變頻調(diào)速系統(tǒng)用電纜

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)用電纜一、前言變頻調(diào)速已經(jīng)成為目前主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無級變速傳動。隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，并且變頻電機在變頻控制方面較普通電機具有更多的優(yōu)越性，使用變頻調(diào)速很快得到普及化。變頻調(diào)速也可說是低碳技術(shù)之一，它有三大優(yōu)點：1.變頻節(jié)能舉水泵為例，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)水流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例地下降，軸的輸出功率P則成立方函數(shù)下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。近似計算，一臺水泵電機當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的1/2時，可省電87.5%。功率因數(shù)補償節(jié)能無功功率不但增加線路損耗和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的

2、降低，有大量無功電能消耗在線路當(dāng)中。舉例來說，一臺大型普通水泵電機的功率因數(shù)在0.60.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，使電流相位超前，矢量合成后的costal從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3、軟啟動節(jié)能由于普通電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于47倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊；對設(shè)備、管路（指水管等）的使用壽命也極為不利。使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能，可使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護費用。當(dāng)然也不可否認(rèn)存在一些問題，

3、這就是輸入電機的線路中，存在3次諧波及3的倍數(shù)的諧波，這一類諧波產(chǎn)生的電流相位相同，沒有相位差，因此它們的矢量疊加，在電纜中心線內(nèi)傳輸。另外還有高次諧波的對外發(fā)射，造成電磁波對外干擾。這些現(xiàn)象在變頻電纜中比較突出。大型變頻調(diào)速系統(tǒng)對電纜的要求較高，所用品種不只限于電力電纜，控制電纜、儀表電纜和數(shù)字傳輸電纜等等，將來也需要用光-電綜合纜等。既然認(rèn)識了變頻調(diào)速優(yōu)點、問題及其重要性，認(rèn)識了配套電纜的特殊性，那末電纜行業(yè)應(yīng)當(dāng)為其配套提供優(yōu)越的產(chǎn)品和完善的服務(wù)。二、變頻調(diào)速的基本原理國際上使用的交流供電電源，無論是用于家庭或工廠，一般電壓等級為均220V或110V,頻率為50Hz或60Hz。近代發(fā)展了更

4、高的電壓（0.6kV35kV）。為了實現(xiàn)變頻，必須將電壓和頻率穩(wěn)定的交流電，變換為電壓或頻率可變的交流電，這一裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，變頻器首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為inverter”（逆變器）。后來產(chǎn)品本身就被命名為inverter”，中文為“變頻器”。變頻器也可用于家電產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。例如計算機電源的供電，在該項應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電。變頻電纜就是變頻器與變頻電機之間的連接電纜，正

5、確的理解應(yīng)該說變頻電力電纜，也可認(rèn)為是一種專用電纜。變頻調(diào)速系統(tǒng)還需要用很多其他電纜品種，三、變頻電纜發(fā)展中的問題十多年前，我國引進大型變頻電機及其配套的變頻器（即變頻電源），最初變頻電纜也需要引進配套。時隔不久，國產(chǎn)仿制的變頻電纜就推入國內(nèi)市場，根據(jù)國內(nèi)專家評估，達到國外同類產(chǎn)品水平，當(dāng)時也得到外方技術(shù)人員的確認(rèn)。從此國產(chǎn)變頻電纜越做越旺，無論是1kV及以下的大小截面變頻電纜，或是635kV變頻電纜，可以說完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并且有些品種具有自主知識產(chǎn)權(quán)。時過十年，為何又冒出了新問題，具體反映的三個問題為：某工作場合改造，變頻電機從變頻器接線，采用了電機專用電纜（銅屏蔽四芯電纜），后來設(shè)備搬遷

6、，原用電纜長度不夠，是否可以采用普通的4芯電纜接長？答案是：這要看周邊情況，雖說對電機使用影響不會大，但是某些對電磁波敏感的元器件組成的設(shè)備，會有影響。原因是電纜工作時，普通電纜第4芯的電流成分中含有高頻分量，會產(chǎn)生無線發(fā)射效應(yīng)，普通電纜沒有總屏蔽，不能有效抑制無線電波的發(fā)射效應(yīng)（也就是無線電波沒有顯著衰減），可能對某些設(shè)備干擾，造成對電磁波敏感的設(shè)備誤動作甚至失效。另一種觀點認(rèn)為遠離控制和儀表設(shè)備等弱電設(shè)備及其連接線纜的情況，用可以普通4芯電纜，倘若經(jīng)濟許可，最好采用變頻專用電纜，這樣不會造成其他影響。個別引進工程，由于訂貨有誤，采用了沒有銅材屏蔽結(jié)構(gòu)的普通4芯電纜（但有鋼帶鎧裝），設(shè)備輸出

