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BPVVPP2/BPYJVP2/ZR-BPYJVP/BPGGPP2/BPFFPP2/BPFGVP2变频电缆

[当前栏目:变频电缆]      [发布日期:2017-03-24]
BPVVPP2/BPYJVP2/ZR-BPYJVP/BPGGPP2 变频电缆
虽然变频技术的应用范围很广,但对于许多工程技术人员来说变频技术尚属于一门新的技术。同时,在此情况下也带来了电机和变频器之间电力电缆的结构设计和如何正确选用电力电缆等成为一个新的课题。
    鉴于这方面的原因,本文对变频系统用电力电缆结构、相关性能要求以及电缆的接线方式等方面作一介绍。供相关电缆制造和电气设计技术人员作参考。
   2国外典型变频系统用电力电缆结构介绍
   2.1ABB公司认可的电缆结构及相关要求
   2.1.1主电电缆为满足工业环境的一般电磁辐射标准,主电电缆必须是三芯或四芯屏蔽电缆。电缆屏蔽的有效性规则是,屏蔽层越紧密电磁辐射的水平就越低。可以基于屏蔽层的结构或传输阻抗来评价它的有效性:屏蔽结构:电缆的屏蔽层采用铜丝缠绕在三芯或四芯相线的外面,带有一个螺旋形铜带,减小了屏蔽层孔的大小。屏蔽层传输阻抗:在100MHz范围以内,传输阻抗必须等于或小于1Ω/m。
   2.1.2电机电缆电机电缆屏蔽必须满足上述主电电缆屏蔽的最低要求。屏蔽结构:电缆的屏蔽层至少包括一个铜带重叠的层和铜丝缠绕的层绕包在三芯或四芯相线的外面,也可选择铜丝编织作为屏蔽层。屏蔽层传输阻抗:在100MHz范围以内,传输阻抗必须等于或小于100 mΩ/m。
  2.2 PHILSHEATH牌变频系统用电力电缆这种电缆是由ANIXTER公司和原BICC公司联合研制开发的,在变频系统应用有着很多的业绩。主要原因是这种电缆采用3根相线+3根接地线的对称电缆结构,并在电缆的结构元件中设计了一层纵包焊接波纹铝护套作为屏蔽层,屏蔽层一是防止电磁干扰;二是具有极低的传输阻抗。
   PHILSHEATH牌变频系统用电力电缆的具体规范是:导体:绞制裸退火铜; 绝缘:XLPE;成缆:采用3根相线+3根接地线的对称电缆结构。铝护套:采用连续密封纵包焊接的波纹铝护套,加工完成的铝护套必须进行压力试验;外护:黑色的耐光照PVC。
  该电缆在变频系统中使用具有以下优点:铝护套提供了一个均匀一致的电场,该电场能够在电压倍增之前增大了电机和传动器之间的允许长度;高强度绝缘材料的使用,使得电缆能够承受由于反射导致的巨大电压峰值(2-3X);铝护套起到一种有效的屏蔽作用,从而减小了相邻电路间的串扰;铝护套为一种低阻抗的路径,可防止产生的高频噪音扩散到地面的电网; 外护套还起到一个绝缘的作用,可避免由于多个接地点导致的接地电流的循环。
   3 不同电力电缆结构及EMC相关评价 EMC是电磁兼容的简称。IEC对其的定义是"设备或系统在其电磁环境中能工作正常且对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力"。EMC已成为产品认证领域的新热点,它将成为电气工程设计和研究人员在设计过程中必须考虑的主题。
   表1提供了屏蔽和不屏蔽,对称芯线和不对称芯线、平行芯线的各种电力电缆EMC评价。通过比较,3+3对称芯线带屏蔽的结构性能最好,经验也表明,采用对称屏蔽电缆也可以减少传动系统的电磁辐射,以及减小电动机的轴电流和由此引起的轴承磨损。表1的意义还在于,当某种原因未能使用屏蔽电缆的时候,将如何以EMC的角度去选择其它适用的电缆结构。表1 电力电缆的EMC评价
结构
 
