变频电缆知识

近二十年来变频调速电机在国内外有很大的发展，年增长率略超过10% ，而直流传动年增长率
为3-4% 。变频电机具有较多的优点，如设备投资费用少，结构简单，体积小，成本低，节能，调速范围大
，具有恒功率、恒转速的特性，使用方便，容量大等等。因此当前在冶金、矿山、铁路等工业方面广泛地使
用，zui近在家用电器同样也大量应用。

变频调速技术关系到变频电机、变频电源和连接电缆，这段电缆长度并不很长，截面也不很大，绝缘性能属于电力电缆范畴，因为实际的工作频率为30～300 Hz ，常简称为变频电缆，当前常选用交联聚乙烯为绝缘材料。

大概三十年前，电缆研究所开发和生产过中频电缆，这也可称得上是目前变频电缆的前身，其工作频率为100～400 Hz ，提供电源的设备是由直流电机驱动的中频发电机组，改变直流电机转速来调节发电机的输出频率，中频电压的波形能维持形状规则的正弦波，当时电缆的设计思路是降低线路阻抗和集肤效应，采取同轴电缆和扩大内导体直径，电缆在冶金工业上应用效果十分良好。

目前的变频电源是通过可控硅元件调频，较大程度上改变了波形特性，从而对电机和电缆带来了新问题。

一、变频电缆的工作特点z

1. 脉冲电压对绝缘的影响 变频电源的频率调节范围较宽，不论频率高低，具有一个主频率的波形轮廓，它包含了许多高次谐波，作为一种行波经多次反射，幅值叠加可达到工作电压数倍，电缆越长，幅值越高，若电缆绝缘安全系数不高，可能被击穿。石油开采用3000多米长的潜油泵电缆，在工频下能*正常运行，可是在变频条件下，电缆才投入运行数小时即发生击穿，说明脉冲过电压的危害性，所以预防是必要的。由于交联绝缘电力电缆的耐压水平较高，电缆长度一般在300米以内，多年来的运行未发生击穿事件，尽管如此，绝缘厚度及工艺应加以重视，实心绝缘是可靠的，绕包绝缘是不适合的。

2.电缆本体对外发射电磁波 一般变频家用电器为单相供电，长度很短，功率也较小，设计时已将变频电源、连接电缆和变频电机一并设置在金属壳内，抑制了电磁波对外发射。但是在工业领域内，电机功率较大，连接变频电机和变频电源之间的电缆长度长，在工作时电缆就是高频电磁波向外发射的有效载体，对于周围邻近地区的通信工具（如无绳）或调幅接受器（如收音机调幅波段）将产生干扰，有时情况也比较严重，称之为电磁波的环境污染，国外早已对这种电缆提出要求，国内也很重视，目前各电缆厂制订了企业标准，今后将会统一制订行业标准。

3.中性线电流的叠加 完整的三相正弦供电系统，当三相电流平衡时，其中性线的电流为零，若出现三次谐波，则三次谐波的电流分量在中性线内不存在相位差，所以直接叠加成分量得三倍。若变频原供电对象是三个单相变频电机，而且处于三相功率分布平衡状态，则中性线电流更大，中性线截面应不小于相截面。

