安徽中旺特電纜有限公司
免費會員
變頻電纜知識
近二十年來變頻調(diào)速電機在國內(nèi)外有很大的發(fā)展，年增長率略超過10% ，而直流傳動年增長率
為3-4% 。變頻電機具有較多的優(yōu)點，如設備投資費用少，結構簡單，體積小，成本低，節(jié)能，調(diào)速范圍大
，具有恒功率、恒轉速的特性，使用方便，容量大等等。因此當前在冶金、礦山、鐵路等工業(yè)方面廣泛地使
用，zui近在家用電器同樣也大量應用。
變頻調(diào)速技術關系到變頻電機、變頻電源和連接電纜，這段電纜長度并不很長，截面也不很大，絕緣性能屬于電力電纜范疇，因為實際的工作頻率為30～300 Hz ，常簡稱為變頻電纜，當前常選用交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料。
大概三十年前，電纜研究所開發(fā)和生產(chǎn)過中頻電纜，這也可稱得上是目前變頻電纜的前身，其工作頻率為100～400 Hz ，提供電源的設備是由直流電機驅(qū)動的中頻發(fā)電機組，改變直流電機轉速來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出頻率，中頻電壓的波形能維持形狀規(guī)則的正弦波，當時電纜的設計思路是降低線路阻抗和集膚效應，采取同軸電纜和擴大內(nèi)導體直徑，電纜在冶金工業(yè)上應用效果十分良好。
目前的變頻電源是通過可控硅元件調(diào)頻，較大程度上改變了波形特性，從而對電機和電纜帶來了新問題。
一、變頻電纜的工作特點z
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。石油開采用3000多米長的潛油泵電纜，在工頻下能*正常運行，可是在變頻條件下，電纜才投入運行數(shù)小時即發(fā)生擊穿，說明脈沖過電壓的危害性，所以預防是必要的。由于交聯(lián)絕緣電力電纜的耐壓水平較高，電纜長度一般在300米以內(nèi)，多年來的運行未發(fā)生擊穿事件，盡管如此，絕緣厚度及工藝應加以重視，實心絕緣是可靠的，繞包絕緣是不適合的。
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，設計時已將變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內(nèi)，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領域內(nèi)，電機功率較大，連接變頻電機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)的通信工具（如無繩）或調(diào)幅接受器（如收音機調(diào)幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環(huán)境污染，國外早已對這種電纜提出要求，國內(nèi)也很重視，目前各電纜廠制訂了企業(yè)標準，今后將會統(tǒng)一制訂行業(yè)標準。
3.中性線電流的疊加 完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當三相電流平衡時，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，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應不小于相截面。
二、變頻電纜的結構及附加試驗討論 了解變頻電纜工作特點之后，就不難從電纜結構改進來解決上述三個問題。