屏蔽层
EMC评价
     
对称 3+3
细铜丝编织屏蔽层
性能最优
     
对称 3芯
细铜丝编织屏蔽层
     
非对称 4芯
细铜丝编织屏蔽层
   
对称 3+3
尚好
     
非对称 4芯
中等
     
非对称平行芯线或扁电缆
铜编织屏蔽层
中等
     
非对称平行芯线或扁电缆
 
●产品用途
变频电缆主要用于变频电源和变频电机之间连接用的电缆,以及额定电压1KV及以下的输配电线路中,作输送电能用。
●适用范围:
适用于干燥或潮湿的室内,无强应力缓释或强制引导的自由连续往复运动下的安装,工业使用环境下的弯曲场合,如木工机械、机床加工设备、物流输送系统、起重机场合等,对电磁屏蔽抗干扰好。尤其适用于造纸、冶金、金属加工、矿山、铁路和食品加工等行业。用于水泵、鼓风机、输送机、传输线和空调等电力传输。
●使用条件
1、额定电压U0/U:0.6/1KV。  
2、电缆导体长期允许最高温度为:+90度,短路时最高温度+250度。   
3、安装敷设环境温度:≥ 0度,固定敷设时环境温度不低于-10度。   
4、电缆允许最小弯曲半径:≥15D(D-电缆外径)。
●产品性能
1、设计采用符合GB/T3956-1997规定的第5类软绞合铜导体。
2、交联聚乙烯绝缘、耐温耐候性好。
3、低传输阻抗,电磁兼容性好。
4、低工作电容。
5、良好的抗干扰和低辐射性能。
6、对称的三芯电缆结构设计,具有比四芯电缆更好的传输性能。
7、具有较强的耐电压冲击性,能经受高速、频繁变频时的脉冲电压。
8、具有良好的屏蔽性能,可降低变频器输出中存在的高次揩波的不良影响。
9、低烟无卤阻燃电缆能经受GB12666.5规定的成束燃烧试验且燃烧时的烟浓度符合GB12666.7(IEC1034)的 规定,燃烧析出气体水溶液的PH值≥4.3,导电率≤10μs/mm并符合IEC754-2的要求。
10、弯曲寿命比普通安装线要长,但不作为拖链电缆使用。
●使用特性:
1、较低的有效电容
2、具有良好的耐火燃烧性能,可用于危险区域
3、低传输阻抗。该产品含有屏蔽层,具有较强的抗电磁干扰、抗雷击及均匀电场,改善供电品质特性。传输阻抗RX是对屏蔽阻抗感应和电容束合的有效度量,低传输阻抗可提供良好的电磁相容性
BPVVP:聚氯乙烯绝缘和护套铜丝编织屏蔽变频电力电缆
BPVVP2:聚氯乙烯绝缘和护套铜带绕包屏蔽变频电力电缆
BPVVPP2:聚氯乙烯绝缘和护套铜丝编织铜带绕包屏蔽变频电力电缆
BPVVP3:聚氯乙烯绝缘和护套铝聚酯复合膜绕包屏蔽变频电力电缆
BPYJVP:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝编织屏蔽变频电力电缆
BPYJVP2:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜带绕包屏蔽变频电力电缆
BPYJVPP2:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝编织铜带绕包屏蔽变频电力电缆
BPYJVP3:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝聚酯复合膜绕包屏蔽变频电力电缆
BPYJVP:交联聚乙烯绝缘铜丝编织总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJPVP:交联聚乙烯绝缘铜丝编织分屏蔽和总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJPVP2:交联聚乙烯绝缘铜丝编织分屏蔽铜带绕包和总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJVP2:交联聚乙烯绝缘铜带绕包总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJP2VP2:交联聚乙烯绝缘铜带绕包分屏蔽和总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJP2VP:交联聚乙烯绝缘铜带绕包分屏蔽铜丝编织总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJVP2P:交联聚乙烯绝缘铜带绕包和铜丝编织双层总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJP3VP:交联聚乙烯绝缘铝(铝塑)带(扎纹)纵包分屏蔽铜丝编织总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
BPYJP3VP2:交联聚乙烯绝缘铝(铝塑)带(扎纹)纵包分屏蔽铜带绕包总屏蔽聚氯乙烯护套变频器电缆
ZR-BPYJVP:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝编织屏蔽阻燃变频器电缆
ZR-BPYJVP1:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝缠绕屏蔽阻燃变频器电缆
ZR-BPYJVP1-2:交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝缠绕铜带绕包双重屏蔽阻燃变频器电缆
 


