近二十年來(lái)變頻調速電機在國內外有很大的發(fā)展，年增長(cháng)率略超過(guò)10% ，而直流傳動(dòng)年增長(cháng)率為3-4% 。變頻電機具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如設備投資費用少，結構簡(jiǎn)單，體積小，成本低，節能，調速范圍大，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

　　近二十年來(lái)變頻調速電機在國內外有很大的發(fā)展，年增長(cháng)率略超過(guò)10% ，而直流傳動(dòng)年增長(cháng)率為3-4% 。變頻電機具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如設備投資費用少，結構簡(jiǎn)單，體積小，成本低，節能，調速范圍大，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，最近在家用電器同樣也大量應用。變頻調速技術(shù)關(guān)系到變頻電機、變頻電源和連接電纜，這段電纜長(cháng)度并不很長(cháng)，截面也不很大，絕緣性能屬于電力電纜范疇，因為實(shí)際的工作頻率為30～300 Hz ，常簡(jiǎn)稱(chēng)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(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)中頻電纜，這也可稱(chēng)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動(dòng)的中頻發(fā)電機組，改變直流電機轉速來(lái)調節發(fā)電機的輸出頻率，中頻電壓的波形能維持形狀規則的正弦波，當時(shí)電纜的設計思路是降低線(xiàn)路阻抗和集膚效應，采取同軸電纜和擴大內導體直徑，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(guò)可控硅元件調頻，較大程度上改變了波形特性，從而對電機和電纜帶來(lái)了新問(wèn)題。

　　一、變頻電纜的工作特點(diǎn)

　　1.脈沖電壓對絕緣的影響 變頻電源的頻率調節范圍較寬，不論頻率高低，具有一個(gè)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倍，電纜越長(cháng)，幅值越高，若電纜絕緣安全系數不高，可能被擊穿。石油開(kāi)采用3000多米長(cháng)的潛油泵電纜，在工頻下能長(cháng)期正常運行，可是在變頻條件下，電纜才投入運行數小時(shí)即發(fā)生擊穿，說(shuō)明脈沖過(guò)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(cháng)度一般在300米以?xún)龋嗄陙?lái)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(shí)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(cháng)度很短，功率也較小，設計時(shí)已將變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領(lǐng)域內，電機功率較大，連接變頻電機和變頻電源之間的電纜長(cháng)度長(cháng)，在工作時(shí)電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對于周?chē)徑貐^的通信工具（如無(wú)繩電話(huà)）或調幅接受器（如收音機調幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時(shí)情況也比較嚴重，稱(chēng)之為電磁波的環(huán)境污染，國外早已對這種電纜提出要求，國內也很重視，目前各電纜廠(chǎng)制訂了企業(yè)標準，今后將會(huì )統一制訂行業(yè)標準。

　　3.中性線(xiàn)電流的疊加 完整的三相正弦供電系統，當三相電流平衡時(shí)，其中性線(xiàn)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(xiàn)內不存在相位差，所以直接疊加成分量得三倍。若變頻原供電對象是三個(gè)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(xiàn)電流更大，中性線(xiàn)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(diǎn)之后，就不難從電纜結構改進(jìn)來(lái)解決上述三個(gè)問(wèn)題。

　　1.絕緣的電氣擊穿問(wèn)題 變頻電機大量應用后，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(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(shí)來(lái)看并不理想，油泵電纜長(cháng)度超過(guò)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(guò)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長(cháng)期運行而變頻下幾小時(shí)內擊穿？ 這決不是老化問(wèn)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(mǎn)意，它兼有機、電、熱等優(yōu)良性能。電纜絕緣厚度可采用1kV 電壓等級的規定，若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。

　　2.高頻電磁波對環(huán)境污染問(wèn)題 雖然目前沒(méi)有國家規范規定電纜發(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(xiàn)芯的排列，假如電纜的四個(gè)芯直接成纜，是不對稱(chēng)結構，如果將第四芯分解為三個(gè)截面較小的絕緣芯，把三大三小線(xiàn)芯對稱(chēng)成纜，二種情況相比較，對稱(chēng)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(xiàn)編織屏蔽，實(shí)際上這并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效應不是最理想。采用銅帶搭蓋縱包并軋紋是較為先進(jìn)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(lǐng)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(xiàn)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專(zhuān)用夾具接地，夾具與軋紋銅管的接觸面應當吻合，接地線(xiàn)由夾具尾端引出。

　　4.外護套 這種電纜大多數敷設在室內，一般不需鎧裝，雖然不完全排除用聚氯乙烯護套，但選用高密度聚乙烯更為合適。

　　5.電纜的附加試驗一般低壓電纜不需要進(jìn)行脈沖電壓試驗，如IEC 60502 標準僅對 3.6/6 kV 及以上的電纜才規定進(jìn)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(jìn)行脈沖電壓試驗（型式試驗）是體現電纜絕緣水平。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(jìn)一步驗證，是否必要工廠(chǎng)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(jìn)一步提高電流容量技術(shù)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(shí)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(shuō)，可以與電力電纜等同，交聯(lián)聚乙烯顯然是首選絕緣材料，如果在敷設時(shí)要求柔軟，采用乙丙橡膠絕緣也有一定的優(yōu)點(diǎn)。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(gè)主線(xiàn)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(yǔ)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(shuō)很成熟，技術(shù)上比較容易解決。盡管市場(chǎng)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(lèi)專(zhuān)用電纜，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(lèi)產(chǎn)品的行業(yè)標準也可提上日程。

文章標簽：變頻電纜