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变频系统电力电缆技术特性

发布日期:2017-11-14 浏览次数:149
 为了有效的抑制电磁波的辐射和传导,变频器驱动的电动机电缆必须采用屏蔽电缆,屏蔽层的电导必须至少为每相导线芯电导的1/10。根据变频器的功率选择导线截面适合的三芯或四芯屏蔽动力电缆,尤其是从变频器到电动机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆,且要尽可能短,这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的电缆长度时,电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作,为此要配置输出电抗器,输出电抗器与变频器之间的连接电缆长度不得超过10m。
 
根据变频器的使用技术条件的要求,变频调速系统的电力电缆应采用屏蔽电缆或铠装电缆,最好穿金属管敷设。截断电缆的端头应尽可能整齐,未屏蔽的线段尽可能短,电缆长度不宜超过一定的距离(一般为50m)。当变频器与电动机间的接线距离较长时,来自电缆的高次谐波漏电流会对变频器和周边设备产生不利影响。从电动机返回的接地线应直接连接到变频器相应的接地端子上。变频器的接地线切勿与其他动力设备共用,地线应尽可能短。由于变频器产生漏电流,与接地点太远则造成变频器接地端子上的电位不稳定。变频器接地线的最小截面积必须大于或等于供电电源电缆的截面积。
 
为了防止电磁干扰而引起变频调速系统的误动作,控制电缆应使用绞合屏蔽线或双绞屏蔽电缆。同时不要将屏蔽电缆的屏蔽网接触到其它信号线及设备外壳。为了避免控制电缆受到噪声的影响,控制电缆长度不宜超过50m。控制电缆和电动机的电力电缆必须分开敷设,使用单独的走线槽,并尽可能远离。当二者必须交叉时,应采取垂直交叉。
 
电动机电缆应独立于其它电缆走线,其最小距离为500mm。同时应避免电动机电缆与其它电缆长距离平行走线,这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉,应尽可能使它们按90度角交叉。严禁将变频器动力电缆和控制电缆放在同一个管道或电缆槽中。
 
 
  1.  电源侧电缆
为满足工业环境的一般电磁辐射标准,变频调速系统电源侧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:
 
①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。
 
②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.电动机侧电缆
变频调速系统电动机侧的电缆屏蔽,必须满足电源侧电缆屏蔽的最低要求。
①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。
 
②屏蔽层传输阻抗。:在100MHz范围以内,传输阻抗必须等于或小于100mΩ/m。
 
  3.电力电缆结构的电磁兼容
电力电缆EMC评价见表2-1,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变频调速系统的电磁辐射,以及减小电动机的轴电流和由此引起的轴承磨损。


 
 
  4.  使用特性
变频专用电缆能有效抑制变频产生的高次谐波、电磁波对输入电源网络及附近电子设备、仪表、无线电、沙龙365、自控装置的干扰。又能防止外界电磁场、电磁波对变频控制系统的影响,并提供优质电源能量。变频专用电力电缆使用的技术条件是:
 
①频率范围:0~300Hz。
②设计长度:适宜小于100m。
③截面选择:比常规电缆截面大1倍。
④电缆线芯工作温度不高于90℃。
⑤电缆敷设时环境温度不低于0℃。
⑤电缆弯曲半径不小于20D,D为电缆外径(mm)。
⑥可根据环境条件生产软芯结构(铜芯)铝芯、铠装型、阻燃、耐火、无卤低烟环保型变频专用电缆。
 
  5.  电缆的结构形式选择
(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。普通结构的电力电缆应用于变频调速系统会暴露出许多问题。对于变频系统用电力电缆的缆芯结构一般倾向于图2-30(a)所示的三芯电缆和图2-30(b)所示的3+3结构电缆,电缆缆芯呈对称形、并均有屏蔽层。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需要在实践中验证。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的。
 
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。
 
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。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。
 
图2-3(a)所示是一种三芯电缆,它配有同心铜屏蔽层。此种结构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保证电缆能够安全的运行。

 
图2-3(b)所示是一种3+3对称结构的电缆,电缆具有屏蔽层,此种结构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端上,一端连接到电动机的保护端上。
 
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。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。
 
(2)PHILSHEATH变频系统用电力电缆
PHILSHEATH变频系统用电力电缆是由ANIXTER公司和原BICC公司联合研制开发的,在变频调速系统中得以广泛应用。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,并在电缆的结构中设计了一层纵包焊接波纹铝护套作为屏蔽层,屏蔽层即可防止电磁干扰;又具有极低的传输阻抗。PHILSHEATH变频系统用电力电缆的具体规范是:
 
①导体。绞制裸退火铜。
②绝缘。XLPE。
③成缆。采用3根相线+3根接地线的对称电缆结构。
④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。
⑤外护。黑色的耐光照PVC。
 


 
PHILSHEATH电缆在变频系统中使用具有以下优点:
①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动机和变频器之间的允许长度。
②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高电压峰值。
③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。
④铝护套为一种低阻抗的路径,可防止产生高频噪音扩散。
⑤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环流。
 
(3)国产变频专用电缆
国产变频专用电缆型号说明如图2-4所示,规格的表示方法见表2-2。


 
 
变频专用电缆型号及名称见表2-3。



 
变频专用阻燃电缆型号及名称见表2-4。


 
变频专用电缆电缆结构参数见表2-5



 
  ==END==  
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