4电缆的结构形式选择 4.1电缆的缆芯结构普通电力电缆的缆芯为平行绞合结构,且大都呈非对称形。有文章报导过,普通结构的电力电缆在一些特殊场所使用会暴露出许多问题。对于变频系统用电力电缆的缆芯结构一般倾向于图1(a)所示的三芯电缆和图1(b)所示的3+3结构电缆,电缆缆芯呈对称形、并均佩有屏蔽层。
 
4.2 电缆的导体
常规变频系统用电力电缆的导体同普通电力电缆相同,特殊场所有采用软结构导体的需求(也即R型导体)。
4.3电缆的屏蔽
设有屏蔽层的电缆能够有效的抑制内、外界的电磁干扰,决定屏蔽层的屏蔽效果好坏常用屏蔽抑制系数来表示,屏蔽抑制系数为零说明电缆的屏蔽效果最佳。
变频系统用电力电缆常采用的屏蔽方式有:铜丝编织屏蔽,铜带绕包屏蔽,铜丝缠绕屏蔽,铜丝铜带组合屏蔽,铜带纵包屏蔽(分轧纹与不轧纹),铝带纵包屏蔽(分轧纹与不轧纹),钢丝铜丝组合屏蔽。纵包结构的屏蔽效果要比绕包结构的好。此外,也有采用铝/塑复合带进行绕包或纵包作为屏蔽层,这种屏蔽层应用到变频系统用电力电缆的结构上是否满足抗电磁干扰的要求还值得商榷。选用何种屏蔽方式要依据电缆的使用场合而定。屏蔽层的截面一般根据使用要求而定,通常屏蔽层的截面是相线截面的50%,也有要求和相线截面相等。
4.4电缆的绝缘
普通电力电缆用绝缘有PVC、XLPE、ERP、CSM、CR/PCP、NBR等材料,从材料的绝缘性能(体积电阻、介电常数、介质损耗、介电强度、工作温度等)和弯曲性能等方面来考虑,变频系统用电力电缆的绝缘使用较多的材料为XLPE和ERP。
4.5电缆的电压等级
目前变频系统用电力电缆电压等级均在6/10kV以下,市场用量较大的电压等级为0.6/1kV。
4.6电缆的护套
变频系统用电力电缆的护套材料多为PVC、ERP、无卤低烟阻燃聚烯烃。
a)变频系统用三芯电缆结构示意图 b)变频系统用3+3电缆结构示意图
1-相线 2-包带 3-屏蔽层 4-外护套 1-相线 2-包带 3-屏蔽层 4-中性线 5-外护套
图1 变频系统用电力电缆结构示意图
5电缆的接线方式
图2所示是三种不同结构的变频系统用电力电缆和电机、变频器、变压器之间的接线方式。
图2a所示是一种三芯电缆,它配有同心铜屏蔽层。在此种情况下相线之间以及相线与屏蔽线的距离都是相等的,同时屏蔽层还作一根保护导体使用。采用这种结构的电缆和接线方式,应考虑到屏蔽层截面的大小必须要保证电缆能够安全的运行。
  图2b所示是一种3+3对称结构的电缆,电缆具有屏蔽层,此种情况三根对称导体用作电缆的保护接地线。该类型电缆的屏蔽层采用铜/铝纵包加工而成。屏蔽线一端连接到变频器的保护条上,一端连接到电机的保护端上。
  图2c所示是第三种类型电缆,它采用镀锌钢丝、低节距绞制铠装/屏蔽层。屏蔽线的两端都连接到保护线上,但也可以另外增加一层具有高导电率的保护导体,以防止绞制铜线的截面不够。
图2 典型的电缆连接方式
此外,电缆的屏蔽层应在变频器的一端用环型夹360度可靠的接地。如图3所示。
6结束语
6.1 变频系统用电力电缆宜采用对称缆芯结构,此外电缆应具有屏蔽层,屏蔽层宜采用屏蔽效果较佳的纵包结构。建议变频系统用
电力电缆在安装时采用整根连接,带有中间接头的电缆其电缆抗干扰性能会有所降低。