1. 絕緣的電氣擊穿問題 變頻電機大量應用后，大多數(shù)情況選用一般電力電纜，如聚氯乙烯絕緣、護套電纜或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。這與上述深井油泵電纜擊穿事故顯然不同，深井油泵電纜采用聚酰亞胺/聚全氟乙丙烯復合薄膜繞包燒結和乙丙橡膠雙層絕緣，從厚度和絕緣密實來看并不理想，油泵電纜長度超過3千米，油井的工作環(huán)境嚴酷，電纜處在高溫、高壓、含油和含水的條件中工作，其絕緣性能比較脆弱，當運行過程中受到多種惡劣因素的侵蝕后發(fā)生電、熱因子交錯作用而導致絕緣擊穿。為何電纜在工頻下能*運行而變頻下幾小時內(nèi)擊穿? 這決不是老化問題，基本上可歸結于高頻脈沖電壓的影響。一般陸用情況下，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、電、熱等優(yōu)良性能。電纜絕緣厚度可采用1kV 電壓等級的規(guī)定，若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。
變頻電纜、屏蔽電纜、同心電纜都具有金屬屏蔽層，都作為電力傳輸之用，但它們的應用場合、屏蔽層的結構形式、接地要求還是存在較大差異。不過因為這三種電纜的屏蔽方式有很大的類似性，因此市場上經(jīng)常出現(xiàn)混亂：明明是屏蔽電纜，但標示的卻是變頻電纜的型號；而至于將同心電纜誤為屏蔽電纜的也屢見不鮮。這樣就會給電纜供需雙方帶來不必要的麻煩。本文就這三種電纜的型號、結構、屏蔽層等分別作一些闡述。 變頻電纜 變頻電纜 典型型號：BPYJV 變頻電纜主要是與變頻調(diào)速交流電機配用。http://www.anhdl。。ｃｏｍ
由于變頻電機所具有的體積小、成本低、節(jié)能優(yōu)點，以及調(diào)速范圍大、恒功率、恒轉速等特性，因此大量被應用到礦山、冶金、造紙、化工等等行業(yè)。在當今倡導節(jié)能的社會大背景下，其前景將非常寬廣。如今，在電線電纜行業(yè)，變頻器也得到了廣泛應用，例如利用變頻器控制異步電機的同步運行，通過控制收線的張力，達到生產(chǎn)速度保持一致。而與此同帶來的問題是，工業(yè)變頻電機的功率相對較大，該變頻設備啟動后，連接變頻電機和變頻電源的變頻電纜就是一個高頻電磁波向外發(fā)射的載體，由此會對周圍的其它設備造成干擾和破壞。所以，變頻電纜的屏蔽層就承擔了既抵抗外界電磁干擾、又抑制其本身對外的高頻干擾其它的這樣雙重角色。那么，變頻電纜又有哪些特征呢？
1.首先，產(chǎn)品型號以“BP”作字首，電纜往往是3+3芯，即有三根主線芯和三根副線芯， 例如BPYJV 3×185 mm2+3×35 mm2 。副線芯截面不是通常的1/2主線芯截面，而是將其分割成三個同樣截面的小芯。這里就是將副線芯95 mm2分割成三個同 樣截面的小芯，故取35 mm2 ，以期電纜的對稱性好。這里值得指出的是：在市場上，有人將4芯電纜，如標以BPYJV 3×185 +1×35 mm2歸為變頻電纜，筆者認為不妥，因為其并不是對稱結構；將其劃為屏蔽電纜更合適。
2.帶有金屬屏蔽層。金屬屏蔽層結構主要有：線芯金屬屏蔽+電纜總金屬屏蔽，也可以只有電纜總金屬屏蔽而無線芯屏蔽，這主要由設計而定。
屏蔽層的組成可以是：金屬銅絲屏蔽；銅帶屏蔽；以及銅絲和銅帶復合屏蔽。
（1） 絕緣材料大多為交聯(lián)聚乙烯，當然也有以硅橡膠為絕緣材料的，例如在軋 鋼車間生產(chǎn)現(xiàn)場用；http://www.anhdl。。ｃｏｍ
（2） 根據(jù)需要，護套材料不光可以聚氯乙烯也可以阻燃聚氯乙烯或無鹵低煙阻 燃料；
（3） 電壓等級大多為0.6/1KV，某些場合也有6/10KV的； 變頻電纜的型號 上面提到目前變頻電纜的標準還停留在企業(yè)標準的層面上，各個企業(yè)型號的命名原則不一，因而帶來了型號不統(tǒng)一，五花八門。
根據(jù)我們公司在去年制定的變頻電纜企業(yè)標準，
型號大致如下：
BPYJPVP：銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲分屏總屏蔽變頻電纜
BPYJP2VP：銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅帶分屏銅絲總屏蔽變頻電纜
