽等，屏蔽層截面與主線芯截面按一定比例。此結(jié)構(gòu)的屏蔽電纜可抗電磁感應(yīng)、接地不良和電源線傳導(dǎo)干擾，減小電感，防止感應(yīng)電動勢過大。屏蔽層既起到抑制電磁波對外發(fā)射的作用，又可作為短路電流的通道，能起到中 性線芯的保護(hù)作用。 大家習(xí)慣采用銅線編織屏蔽，實際上這并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應(yīng)不是較理想。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和工藝，形成了全封閉金屬層，只要厚度適當(dāng)，可達(dá)到有效的屏蔽功能。而這種工藝及其所用的材料在光纜領(lǐng)域中已十分普遍，銅帶厚度不能太薄，以保證抑制電磁 波對外發(fā)射。 當(dāng)然對于移動型的變頻電纜必須采用編制屏蔽結(jié)構(gòu)。 4．屏蔽層接地措施： 屏蔽層接地良好是抑制電磁波對外發(fā)射的必要條件，銅線編織屏蔽的接地方式較容易解決，而縱包銅帶軋紋屏蔽需用夾具接地， 夾具與軋紋銅管的接觸面應(yīng)當(dāng)吻合，接地線由夾具尾端引出。 5．外護(hù)套 變頻電纜大多數(shù)敷設(shè)在室內(nèi)，考慮到電纜在使用過程中經(jīng)常受到徑向或縱向外力作用，在電纜屏蔽層外增加鎧裝層，同時它也起到附加性總屏蔽作用，特別是鋼帶鎧裝和銅絲、銅帶屏蔽，是采用了兩種不同屏蔽材料，在電磁波屏蔽上起到一定的互補(bǔ)作用，屏蔽效果將更好。外護(hù)套選用高密度聚乙烯更為 合適。
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