6.2 变频系统用电力电缆对于我国电缆行业来说是一种新型的电缆产品,应加强这种电缆的性能指标研究,特别是电缆的电磁兼容
性能、屏蔽性能和传输阻抗的研究,同时应尽快制订行业标准以期推动该电缆的技术进步和发展应用。并能和电机行业在电缆的技
术指标、结构尺寸上形成统一化、标准化。
6.3应尽快研制开发满足变频系统用电力电缆相关电气性能(电磁兼容性能、屏蔽性能和传输阻抗等)的测试设备,从而满足电缆质
量控制的需要。
6.4应加强变频系统用电力电缆专用附件的开发。
现代电力电子技术的发展已进入变频技术为主的时代,现代变频技术是集高频、高压和大电流于一身的交流电气传动技术,变频器具有高效、节能和智能化的特点,已经成为提高能源效率和控制特性、改善机械设备性能的一个强有力的途径。变频系统由变频器、变频电机、控制电路组成,变频调速按变换环节主要分为“交—直—交”和“交—交”两种。交流传动与控制技术已是目前发展最为迅速的技术之一。
虽然变频器在工业生产中具有无可比拟的优越性,具有功率因数高、起动平稳、调速范围宽和使用方便等优点,但是由于变频器要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变等非线型电路,故产生高次谐波电流。现代“绿色”变频器对高次谐波有较好的抑制作用,因而能减少高次谐波的辐射,而它通过电缆输出的电力,成了干扰源,对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰,尤其是在对防干扰要求比较高的高精度仪表、计算机控制系统等谐波干扰问题尤为突出。所以设计合适的变频用电力电缆,才能有效力减少谐波的辐射和污染,减少电机的损耗和发热。
 2  电缆输送高次谐波电力的危害
电缆是输送电力的载体,电缆输出的高次谐波是由于变频器输出和输入产生的,研究变频器谐波特点和危害,才能设计并应用合适的电力电缆。
2.1 变频器产生高次谐波
变频器内存在大量非线性电子组件,使变频器输出与输入的电力不是连续的正弦波,因而就产生了大量高次谐波。根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波可以区分为偶次性与奇次性。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大,常见奇次谐波为3、5、7、9倍谐波,以5倍谐波危害最为严重,如图1所示。
图1  电缆中的高次谐波
2.2 变频电力电缆产生高次谐波的辐射危害
变频器的输出电压和电流波形如图2所示。在变频条件下电力电缆是传输经变频器电力“加工”的具有高次谐波的电力,高次谐波的辐射危害主要有:
(1)增加输、供和用电设备的额外附加损耗,使设备的温度过热;
(2)引起继电保护及自动装置误动或拒动,使其动作失去选择性,可靠性降低,容易造成系统事故,严重威胁系统的安全运行;
(3)对通讯系统工作产生干扰,影响通信线路通话的清晰度,甚至还会威胁着通信设备和人员的安全;
(4)对用电设备的影响很大,电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变,使计算机及数据处理系统出现错误,严重时甚至损害机器;