BPYJPP2V：銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲銅帶復合屏蔽變頻電纜
（注意：P和P2的位置與上面不同）
若是耐高溫變頻電纜，則為BPGPGP：銅芯硅橡膠絕緣銅絲分屏總屏蔽變頻電纜，很容易變通的。
（*型號中的P：銅絲屏蔽；P2：銅帶屏蔽，PP2：銅絲屏蔽+銅帶，通常銅帶采用不重疊的反向扎繞方式）
下面主要談談幾種屏蔽方式。
*種 金屬銅絲屏蔽 金屬銅絲屏蔽方式，對于規(guī)格較小的變頻電纜，可采用編織機進行編織的生產(chǎn)方法，受到編織機生產(chǎn)范圍的限制，一般來講，編織之前電纜外徑不超過30mm；而對于較大規(guī)格的變頻電纜，銅絲屏蔽采用在電纜外層“疏繞”銅絲的方式，
第二種 銅帶屏蔽 即在纜芯外重疊繞包一層銅帶。 第三種 銅絲-銅帶復合屏蔽 即在“梳繞”銅絲外反向間隙捆扎一層銅帶。為提高屏蔽效果，也可將“反向間隙捆扎一層銅帶”改成“*重疊繞包銅帶”，具體可由用戶選定。http://www.anhdl。。ｃｏｍ
在這三種屏蔽方式中：銅絲屏蔽（編織或疏繞），可以加大屏蔽截面；而銅帶屏蔽的屏蔽截面是有限的。至于銅絲+反向捆扎銅帶，其作用在于既增加了屏蔽截面，又可防止在加工時因銅絲斷開。銅絲+重疊銅帶的屏蔽方式顯然zui完善（國外較多采用），但因此也增加了屏蔽成本。 屏蔽層截面的確定。
根據(jù)GB/T12706.2-2008第10條“金屬屏蔽”，“要求銅絲屏蔽的標稱截面應根據(jù)故障電流容量確定。”這是比較原則性的規(guī)定。在實際操作中，可以以副線截面作為屏蔽銅絲的截面，即依據(jù)副線芯截面的1/3作為屏蔽層截面。例如：BPYJV 3×185+3×35mm2，屏蔽層截面應為95mm2的1/3為35mm2。 由于光采用銅帶屏蔽的話，因銅帶的截面有限，因此只適用小規(guī)格的變頻電纜。而銅絲屏蔽則可以通過調(diào)節(jié)銅絲的直徑和根數(shù)，因此能方便地滿足屏蔽截面的要求，所以上述*種、第三種屏蔽方式是主流屏蔽方式。
變頻電纜屏蔽方式
1 BPYJVPP2 3+3 銅絲+銅帶復合總屏蔽結構示意圖
BPYJPVP 3+3 銅帶分屏蔽銅帶總屏蔽結
BPYJPVP 3+3 銅絲分屏蔽銅絲總屏蔽
1—分屏蔽銅絲 2 —總屏蔽銅絲 屏蔽電力電纜
屏蔽電力電纜
典型型號：VVP YJVP 凡是帶有金屬屏蔽層（不管是銅絲屏蔽還是銅帶屏蔽）的，都可稱為屏蔽電纜。這里講的主要是用于傳輸電流的帶有屏蔽的電力電纜。用戶選擇帶有屏蔽結構的電力電纜通常是出于以下考慮：
1.防止因電力電纜含有高次諧波，在電纜走向線路上，會對其周圍的其它電子設備、自動化加工設備產(chǎn)生強烈干擾，以至于設備產(chǎn)生誤動作而造成后果。例如軋薄鋼板車間，鋼板厚度是靠計算機控設備來實現(xiàn)現(xiàn)的。一旦受到電力電纜的干擾，鋼材厚度會發(fā)生變異。所以，要將電力電纜“屏蔽”起來。
2.高層建筑中的敷設的電纜，若無屏蔽層，一旦有強大的雷電，因電磁效應而產(chǎn)生過電壓，以至于將絕緣破壞，造成短路。 通常采用的屏蔽的方式有三種：銅帶統(tǒng)包屏蔽、銅絲總屏蔽、疏繞銅絲+銅帶的復合屏蔽。其中復合屏蔽又可分為二種：先銅帶重疊繞包，外層銅絲疏繞（國外都為此種）先銅絲疏繞，在銅絲外反向扎一根銅帶。從屏蔽的形式來看，似乎
與變頻電纜*相似。
不同點在于：（1）變頻電纜是變頻電機電纜；（2） 屏蔽的方式不同。變頻電纜的屏蔽層可以是線芯屏蔽，也可以是纜芯總屏蔽，而屏蔽電纜的屏蔽層只存在于纜芯包帶外。
屏蔽電力電纜的型號。根據(jù)我們公司在去年制定的屏蔽電纜的企業(yè)標準，型號大致如下：
VVP ：聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲屏蔽電力電纜
VVP2：聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅帶屏蔽電力電纜
