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變頻電纜你未必知道的常识

發布時間:2016/07/12 點擊量:
一、變頻線纜的工作特點
 
   1.脈沖電壓對絕緣的影響 變頻電源的頻率調節範圍較寬,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,作为一種行波经多次反射,幅值疊加可达到工作電壓數倍,電纜越長,幅值越高,若電纜絕緣安全系數不高,可能被擊穿。石油開采用3000多米長的潛油泵電纜,在工頻下能長期正常運行,可是在變頻條件下,電纜才投入運行數小時即發生擊穿,說明脈沖過電壓的危害性,所以預防是必要的。由于交聯絕緣電力電纜的耐壓水平較高,電纜長度一般在300米以内,多年来的運行未發生擊穿事件,盡管如此,絕緣厚度及工藝應加以重視,實心絕緣是可靠的,繞包絕緣是不适合的。
 
   2.電纜本體對外發射電磁波 一般變頻家用電器为單相供電,長度很短,功率也較小,設計時已将變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼内,抑制了電磁波對外發射。但是在工业領域内,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射的有效載體,對于周圍鄰近地區的通信工具(如無繩電話)或調幅接受器(如收音機調幅波段)将産生幹擾,有時情況也比較嚴重,稱之为電磁波的環境污染,國外早已對这種電纜提出要求,國内也很重視,目前各電纜廠制訂了企业标準,今後将會統一制訂行业标準。
 
   3.中性線電流的疊加 完整的三相正弦供電系統,當三相電流平衡時,其中性線的電流为零,若出現三次諧波,則三次諧波的電流分量在中性線内不存在相位差,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态,則中性線電流更大,中性線截面應不小于相截面。
 
二、變頻線纜的結構及附加試验讨論
 
 了解變頻電纜工作特點之後,就不難從電纜結構改進来解決上述三個問題。
 
 
   1.絕緣的電氣擊穿問題 變頻電機大量應用後,大多數情況選用一般電力電纜,如聚氯乙烯絕緣、護套電纜或交聯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,很少發生電纜本體擊穿。这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/聚全氟乙丙烯複合薄膜繞包燒結和乙丙橡膠雙層絕緣,從厚度和絕緣密實来看并不理想,油泵電纜長度超過3千米,油井的工作環境嚴酷,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後發生電、熱因子交錯作用而導致絕緣擊穿。为何電纜在工頻下能長期運行而變頻下幾小時内擊穿? 这決不是老化問題,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,因为其介質損耗偏大。交聯聚乙烯絕緣較为滿意,它兼有機、電、熱等優良性能。電纜絕緣厚度可采用1kV 電壓等級的規定,若适當加厚,當然更为可靠,这對變頻電纜更为有利。 
 
   2.高頻電磁波對環境污染問題 雖然目前沒有國家規範規定電纜發射電磁波造成環境污染的考核指标,但抑制對外高頻幹擾是必須做到的。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,如果将第四芯分解为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。第二應認为更重要的是加強總屏蔽結構。制造者习慣采用銅線編織屏蔽,實際上这并不是好方法,材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應不是最理想。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較为先進的結構和工藝,形成了全封閉金屬層,隻要厚度适當,可达到有效的屏蔽功能。而这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专用夾具接地,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 这種電纜大多數敷設在室内,一般不需铠裝,雖然不完全排除用聚氯乙烯護套,但選用高密度聚乙烯更为合适。 
 
   5.電纜的附加試验一般低壓電纜不需要進行脈沖電壓試验,如IEC 60502 标準僅對 3.6/6 kV 及以上的電纜才規定進行脈沖電壓試验。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。高頻波振幅可达1200~1900 V ,振鈴頻率約 100~2000 kHz ,對電纜進行脈沖電壓試验(型式試验)是體現電纜絕緣水平。試验可參考IEC 60502 标準,即施加正負各十次脈沖電壓試验,試验電壓可考慮 40 kV ,但需要進一步验證,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,提高電壓後,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,交聯聚乙烯顯然是首選絕緣材料,如果在敷設時要求柔軟,采用乙丙橡膠絕緣也有一定的優點。由于工作電壓的提高,高頻電磁波的發射能力明顯增強,所以屏蔽結構要求更完善。在變頻電纜工作條件下,同軸電纜是一種合适的結構,所以變頻線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聚乙烯絕緣電纜是一種新的系列産品,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,但这種電纜的發展很有前途,中型及以上的變頻電機應當采用这類专用電纜,至于小型變頻電機用變頻電纜,歸入此範疇也未嘗不可,當前對这類産品的行业标準也可提上日程。