此外,电力谐波还会对测量和计量仪器的指示造成不准确及对装置等产生不良影响,它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。
图2  变频器的输出电压和电流波形
3  电力电缆阻抗振荡辐射
电缆产生辐射的机理有两种,一种是电缆中的电流(差模电流)回路产生的差模辐射,另一种是电缆中的导线(包括屏蔽层)上的共模电流产生的。电缆的辐射主要来自共模辐射。共模辐射是由共模电流产生的,共模电流的环路面积是由电缆与大地(或邻近其它大型导体)形成的,因此具有较大的环路面积,会产生较强的辐射,而且频率越高产生的辐射越强。
逆变器输出的高频脉冲在电缆传输时产生反射波电压,主要是因为输出电缆和电动机的阻抗不匹配引起的。如果传输线和接收端的阻抗不匹配,那么输出的电流和最终的稳定状态将不同,这就引起在接收端产生反射,这个反射将传回发射端并再次反射回来。随着能量的减弱,反射电流的幅度将减小,直到电压和电流达到稳定,这种效应被称为振荡。
电力电缆的阻抗包括交流电阻和电抗部分,在高频运行时,电缆电抗将随频率的倍数而增加,而大量高次谐波的产生,电缆的损耗大大增加,使无功功率增加,功率因数减小。
电缆的电抗(主要是感抗,容抗较小):X=2πfL
电感分内感和外感两部分,总计为:
 Li=[0.55+2ln()]×10-7H/m
电缆阻抗:Z=R+j2πfL
通常变频在电力高次谐波的频率为基波的(3~8)倍,高于工频,因而由电感产生的阻抗占有比率与普通工频相比要大得多,足以引起人们对无功损耗的重视。据悉,变频电力(主要是6脉冲整流)传输中产生的高次谐波的功率约为总功率的30%。这些高次谐波可通过电缆电容和电感的振荡特性,向周围环境进行电磁振荡辐射。
交流电力系统中变频器产生有害的高次谐波,变频器就成为连接于该点的谐波源,其谐波电流经过电缆内阻的耦合作用,产生交流电压的波动。当电缆和电机负载电抗不同时,电力电抗有可能和负载电抗形成谐振,这个谐振频率接近于谐波源的某个谐波频率时,就会产生很高的谐波电压。因此,必须使变频器的谐波电流和电缆控制到一定的程度,才不会对电路中的其他设备造成有害的影响。
电力非线性失真,电力相位不平衡,高次谐波功率较大,电缆阻抗较大,这是电缆产生电磁振荡辐射的主要原因。
4  电缆的高频容性效应
由于变频器输出端与电机之间的联系采用的电缆各相均存在对地电容,所以运行时线路上的电容电流是不相等的,且线路中又存在高次谐波电流,如果电缆敷设距离较长,电容电流离散性就会更大。在高频时,电缆的电容决定电缆的传输效率,电容电流占到电缆载流容量的相当一部分,而且能够达到与导体电流相同的数值,使电缆的传输距离减小和无功损耗增大。
电缆的电容计算:C=nε×10-12(F/m)
电容充电电流:IC=2πfUC
电缆的介质损耗:Wd=2πfU2Ctgδ
高次谐波的电压加至电缆两端时,由于电缆绝缘电容承受能力有限,电缆很容易发生过负荷导致绝缘损坏;高次谐波引起电缆内耗加大,电缆发热,缩短电缆的使用寿命。