VVPP2：聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲銅帶復合屏蔽電力電纜
VVP2P：聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅絲銅帶分屏蔽銅絲總屏蔽電力電纜 當然，若是交聯(lián)聚乙烯絕緣的屏蔽電纜，則相應變更為：YJVP、YJVP2… 屏蔽層截面的選定原則：屏蔽層截面系列可分別為16，25，35，50mm2，按照電纜副線截面的1/3從截面系列中選取。
例如，VVP 3×240+120 mm2，可選為50mm2。選定截面后，加工中采取疏繞銅絲方式，即在絞線或成纜機上置放若干屏蔽銅絲盤，然后設置一定的放線轉速，可順利實現(xiàn)銅絲的“疏繞”。
同心式導體電力電纜同心式導體電力電纜
典型型號：VV-T 同心導體電纜是zui近幾年市場上的“新寵”,越來越多的客戶開始選用同心導體電纜。那么同心導體倒底是怎樣一種結構形式的呢？它有哪些優(yōu)點值得用戶去親睞呢？
1.什么是同心導體電力電纜。所謂同心，是指電纜的金屬屏蔽層與電纜是同一個圓心。絕緣材料多為PVC，當然用戶也可能提出用其它材料。同心導體電力電纜的問世背景：國外90年代就已有同心電纜的標準，例如英國BS4553-1992“供電用銅芯聚乙烯絕緣同心電纜”標準。21世紀初，國內(nèi)電力部門就開始招標同心電纜，并大量應用于實際。
2.傳統(tǒng)的VV電纜，因沒有金屬屏蔽層，這種結構上的先天缺陷使得電纜本身存在的高頻諧波對外部存在嚴重干擾；同時因為相零回路電阻大，使得單相短路（擊穿）時輸出電流小，從而使得系統(tǒng)過電流保護裝置不能及時、有效動作，從而對整個系統(tǒng)的電氣設備和人身安全造成危害。 那么同心式電纜有哪些優(yōu)點呢？
首先，由于將低壓電纜電纜中的中性線、接地線改由屏蔽層取代，結構緊湊，因而加工方便、節(jié)約成本；其次，因屏蔽結構的存在，使得電纜可避免外部雷電等強大過電流對電纜的損害；再次，提高了線路首端過電流保護系統(tǒng)的靈敏度，使得與電纜連接的電氣設備得到保護。 同心電纜的結構出現(xiàn)以下變化：
（1）將原先3+1芯電纜，只保留主線芯，而副線消失，由纜芯外的屏蔽層取代，成為純3芯電纜。例如VV3×50+25，地線25mm2消失，改由屏蔽層取代。
（2）將原先3+2芯電纜，例如VV 3×50+2×25，只保留主線芯和地線/中心線中的1個，而另一消失的線芯則由屏蔽層取代，因此變?yōu)槭聦嵣系?+1芯。
（3）也可將3+2芯電纜變成：只保留3個主線芯，地線和中心線則分別由間隔開來的二層屏蔽層分別替代，此時3+2芯變成只有3芯。
（4）4+1芯電纜：只保留4芯，第5芯由屏蔽層取代。
那么如何確定屏蔽層截面呢? 對于中性點直接接地的系統(tǒng)，屏蔽層的截面為主線芯的截面的1/2。
例如VV-T 3×50+25 mm2，其屏蔽層截面為25mm2。
而對于系統(tǒng)不接地或通過阻抗接地的，屏蔽層截面可以選定16、25、35、50 mm2中的一個。選取的方法：一般根據(jù)故障電流的大小選定；也可依照副線芯的1/3，例如VV-T 3×150+70 mm2，選 定25 mm2 。
對于3+2電纜，屏蔽層截面同樣為主線芯的1/2，例如VV-T 3×50+2×25，其屏蔽層截面為二個25mm2，*屏蔽層25mm2，用包帶或隔離層隔開后第二屏蔽層也是25mm2。
對于保留一個副線的3+2電纜，例如VV-T 3×50+2×25 mm2，除主線芯外，保留了一個25 mm2副線芯，此時屏蔽層只有一層，其屏蔽截面積為25 mm2。
三種電纜的歸納總結
