变频器专用电缆对称3+3结构浅析

1  引言

    变频电缆，顾名思义为变频器专用电缆。是用来传输电能的，有着较高的电压等级。这就要求我们在设计变频电缆的结构时不单单要考虑外界环境对变频电缆的影响，由于其多数都敷设于室内，我们还要着重的考虑变频电缆对外界环境的影响。于是对于变频电缆的结构也就有了特殊的要求。虽然目前国内各大企业对变频电缆的结构说法不一，都相应的制定了自己的企业标准，但都比较倾向于对称3+3的结构。相信在不久的将来就会得到统一。在此，笔者收集并总结了部分关于变频电缆对称3+3结构的资料，希望能对变频电缆的发展尽一份绵薄之力。

    变频电缆目前选用了交联聚乙烯为绝缘材料，实际工作中承受的频率变化范围为30~300HZ，变频电缆有着抵抗高次谐波、减小与外界环境相互干扰等优点，主要敷设的地点为室内，这使得变频电缆的运行与周围的供电或用电设备有了非常密切的关系，于是就需要有一种特殊的结构来解决这种复杂的相互关系。因此便产生了对称3+3的结构。下面将对其作具体的说明。

2         外部环境对变频电缆的影响及解决办法

    外部环境对变频电缆的影响主要是变频器产生的高次谐波的影响。对于交—直—交型的变频器，由于采用了开关的切换技术，使其输出的不再是正弦波，而是可分解为正弦基波和高次谐波的阶梯波。

    以普通的3+1型电力电缆为例，完整的三项供电系统，当三项电流平衡时，其中性线芯的电流为零；当高次谐波产生时，经过电缆的多次反射，便会出现对此的波峰与波峰或波谷与波谷相叠加的机会，电缆越长叠加机会越多表现得也就越明显。加之电缆这个大的电容本身对高次谐波就有着放大的作用，对于3+1型电缆，高次谐波产生的电流分量在中性线芯内无相位差，这样一来电流将会叠加成原分量的数倍，中性线芯在高频脉冲下很快就会被击穿。为了解决这个问题，我们将3+1型的电缆中的1芯分成了三份，以对称的方式做成3+3结构，结构图如下：

这样，三个中性线芯的相位一次滞后120°，形成了一个对称平衡的状态，使得电流不会型叠加，有效的减小了高次谐波对变频电缆的危害。此为变频电缆选择对称3+3结构的理由之一。

3         变频电缆对外界的干扰和解决办法

变频电缆主要是用来连接电源与变频器、变频器与用电设备的电缆。其敷设的空间相对较小，而电压等级有相对比较高（最高可达8.7/15kv），在其运行过程中，会产生大量的电磁波，对周围的供电和用电系统都会产生强烈的干扰。这就要求变频电缆要有更好的屏蔽措施。所以对电压等级为3.6/6kv及以上的变频电缆都要求有分相屏蔽和统包屏蔽。采用多层屏蔽可以达到非常好的效果。然而，若是屏蔽内的回路出现了偏心，电磁屏蔽的效果势必要下降，这时屏蔽中产生的涡流损耗就会有所增加。

对于偏心的电缆，设屏蔽衰减值为Ap

则有 Ap=As+㏑∣1/Sp∣

式中  As 为缆芯位于屏蔽中心时的衰减值

      Sp 为偏心系数

分析：在偏心的电缆中，Sp是用远大于1 的，于是 ㏑∣1/Sp∣就成了一个负值，这样，我们就得到了一个结论：Ap﹤ As

即：电缆在偏心的情况下金属屏蔽的效果有所下降。

偏心是绝对的，也就是说Ap永远都小于As，问题在于我们要设法使Ap﹣As的值达到最小，以此来增强金属屏蔽的效果，从而减少变频电缆对外界的干扰。那么，如何才能最大限度的减少偏心呢？

唯有对称。3+3结构的变频电缆是对称的。这种对称的结构加上相应的金属屏蔽，可以使电缆的屏蔽系数降低到0.7，甚至更小。这就有效的屏蔽了电磁波的外泄，使金属屏蔽得以更好的发挥作用。此为变频电缆选择对称3+3结构的理由之二。

4        变频电缆设计为对称3+3结构的其它理由

a)       对称3+3结构的变频电缆缆芯是互换的，这样便有了更好的电磁兼容性，对抑制干扰起到一定的作用，并且能低效高次谐波中的奇次谐波，提高了电缆的抗干扰性。

b)        采用对称3+3结构的变频电缆可以有效的防止高频轴电流的产生。

5         实际应用问题

    电缆的结构设计的好坏与实际的操作和应用的合理与否有着密切联系，这两者相辅相成。我们所设计的变频电缆为3+3对称结构，而电缆真正起作用是在敷设以后。也就是说，敷设以后是否为对称结构，这才是变频电缆应用的关键。其影响因素具体有以下两点：

a)         生产中。尤其是在成缆这一环节最为关键。成缆后的结构是否对称直接影响到敷设后的运行。这要求技术人员的合理设计和操作人员成熟的技术水平，以及生产设备的性能稳定。这几项是缺一不可的，也是变频电缆3+3对称结构是否能成功运用的必要条件。

b)        敷设。这一点是我们要着重考虑的。变频电缆多数敷设在室内，不需要铠装，敷设的空间也不是很大。空间小必然会造成多弯曲，于是对称的电缆会因为多次的弯曲而导致不对称。前面我们已经讨论了对称结构对于变频电缆的重要性，那这个问题就很严重了。如何地解决呢？据实际的电缆工程资料显示，如此敷设的变频电缆的电压等级几乎都在1.8/3kv以下，而这个电压等级的变频电缆是不需要分相屏蔽的，这样的话我们可以采用工业用胶在其成缆时将线芯粘住，以固定其结构。据了解，已经有很对称型的通信电缆用这种方法来解决类似的问题。

6         结论

变频电缆采用对称3+3的结构可以有效的降低与外界的相互干扰，在实际的应用中更有价值，更有竞争力。我公司已经运用此结构生产变频电缆数年，并得到了广大用户的一致好评。在国内看来，虽然技术还不是很成熟，一些问题还有待于解决，（例如，现如今的3+3型变频电缆的3个小芯的截面积有些过小）但这已经阻挡不了其发展的潮流，相信在不久的将来都会解决。3+3型对称变频电缆也将会以低干扰、抗高次谐波的优点受到更多用户的欢迎。

参考文献：

（1）       张贞宝,田作华,黄志刚.交流变频传动系统谐波分析与高频轴电流的预防措施〔J〕.技术探讨与研究 2004，第8期

（2）       张兆焕.变频电缆的发展 〔J〕.