变频器与电机之间的连接电缆存在杂散电容,产生容性漏电流,受高次谐波的激励而产生衰减振荡,造成传送到电机输入端的驱动电压产生过冲现象,同时电机绕组也存在杂散电容,过冲电压在绕组中产生尖峰电流,使其在绕组绝缘层不均匀处引起过热,甚至破坏绝缘层而导致电机损坏,还会增加电源的功率损耗。电线电缆减小电容,才能够减少绝缘损耗和容性过电流。
低电容要求电缆绝缘材料应选用低介质常数的材料,从电缆结构上采用降低电容的设计,在使用时应尽量减小电缆的使用长度,才能使电缆电容降到较小的程度。
5  电缆的电磁兼容(EMC)
国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是:指在不损害信号所含信息的条件下,信号和干扰能够共存。研究电磁兼容的目的是为了保证电器组件或装置在电磁环境中能够具有正常工作的能力。变频电力电缆的电磁兼容主要考虑的是电缆电磁场不会对外界产生干扰。
从电缆方面讲,屏蔽是实现电磁兼容,减少电磁辐射最好的方式。
屏蔽主要运用各种导电、导磁材料,制造成各种金属保护体并与大地连接,以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径,其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来,切断通过阻抗进行耦合的可能。
根据“集肤效应”,屏蔽电缆的静电电流(高频)将趋于在屏蔽层的表面流动,屏蔽层的表面积较大,能减少“集肤效应”阻抗。为了使屏蔽层起到更好的效果,屏蔽层的接地方式通常要采取两端接地,使得高频共模电流通过大地形成了环路,这个电流产生了一个与原磁场相反的磁场,减弱电缆内电磁振荡辐射;如果屏蔽不接地,屏蔽上将产生大量共模电压,将成为电缆的辐射源,同样具有较大的辐射危害性。
电磁兼容效果的好坏与电缆理想屏蔽抑制系数有关,一般来说,电缆至少需要屏蔽90%的电磁辐射,这就要求电缆屏蔽层具有较大的屏蔽覆盖面积,较小的屏蔽阻抗,较短的接地线路,才能做到电磁兼容,抑制辐射,保护电磁环境。
 6  变频系统电力电缆结构设计和主要性能要求
根据以上阻抗、电容、屏蔽和对称性绝缘多线芯结构的方法,因而电线电缆结构设计如下:
(1)导体结构要求
由于“集肤效应”的影响,因而设计变频电缆时因适当增加导体表面积,以减小阻抗。2类导体单根要多,而且在可能的情况下尽量采用5类软导体,以增加表面积,减少电抗。
(2)绝缘材料选用
采用介质常数较小和耐电晕强度较高的材料,如PE、EPRM、XLPE材料,以减小电容和共模电压对电缆绝缘性能的影响,理想材料为XLPE。
(3)绞缆结构
以圆形电缆代替扇形等异形结构,增加导体距离,可减少电抗。同时高切换频率的脉冲电流要求电机电缆采用中性线均匀分开,为每相进行电力回归的方式,减少电抗的辐射;电缆常用的结构方法为三加三分中性线的方法,并将中性线围以每相之间。
(4)电缆的屏蔽
屏蔽主要采用电屏蔽方式,以铜和铝等高导电性材料为主,可采用不同加工方式,而且根据电缆不同需求确定,但要采用增加屏蔽的表面积和降低屏蔽阻抗相结合的结构方法最为有效。电缆脉冲屏蔽抑制系数应不大于0.05。如采用电磁屏蔽方式,屏蔽效果可能会更好。
江苏亨通电力电缆有限公司屏蔽结构设计为铜丝缠绕加铜带屏蔽的方式,屏蔽表面积覆盖率达100%,同时铜丝缠绕以超过铜带截面导通屏蔽带,使屏蔽阻抗减到最小。