品種 型號特征 電壓級 屏蔽方式分類 屏蔽位置 屏蔽截面 電纜芯數(shù) 特點 變頻 電纜 BPYJV（3+3） BPYJV（3+1） 0.6/1KV ①銅絲 ②銅帶 ③銅絲+銅帶 可以在每個絕緣線芯上,也可以在成纜包帶上 通常為副線芯截面的1/3 3+3 以3+3芯為 典型，共有 6芯，以銅絲屏蔽為主 流 屏蔽 電纜 YJVP、VVP 0.6/1KV ①銅絲 ②銅帶 ③銅絲+銅帶 在成纜包帶外 通常為副 線截面的 1/3，在16，25，35，50mm2 中選 取 2～5芯 均可 除了在成纜 外增加屏蔽層外，其它與傳統(tǒng)電纜相同 同心電纜 VV-T、YJV-T 0.6/1KV ①銅絲 ②銅帶 ③銅絲+銅帶 在成纜包帶外 通常與副 線芯截面 相同或選取16、25、35、50 mm 2 中的一個 3+1、3+2 4+1芯 由于屏蔽層 取代了1個或2個線芯，因此實際線芯變少 5.5.結束語結束語 結束語 本文較為詳盡敘述了變頻電纜、屏蔽（電力)電纜及同心電纜的不同的屏蔽層結構方式，以及屏蔽層截面的選定原則，可提供給電纜設計、生產(chǎn)制造工藝人員作參考。文章還列舉了這三種電纜的*型號，以方便需供雙方的電纜訂貨。
2.高頻電磁波對環(huán)境污染問題 雖然目前沒有國家規(guī)范規(guī)定電纜發(fā)射電磁波造成環(huán)境污染的考核指標，但抑制對外高頻干擾是必須做到的。對于四芯低壓電纜，首先是改善絕緣線芯的排列，假如電纜的四個芯直接成纜，是不對稱結構，如果將第四芯分解為三個截面較小的絕緣芯，把三大三小線芯對稱成纜,二種情況相比較，對稱型比較有利。第二應認為更重要的是加強總屏蔽結構。制造者習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、屏蔽效應不是。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為*的結構和工藝，形成了全封閉金屬層，只要厚度適當，可達到有效的屏蔽功能。而這種工藝及其所用的材料在光纜領域中已十分普遍，銅帶厚度不能太薄，以保證抑制電磁波對外發(fā)射。
3.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當吻合，接地線由夾具尾端引出。
4.外護套 這種電纜大多數(shù)敷設在室內(nèi)，一般不需鎧裝，雖然不*排除用聚氯乙烯護套，但選用高密度聚乙烯更為合適。
5. 電纜的附加試驗一般低壓電纜不需要進行脈沖電壓試驗，如IEC 60502 標準僅對 3.6/6 kV 及以上的電纜才規(guī)定進行脈沖電壓試驗。變頻電機的連接電纜情況略有不同，需要承受高頻脈沖電壓。高頻波振幅可達1200～1900 V ，振鈴頻率約 100～2000 kHz ，對電纜進行脈沖電壓試驗（型式試驗）是體現(xiàn)電纜絕緣水平。試驗可參考IEC 60502 標準，即施加正負各十次脈沖電壓試驗，試驗電壓可考慮 40 kV ，但需要進一步驗證，是否必要工廠也可自行決定。
三、3.6/6 ～ 6/10 kV中壓變頻電纜的發(fā)展由于機械裝備大型化，需要電機容量也配套擴大，相應變頻電源的輸出電流也要求增大，但受到大電流變頻元件的限制，進一步提高電流容量技術發(fā)展受到限制。但另一方面提高變頻電源輸出電壓相對比較容易，提高電壓后,中壓變頻電機功率可大幅度增加，此時電纜的電壓等級也必須跟上。目前3.6/6 ～ 6/10 kV中壓變頻電纜已有投入使用，從絕緣結構和電氣、機械、物理性能上說，可以與電力電纜等同，交聯(lián)聚乙烯顯然是絕緣材料，如果在敷設時要求柔軟，采用乙丙橡膠絕緣也有一定的優(yōu)點。由于工作電壓的提高，高頻電磁波的發(fā)射能力明顯增強，所以屏蔽結構要求更完善。在變頻電纜工作條件下，同軸電纜是一種合適的結構，所以變頻電纜的三個主線芯采用同軸結構，總屏蔽的結構與低壓變頻電纜相同。四、結束語變頻電機用交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜是一種新的系列產(chǎn)品，目前還不能說很成熟，技術上比較容易解決。盡管市場的總需求量并不很大，但這種電纜的發(fā)展很有前途，中型及以上的變頻電機應當采用這類電纜，至于小型變頻電機用變頻電纜，歸入此范疇也未嘗不可，當前對這類產(chǎn)品的行業(yè)標準也可提上日程。
上一篇：安徽中旺特電纜有限公司
下一篇：補償導線選擇是否存在問題
