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變頻器專(zhuān)用電纜對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)淺析
1 引言
變頻電纜，顧名思義為變頻器專(zhuān)用電纜。是用來(lái)傳輸電能的，有著較高的電壓等級(jí)。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)變頻電纜的結(jié)構(gòu)時(shí)不單單要考慮外界環(huán)境對(duì)變頻電纜的影響，由于其多數(shù)都敷設(shè)于室內(nèi)，我們還要著重的考慮變頻電纜對(duì)外界環(huán)境的影響。于是對(duì)于變頻電纜的結(jié)構(gòu)也就有了特殊的要求。雖然目前國(guó)內(nèi)各大企業(yè)對(duì)變頻電纜的結(jié)構(gòu)說(shuō)法不一，都相應(yīng)的制定了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但都比較傾向于對(duì)稱(chēng)3+3的結(jié)構(gòu)。相信在不久的將來(lái)就會(huì)得到統(tǒng)一。在此，筆者收集并總結(jié)了部分關(guān)于變頻電纜對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的資料，希望能對(duì)變頻電纜的發(fā)展盡一份綿薄之力。
變頻電纜目前選用了交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料，實(shí)際工作中承受的頻率變化范圍為30~300HZ，變頻電纜有著抵抗高次諧波、減小與外界環(huán)境相互干擾等優(yōu)點(diǎn)，主要敷設(shè)的地點(diǎn)為室內(nèi)，這使得變頻電纜的運(yùn)行與周?chē)墓╇娀蛴秒娫O(shè)備有了非常密切的關(guān)系，于是就需要有一種特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)解決這種復(fù)雜的相互關(guān)系。因此便產(chǎn)生了對(duì)稱(chēng)3+3的結(jié)構(gòu)。下面將對(duì)其作具體的說(shuō)明。
2 外部環(huán)境對(duì)變頻電纜的影響及解決辦法
外部環(huán)境對(duì)變頻電纜的影響主要是變頻器產(chǎn)生的高次諧波的影響。對(duì)于交—直—交型的變頻器，由于采用了開(kāi)關(guān)的切換技術(shù)，使其輸出的不再是正弦波，而是可分解為正弦基波和高次諧波的階梯波。
以普通的3+1型電力電纜為例，完整的三項(xiàng)供電系統(tǒng)，當(dāng)三項(xiàng)電流平衡時(shí)，其中性線(xiàn)芯的電流為零；當(dāng)高次諧波產(chǎn)生時(shí)，經(jīng)過(guò)電纜的多次反射，便會(huì)出現(xiàn)對(duì)此的波峰與波峰或波谷與波谷相疊加的機(jī)會(huì)，電纜越長(zhǎng)疊加機(jī)會(huì)越多表現(xiàn)得也就越明顯。加之電纜這個(gè)大的電容本身對(duì)高次諧波就有著放大的作用，對(duì)于3+1型電纜，高次諧波產(chǎn)生的電流分量在中性線(xiàn)芯內(nèi)無(wú)相位差，這樣一來(lái)電流將會(huì)疊加成原分量的數(shù)倍，中性線(xiàn)芯在高頻脈沖下很快就會(huì)被擊穿。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們將3+1型的電纜中的1芯分成了三份，以對(duì)稱(chēng)的方式做成3+3結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如下：
這樣，三個(gè)中性線(xiàn)芯的相位一次滯后120°，形成了一個(gè)對(duì)稱(chēng)平衡的狀態(tài)，使得電流不會(huì)型疊加，有效的減小了高次諧波對(duì)變頻電纜的危害。此為變頻電纜選擇對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的理由之一。
3 變頻電纜對(duì)外界的干擾和解決辦法
變頻電纜主要是用來(lái)連接電源與變頻器、變頻器與用電設(shè)備的電纜。其敷設(shè)的空間相對(duì)較小，而電壓等級(jí)有相對(duì)比較高（最高可達(dá)8.7/15kv），在其運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的電磁波，對(duì)周?chē)墓╇姾陀秒娤到y(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾。這就要求變頻電纜要有更好的屏蔽措施。所以對(duì)電壓等級(jí)為3.6/6kv及以上的變頻電纜都要求有分相屏蔽和統(tǒng)包屏蔽。采用多層屏蔽可以達(dá)到非常好的效果。然而，若是屏蔽內(nèi)的回路出現(xiàn)了偏心，電磁屏蔽的效果勢(shì)必要下降，這時(shí)屏蔽中產(chǎn)生的渦流損耗就會(huì)有所增加。
對(duì)于偏心的電纜，設(shè)屏蔽衰減值為Ap
則有 Ap=As+㏑∣1/Sp∣
式中 As 為纜芯位于屏蔽中心時(shí)的衰減值
Sp 為偏心系數(shù)