江苏亨通电力电缆有限公司根据以上设计开发的变频电机用电力电缆结构见图3所示。
图3  变频系统用电力电缆结构图
1.主导体  2.中性导体  3.XLPE绝缘  4.成缆包带  5.内护套    6.铜丝屏蔽  7.铜带屏蔽
8.隔离套  9.铠装  10.外护套
根据国外先进公司产品结构方式,结合本产品结构设计特点,我公司设计开发了如图3所示的产品结构。
以BPYJVRP1P20.6/1kV3×70+3×10为例,产品主要性能参数见附表。
对于中压大功率变频系统用电力电缆,电缆采取适当屏蔽方式,可有效减少高次谐波辐射。在变频系统用电力电缆的生产和使用扩大的情况下,建议编制相关行业规范或标准,研究特性,更好指导并规范市场。
7  结束语
变频作为电力电子技术的新发展给电力环境提供了优秀供电方式,但随之而来的电磁辐射问题也要有所警觉,除了变频器系统采用合适的拓朴方法外,作为电缆,虽然辐射比变频器要小,但在有些场合,电缆电磁辐射也全成为主要的辐射源,因为变频器、电机都会采用一定处理方式,如变频器采用滤波器,电机采用一定的电力补偿的方式进行解决。
                        因而研究变频用电力电缆,减少高次谐波的发生,减少电磁辐射,变频调速系统环境的电磁辐射应引进重视,采用主动防治和被动防治相结合的方法,创造“绿色”环保的电磁环境。
变频电缆,顾名思义为变频器专用电缆。是用来传输电能的,有着较高的电压等级。这就要求我们在设计变频电缆的结构时不单单要考虑外界环境对变频电缆的影响,由于其多数都敷设于室内,我们还要着重的考虑变频电缆对外界环境的影响。于是对于变频电缆的结构也就有了特殊的要求。虽然目前国内各大企业对变频电缆的结构说法不一,都相应的制定了自己的企业标准,但都比较倾向于对称3+3的结构。相信在不久的将来就会得到统一。在此,笔者收集并总结了部分关于变频电缆对称3+3结构的资料,希望能对变频电缆的发展尽一份绵薄之力。
    变频电缆目前选用了交联聚乙烯为绝缘材料,实际工作中承受的频率变化范围为30~300HZ,变频电缆有着抵抗高次谐波、减小与外界环境相互干扰等优点,主要敷设的地点为室内,这使得变频电缆的运行与周围的供电或用电设备有了非常密切的关系,于是就需要有一种特殊的结构来解决这种复杂的相互关系。因此便产生了对称3+3的结构。下面将对其作具体的说明。
2 外部环境对变频电缆的影响及解决办法
    外部环境对变频电缆的影响主要是变频器产生的高次谐波的影响。对于交—直—交型的变频器,由于采用了开关的切换技术,使其输出的不再是正弦波,而是可分解为正弦基波和高次谐波的阶梯波。
以普通的3+1型电力电缆为例,完整的三项供电系统,当三项电流平衡时,其中性线芯的电流为零;当高次谐波产生时,经过电缆的多次反射,便会出现对此的波峰与波峰或波谷与波谷相叠加的机会,电缆越长叠加机会越多表现得也就越明显。加之电缆这个大的电容本身对高次谐波就有着放大的作用,对于3+1型电缆,高次谐波产生的电流分量在中性线芯内无相位差,这样一来电流将会叠加成原分量的数倍,中性线芯在高频脉冲下很快就会被击穿。为了解决这个问题,我们将3+1型的电缆中的1芯分成了三份,以对称的方式做成3+3结构,结构图如下
 