7、國的技術(shù)人員不予確認(rèn)，在驗收問題上糾紛很大。個別國內(nèi)工程，由于訂貨有誤，也采用了沒有銅材屏蔽結(jié)構(gòu)的普通4芯電纜（但有鋼帶鎧裝），工程驗收時爭論很大，據(jù)說最后不得不協(xié)商解決。對于和二種情況，也許是錯將鋼帶視為屏蔽層。盡管冒出的新問題時屬于個案，應(yīng)當(dāng)加以重視和加以防范。當(dāng)然也不能斷然地說，普通電纜一律禁用，有人認(rèn)為敷設(shè)長度50米以內(nèi)的電纜，只要確定沒有屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜不會對其他組件和設(shè)備等產(chǎn)生干擾，可認(rèn)為沒問題，50米以上就不可以了，對外電磁干擾可能會出問題。所以專用變頻電纜的選用，仍然要分析具體場合?？傊f來說去離不了干擾問題。四、變頻電纜的設(shè)計原則國內(nèi)有很多制造變頻電纜的工廠，經(jīng)驗豐富，品種規(guī)

8、格具全，足以滿足國內(nèi)需求。過去也有很多公開發(fā)表的文獻，所以本文不必再重復(fù)敘述。只是提出三條原則：低壓變頻電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計對稱化，對于小功率電機，可用3芯成纜后加總屏；對于大功率電機，可用3大3小絕緣導(dǎo)體，對稱排列成纜，最后加總屏。中壓變頻電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計同軸化。任何屏蔽層的截面，應(yīng)滿足用戶提出的最小規(guī)定，如果銅帶截面尺寸不夠，可稀疏纏繞銅線達到要求的導(dǎo)體面積。圖1圖3為三種變頻電纜的示意圖。由于六芯電纜中3個小絕緣芯的導(dǎo)體截面之和,與4芯電纜中第4絕緣芯的導(dǎo)體截面相等，而六芯對稱型成纜直徑比四芯成纜直徑略小，因此電纜成本基本相等。OOO、工詼建工芯圖1小截面三芯變頻電纜圖2六芯對稱型變頻電纜圖3三

9、芯同軸型變頻電纜五、控制系統(tǒng)的PLC和DCS應(yīng)用當(dāng)代自動化技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)大量應(yīng)用了PLC和DCS等技術(shù)。PLC是英語詞的縮寫，即“ProgrammableLogicController常稱可編程序控制器。20世紀(jì)末期，PLC可編程控制器的發(fā)展，已適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要，發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。是當(dāng)前普遍為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入

10、和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通、物流、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。DCS也是英語詞的縮寫，即DistributedControlSystem，常稱分散控制系統(tǒng)，隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計算機技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機界面和強大的通訊功能。是完成過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。針對不同行業(yè)不同項目，在充分調(diào)查了計算

11、機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)、信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用各種分散控制系統(tǒng)，高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的完成工程設(shè)計、組態(tài)、成套供貨、現(xiàn)場啟動調(diào)試、性能測試及考核驗收，推出切實可行的技術(shù)方案。PLC或DCS控制系統(tǒng)，都需要配備各類其他電纜，如控制電纜、信號電纜、儀表電纜、數(shù)據(jù)電纜和有關(guān)電線。不久的將來，會采用更先進的光纖或光-電綜合纜等技術(shù)。六、傳輸信號用電纜的選擇各工程的程序不相同，電纜選擇品種也隨之而變，目前有很多企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中可選出合適的產(chǎn)品。在選用產(chǎn)品時，不要看產(chǎn)品的名稱，而應(yīng)分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)，通常會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品名稱與實質(zhì)性性能水平不一定完全一致。PLC與DCS時二種不同的技術(shù)，而電纜的選用卻是驚

12、人的相似。以下提供一些電纜品種供參考，可以看出一個共同特點，即是有效的屏蔽層。“分屏”是指線對或線組的屏蔽（也成單元屏蔽），主要是防止各線對或線組之間的相互干擾，“總屏”是指對纜芯（即成纜后的全部線芯）的屏蔽，主要是防止外界對電纜內(nèi)部線芯的干擾。以下綜合了一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基本內(nèi)容，供參考。聚氯乙烯絕緣集散型儀表用信號電纜聚氯乙烯絕緣集散型儀表用信號電纜的電壓等級為300/300V，原則上分兩種屏蔽結(jié)構(gòu),第一種只有“總屏蔽”，第二種既有“總屏蔽”，又有“分屏蔽”。在20世紀(jì)80年代使用較廣，聚氯乙烯絕緣性能較聚乙烯差，傳輸頻率較低。所有截面的對數(shù)為1、2、3、4、5、7、8、10、12、14、16、

13、19對。電纜的主要特征如下：電纜額定電壓Uo/U：300/300V（有的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)訂300/500V）；最高工作溫度：一般型不超過70C，耐熱聚氯乙烯不超過105C；最低環(huán)境溫度：固定敷設(shè)：一40C,非固定敷設(shè)：一15C；最小彎曲半徑：無鎧裝層電纜應(yīng)不小于電纜外徑的6倍；有鎧裝層電纜應(yīng)不小于電纜外徑的12倍。表1聚氯乙烯絕緣集散型儀表用信號電纜項目單位指標(biāo)導(dǎo)體直流電阻（20C時）Q/km標(biāo)稱截面mm20.50.751.01.5直流電阻最大值3624.518.112.1工作電容1kHzpF/m任線對導(dǎo)體間W180線對與屏蔽間W400分布電感pH/m任線對W0.6電感電阻比pH/Q電感電阻比最大值2