分析：在偏心的電纜中，Sp是用遠(yuǎn)大于1 的，于是 ㏑∣1/Sp∣就成了一個(gè)負(fù)值，這樣，我們就得到了一個(gè)結(jié)論：Ap﹤ As
即：電纜在偏心的情況下金屬屏蔽的效果有所下降。
偏心是絕對(duì)的，也就是說(shuō)Ap永遠(yuǎn)都小于As，問(wèn)題在于我們要設(shè)法使Ap﹣As的值達(dá)到最小，以此來(lái)增強(qiáng)金屬屏蔽的效果，從而減少變頻電纜對(duì)外界的干擾。那么，如何才能最大限度的減少偏心呢？
唯有對(duì)稱(chēng)。3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜是對(duì)稱(chēng)的。這種對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)加上相應(yīng)的金屬屏蔽，可以使電纜的屏蔽系數(shù)降低到0.7，甚至更小。這就有效的屏蔽了電磁波的外泄，使金屬屏蔽得以更好的發(fā)揮作用。此為變頻電纜選擇對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的理由之二。
4 變頻電纜設(shè)計(jì)為對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的其它理由
a) 對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜纜芯是互換的，這樣便有了更好的電磁兼容性，對(duì)抑制干擾起到一定的作用，并且能低效高次諧波中的奇次諧波，提高了電纜的抗干擾性。
b) 采用對(duì)稱(chēng)3+3結(jié)構(gòu)的變頻電纜可以有效的防止高頻軸電流的產(chǎn)生。
5 實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題
電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞與實(shí)際的操作和應(yīng)用的合理與否有著密切聯(lián)系，這兩者相輔相成。我們所設(shè)計(jì)的變頻電纜為3+3對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，而電纜真正起作用是在敷設(shè)以后。也就是說(shuō)，敷設(shè)以后是否為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，這才是變頻電纜應(yīng)用的關(guān)鍵。其影響因素具體有以下兩點(diǎn)：
a) 生產(chǎn)中。尤其是在成纜這一環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵。成纜后的結(jié)構(gòu)是否對(duì)稱(chēng)直接影響到敷設(shè)后的運(yùn)行。這要求技術(shù)人員的合理設(shè)計(jì)和操作人員成熟的技術(shù)水平，以及生產(chǎn)設(shè)備的性能穩(wěn)定。這幾項(xiàng)是缺一不可的，也是變頻電纜3+3對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)是否能成功運(yùn)用的必要條件。
b) 敷設(shè)。這一點(diǎn)是我們要著重考慮的。變頻電纜多數(shù)敷設(shè)在室內(nèi)，不需要鎧裝，敷設(shè)的空間也不是很大�？臻g小必然會(huì)造成多彎曲，于是對(duì)稱(chēng)的電纜會(huì)因?yàn)槎啻蔚膹澢鴮?dǎo)致不對(duì)稱(chēng)。前面我們已經(jīng)討論了對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)對(duì)于變頻電纜的重要性，那這個(gè)問(wèn)題就很?chē)?yán)重了。如何地解決呢？據(jù)實(shí)際的電纜工程資料顯示，如此敷設(shè)的變頻電纜的電壓等級(jí)幾乎都在1.8/3kv以下，而這個(gè)電壓等級(jí)的變頻電纜是不需要分相屏蔽的，這樣的話(huà)我們可以采用工業(yè)用膠在其成纜時(shí)將線(xiàn)芯粘住，以固定其結(jié)構(gòu)。據(jù)了解，已經(jīng)有很對(duì)稱(chēng)型的通信電纜用這種方法來(lái)解決類(lèi)似的問(wèn)題。
6 結(jié)論
變頻電纜采用對(duì)稱(chēng)3+3的結(jié)構(gòu)可以有效的降低與外界的相互干擾，在實(shí)際的應(yīng)用中更有價(jià)值，更有競(jìng)爭(zhēng)力。我公司已經(jīng)運(yùn)用此結(jié)構(gòu)生產(chǎn)變頻電纜數(shù)年，并得到了廣大用戶(hù)的一致好評(píng)。在國(guó)內(nèi)看來(lái)，雖然技術(shù)還不是很成熟，一些問(wèn)題還有待于解決，（例如，現(xiàn)如今的3+3型變頻電纜的3個(gè)小芯的截面積有些過(guò)�。┑@已經(jīng)阻擋不了其發(fā)展的潮流，相信在不久的將來(lái)都會(huì)解決。3+3型對(duì)稱(chēng)變頻電纜也將會(huì)以低干擾、抗高次諧波的優(yōu)點(diǎn)受到更多用戶(hù)的歡迎。
參考文獻(xiàn)：
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