表1 电力电缆的EMC评价
结构
 
屏蔽层
EMC评价
     
对称 3+3
细铜丝编织屏蔽层
性能最优
     
对称 3芯
细铜丝编织屏蔽层
     
非对称 4芯
细铜丝编织屏蔽层
  
对称 3+3
尚好
     
非对称 4芯
中等
     
非对称平行芯线或扁电缆
铜编织屏蔽层
中等
     
非对称平行芯线或扁电缆
这样,三个中性线芯的相位一次滞后120°,形成了一个对称平衡的状态,使得电流不会型叠加,有效的减小了高次谐波对变频电缆的危害。此为变频电缆选择对称3+3结构的理由之一。
3 变频电缆对外界的干扰和解决办法
变频电缆主要是用来连接电源与变频器、变频器与用电设备的电缆。其敷设的空间相对较小,而电压等级有相对比较高(最高可达8.7/15kv),在其运行过程中,会产生大量的电磁波,对周围的供电和用电系统都会产生强烈的干扰。这就要求变频电缆要有更好的屏蔽措施。所以对电压等级为3.6/6kv及以上的变频电缆都要求有分相屏蔽和统包屏蔽。采用多层屏蔽可以达到非常好的效果。然而,若是屏蔽内的回路出现了偏心,电磁屏蔽的效果势必要下降,这时屏蔽中产生的涡流损耗就会有所增加。
对于偏心的电缆,设屏蔽衰减值为Ap
则有 Ap=As+㏑∣1/Sp∣
式中  As 为缆芯位于屏蔽中心时的衰减值
      Sp 为偏心系数
分析:在偏心的电缆中,Sp是用远大于1 的,于是 ㏑∣1/Sp∣就成了一个负值,这样,我们就得到了一个结论:Ap﹤ As
即:电缆在偏心的情况下金属屏蔽的效果有所下降。
偏心是绝对的,也就是说Ap永远都小于As,问题在于我们要设法使Ap﹣As的值达到最小,以此来增强金属屏蔽的效果,从而减少变频电缆对外界的干扰。那么,如何才能最大限度的减少偏心呢?
唯有对称。3+3结构的变频电缆是对称的。这种对称的结构加上相应的金属屏蔽,可以使电缆的屏蔽系数降低到0.7,甚至更小。这就有效的屏蔽了电磁波的外泄,使金属屏蔽得以更好的发挥作用。此为变频电缆选择对称3+3结构的理由之二。
4 变频电缆设计为对称3+3结构的其它理由
a) 对称3+3结构的变频电缆缆芯是互换的,这样便有了更好的电磁兼容性,对抑制干扰起到一定的作用,并且能低效高次谐波中的奇次谐波,提高了电缆的抗干扰性。
b) 采用对称3+3结构的变频电缆可以有效的防止高频轴电流的产生。
5 实际应用问题
    电缆的结构设计的好坏与实际的操作和应用的合理与否有着密切联系,这两者相辅相成。我们所设计的变频电缆为3+3对称结构,而电缆真正起作用是在敷设以后。也就是说,敷设以后是否为对称结构,这才是变频电缆应用的关键。其影响因素具体有以下两点:
a) 生产中。尤其是在成缆这一环节最为关键。成缆后的结构是否对称直接影响到敷设后的运行。这要求技术人员的合理设计和操作人员成熟的技术水平,以及生产设备的性能稳定。这几项是缺一不可的,也是变频电缆3+3对称结构是否能成功运用的必要条件。
b) 敷设。这一点是我们要着重考虑的。变频电缆多数敷设在室内,不需要铠装,敷设的空间也不是很大。空间小必然会造成多弯曲,于是对称的电缆会因为多次的弯曲而导致不对称。前面我们已经讨论了对称结构对于变频电缆的重要性,那这个问题就很严重了。如何地解决呢?据实际的电缆工程资料显示,如此敷设的变频电缆的电压等级几乎都在1.8/3kv以下,而这个电压等级的变频电缆是不需要分相屏蔽的,这样的话我们可以采用工业用胶在其成缆时将线芯粘住,以固定其结构。据了解,已经有很对称型的通信电缆用这种方法来解决类似的问题。
6 结论
变频电缆采用对称3+3的结构可以有效的降低与外界的相互干扰,在实际的应用中更有价值,更有竞争力。我公司已经运用此结构生产变频电缆数年,并得到了广大用户的一致好评。在国内看来,虽然技术还不是很成熟,一些问题还有待于解决,(例如,现如今的3+3型变频电缆的3个小芯的截面积有些过小)但这已经阻挡不了其发展的潮流,相信在不久的将来都会解决。3+3型对称变频电缆也将会以低干扰、抗高次谐波的优点受到更多用户的欢迎。
    
 



 
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