14、025303520C時絕緣電阻MQkm任一線對導(dǎo)體間225線對與屏蔽間三1電壓試驗V時間1min300/300V級為1000；300/500V級為2000V不擊穿電動儀表用信號電纜電動儀表用信號電纜的電壓等級為300/500V,基本結(jié)構(gòu)見表2。主要性能指標(biāo)見表3。表2電動儀表用信號電纜基本結(jié)構(gòu)表導(dǎo)體標(biāo)稱截面mm20.50.751.01.251.52.5導(dǎo)體結(jié)構(gòu)n-根數(shù)d-直徑（mm）A1/0.801/0.971/1.131/1.261/1.381/1.78B7/0.307/0.377/0.437/0.487/0.527/0.68R19/0.1819/0.2319/0.2619/0.2919/0

15、.3219/0.44絕緣絕緣厚度mm0.60.60.60.60.60.6工作溫度C聚乙烯-70、父聯(lián)聚乙烯-90、低煙無鹵聚烯烴-90、*父聯(lián)低煙無鹵聚烯烴-90或125纜芯線對（2芯）數(shù)所有截面均為1、2、3、4、5、7、8、10、12、14、16、19、24線組（3芯）數(shù)所有截面均為1、2、3、4、5、7、8、10、12、14墊層非吸濕性帶繞包層數(shù)和厚度不作規(guī)定，但應(yīng)足夠防止銅線編織或銅帶繞包屏蔽層損傷絕緣總屏材料銅線或鍍錫銅線編織、銅帶繞包、鋁-塑復(fù)合帶（加引流線）繞包護套材料聚氯乙烯、低煙無鹵阻燃聚烯烴或按用戶要求厚度按護套前直徑計算鎧裝鋼帶或鋼絲鎧裝按用戶要求，符合GB/T護層標(biāo)準(zhǔn)。

16、表3電動儀表用信號電纜主要性能指標(biāo)項目單位指標(biāo)導(dǎo)體直流電阻（20C時）Q/km按導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)，并按制造工藝計算，此處略。工作電容pF/mW80電容不平衡pF/mW120C時絕緣電阻MQkm鼻5000（阻燃型鼻1000）電壓試驗V2000，1min通過阻燃試驗A類（按GB/T18360.3）通過3.集散型儀表用信號電纜集散型儀表用信號電纜適用于以電子計算機為主體的自動控制系統(tǒng)的模擬和數(shù)字信號電壓等級為300/500V?；窘Y(jié)構(gòu)與電動儀表用信號電纜類似，但區(qū)別的特征是分屏”，分屏是指在每個線對或線組均有單獨的屏蔽層。分屏結(jié)構(gòu)有銅線或鍍錫銅線編織、鋁-塑復(fù)合帶（加引流線）和銅-塑復(fù)合帶（加引流線）三種。

17、集散型儀表用信號電纜的導(dǎo)體、絕緣、纜芯、墊層、總屏、護套和鎧裝等與電動儀表用信號電纜相同，此處不再重述。因為每個線對和線組有了單獨的屏蔽層，所以性能指標(biāo)中的工作電容為90pF/m其他相同。4.低電容、低電感集散型儀表用信號電纜（有的稱本安電纜）本安電纜與集散型儀表用信號電纜相似，電壓等級為300/500V。絕緣基本上均采用交聯(lián)聚乙烯，該電纜具有低電容、低電感特性，所以性能指標(biāo)略有差異，見表3。表4本安電纜主要性能指標(biāo)項目單位指標(biāo)標(biāo)稱截面mm20.50.751.01.251.52.5工作電容pF/mW60W70W80W90電容不平衡pF/mW1分布電感pH/mW0.6電感電阻比pH/QW15W2

18、5W35W50電磁干擾感應(yīng)電壓（干擾磁場400A/m）mVW5靜電感應(yīng)電壓（靜電電壓20kV）VW1輻射場透入強度（干擾場200MHz,20dB）dBW6620C時絕緣電阻MQkm鼻5000（阻燃型鼻1000）電壓試驗V2000,1min通過阻燃試驗一A類（按GB/T18360.3）通過七、電纜敷設(shè)的走向電纜敷設(shè)的走向仍然是考慮干擾問題，也是一個輔助的有效措施。控制系統(tǒng)在傳輸弱電信號工作時，何論是受到外部干擾或內(nèi)部干擾，均可能使傳輸信號畸變，尤其對于模擬信號來說，畸變更為嚴(yán)重，而對于數(shù)字信號則影響小一些。不管屬于哪一種型式，控制系統(tǒng)的防衛(wèi)措施應(yīng)做得盡量完善。因此變頻器接線規(guī)范中，對于電線電纜的敷設(shè)走線方向作了一些規(guī)定如下：信號線與動力線必須分開走線；使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾，應(yīng)將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線，二者距離應(yīng)相隔30cm以上；即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持上述的接線規(guī)范，信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50cm。4信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)。連接P