淺談中壓變頻電纜結構

摘  要：本文根據中壓變頻器和變頻電機的工作原理的分析，來討論中壓變頻電纜的結構設計。

關鍵詞：中壓 變頻工作原理 電纜結構

The analysis of the construction of mesium voltage frequency conversion cable

Lu ZhengRong

（Far East Cable Co., Ltd  ，Yixing 214257 , Jiangsu Province ,China）

Abstract: This article discusses the construction design of medium voltage frequency conversion cable, according to the analysis of medium voltage transducer and frequency conversion electrical machinery’s work principle.

Key words: Medium voltage, Frequency conversion work principle, cable construction

0. 引言

低壓變頻調速完全成熟、并獲得廣泛應用。現在隨著工業的發展，高電壓大功率電機不斷出現，中壓電機的調速又成了必須解決的問題，中壓變頻器應運而生。而作為橋梁作用變頻器與電機之間的動力傳輸電纜，由于傳輸電壓等級的變化，同樣帶來了新的問題。

1. 中壓變頻電纜工作原理

1.1 電壓等級

隨著電力、電子技術及計算機技術的發展,交流電機變頻技術日益完善并迅猛發展,中小容量低壓變頻(690V以下)已廣泛應用，由于中、高壓大容量交流電機需求的場合越來越多,這就要求變頻電壓等級必須進一步提高，目前工業領域中10kV及以下中壓電機采用變頻調速越來越多。中壓電機實現變頻調速原理通常采用以下3種方案:①高-低-高方案;②高-低-低方案;③高-高方案。這3種方案基本可以涵蓋工業領域的各種應用及改造項目，總體而言方案①高-低-高是目前使用最常見的一種方案。這就要求在變頻器和電機之間的電纜必須采用相應電壓等級的中壓變頻專用電纜，下面簡稱中壓變頻電纜。

1.2脈沖電壓對絕緣的影響

電機的調速基本原理為變頻器給電機提供不同頻率的電源，其頻率范圍可達100~400Hz。這種頻率變化電源在電纜傳輸中，具有一個主頻率的波形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經多次反射，幅值疊加可達到工作電壓數倍，電纜越長，幅值越高。為了使電纜能夠安全長距離傳輸，這就要求中壓變頻電纜具有優異的絕緣性能和通過電纜結構的改變來抑制工作電壓的累積倍數。

1.3            對外圍控制設備的影響

在現代工業領域，電氣控制采用了大量的弱電控制。而由于提供了頻率變化的電源，變化的電場在傳輸過程中就會產生變化的磁場，這樣交替變化的電磁場就會對弱點設備造成影響，稱為電磁波的環境污染。這就要求中壓變頻電纜具有良好的電磁屏蔽性能。

1.4            變頻設備的接地

在交流電傳輸過程中，當三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出現三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內不存在相位差，所以直接疊加成分量的三倍。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，則中性線電流更大，這就要求中壓變頻電纜必須要有中心線，而且中心線截面不能小于相線截面。

2. 中壓變頻電纜結構討論

了解中壓變頻電纜工作原理之后，就從電纜結構改進來解決上述四個問題。

2.1 導體

中壓變頻電纜的電壓等級比較高，故導體為緊壓圓形結構，以防止尖端放電破壞絕緣。

2.2 絕緣

同樣考慮電纜的電壓等級，采用導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽三層一次性擠出，均化電場，提高電纜的絕緣性能，特別是脈沖電壓對絕緣的影響。

2.3 成纜排列

     通過上面的工作原理得知，電纜必須有中心線，另外為了避免多次反射電壓的累加，要求電纜必須采用電氣對稱結構。所以將中線芯分成三份，一種方式為分別平均嵌入主線芯成纜間隙里，與絕緣金屬屏蔽相接觸如圖1；另一種以同心導體形式纏繞在絕緣屏蔽周圍再有銅帶疏繞扎緊，如圖2。 第二種結構比較優化，既起到中線的作用又具有分相屏蔽效果。

 

2.4 屏蔽

      為了抑制電纜的電磁污染影響，電纜必須采用屏蔽結構。屏蔽結構主要有銅帶繞包、銅絲纏繞兩種結構。為了確保電氣性能，銅絲纏繞外加銅帶疏繞扎緊結構性能更優異。

2.5 護套

電纜通過以上的結構調整已經可以完全滿足提供中壓變頻電源，故電纜外護就沒有什么特別的要求。

3. 電纜接線方式

      中壓變頻電纜接線為將A、B、C三根相線分別連接到電機的A、B、C三個接線柱上，另外電纜的中線、金屬屏蔽等通過連接銅板和電機的外殼一并接地，如圖3。

4. 結論

綜上所述，中壓變頻電纜必須具備三層共擠、對稱、具有中線，具有金屬屏蔽的結構，才能安全、有效、節能的傳輸變頻電源。