二、变频电缆的结构及附加试验讨论 了解变频电缆工作特点之后，就不难从电缆结构改进来解决上述三个问题。
1. 绝缘的电气击穿问题 变频电机大量应用后，大多数情况选用一般电力电缆，如聚氯乙烯绝缘、护套电缆或交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，由于电缆本身耐压水平较高，很少发生电缆本体击穿。这与上述深井油泵电缆击穿事故显然不同，深井油泵电缆采用聚酰亚胺/聚全氟乙丙烯复合薄膜绕包烧结和乙丙橡胶双层绝缘，从厚度和绝缘密实来看并不理想，油泵电缆长度超过3千米，油井的工作环境严酷，电缆处在高温、高压、含油和含水的条件中工作，其绝缘性能比较脆弱，当运行过程中受到多种恶劣因素的侵蚀后发生电、热因子交错作用而导致绝缘击穿。为何电缆在工频下能*运行而变频下几小时内击穿? 这决不是老化问题，基本上可归结于高频脉冲电压的影响。一般陆用情况下，采用聚氯乙烯绝缘并不理想，因为其介质损耗偏大。交联聚乙烯绝缘较为满意，它兼有机、电、热等优良性能。电缆绝缘厚度可采用1kV 电压等级的规定，若适当加厚，当然更为可靠，这对变频电缆更为有利。
变频电缆、屏蔽电缆、同心电缆都具有金属屏蔽层，都作为电力传输之用，但它们的应用场合、屏蔽层的结构形式、接地要求还是存在较大差异。不过因为这三种电缆的屏蔽方式有很大的类似性，因此市场上经常出现混乱：明明是屏蔽电缆，但标示的却是变频电缆的型号；而至于将同心电缆误为屏蔽电缆的也屡见不鲜。这样就会给电缆供需双方带来不必要的麻烦。本文就这三种电缆的型号、结构、屏蔽层等分别作一些阐述。  变频电缆 变频电缆 典型型号：BPYJV   变频电缆主要是与变频调速交流电机配用。http://www.anhdl。。ｃｏｍ
由于变频电机所具有的体积小、成本低、节能优点，以及调速范围大、恒功率、恒转速等特性，因此大量被应用到矿山、冶金、造纸、化工等等行业。在当今倡导节能的社会大背景下，其前景将非常宽广。如今，在电线电缆行业，变频器也得到了广泛应用，例如利用变频器控制异步电机的同步运行，通过控制收线的张力，达到生产速度保持一致。而与此同带来的问题是，工业变频电机的功率相对较大，该变频设备启动后，连接变频电机和变频电源的变频电缆就是一个高频电磁波向外发射的载体，由此会对周围的其它设备造成干扰和破坏。所以，变频电缆的屏蔽层就承担了既抵抗外界电磁干扰、又抑制其本身对外的高频干扰其它的这样双重角色。那么，变频电缆又有哪些特征呢？   
1.首先，产品型号以“BP”作字首，电缆往往是3+3芯，即有三根主线芯和三根副线芯，  例如BPYJV 3×185 mm2+3×35 mm2 。副线芯截面不是通常的1/2主线芯截面，而是将其分割成三个同样截面的小芯。这里就是将副线芯95 mm2分割成三个同 样截面的小芯，故取35 mm2 ，以期电缆的对称性好。这里值得指出的是：在市场上，有人将4芯电缆，如标以BPYJV 3×185 +1×35 mm2归为变频电缆，笔者认为不妥，因为其并不是对称结构；将其划为屏蔽电缆更合适。  
2.带有金属屏蔽层。金属屏蔽层结构主要有：线芯金属屏蔽+电缆总金属屏蔽，也可以只有电缆总金属屏蔽而无线芯屏蔽，这主要由设计而定。  
屏蔽层的组成可以是：金属铜丝屏蔽；铜带屏蔽；以及铜丝和铜带复合屏蔽。 
（1） 绝缘材料大多为交联聚乙烯，当然也有以硅橡胶为绝缘材料的，例如在轧 钢车间生产现场用；http://www.anhdl。。ｃｏｍ  
（2） 根据需要，护套材料不光可以聚氯乙烯也可以阻燃聚氯乙烯或无卤低烟阻 燃料；  
（3） 电压等级大多为0.6/1KV，某些场合也有6/10KV的；    变频电缆的型号  上面提到目前变频电缆的标准还停留在企业标准的层面上，各个企业型号的命名原则不一，因而带来了型号不统一，五花八门。
根据我们公司在去年制定的变频电缆企业标准，
型号大致如下：  
BPYJPVP：铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝分屏总屏蔽变频电缆  
BPYJP2VP：铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜带分屏铜丝总屏蔽变频电缆 
BPYJPP2V：铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝铜带复合屏蔽变频电缆
（注意：P和P2的位置与上面不同）
若是耐高温变频电缆，则为BPGPGP：铜芯硅橡胶绝缘铜丝分屏总屏蔽变频电缆，很容易变通的。
（*型号中的P：铜丝屏蔽；P2：铜带屏蔽，PP2：铜丝屏蔽+铜带，通常铜带采用不重叠的反向扎绕方式）   
下面主要谈谈几种屏蔽方式。
*种 金属铜丝屏蔽   金属铜丝屏蔽方式，对于规格较小的变频电缆，可采用编织机进行编织的生产方法，受到编织机生产范围的限制，一般来讲，编织之前电缆外径不超过30mm；而对于较大规格的变频电缆，铜丝屏蔽采用在电缆外层“疏绕”铜丝的方式，  
第二种  铜带屏蔽  即在缆芯外重叠绕包一层铜带。 第三种  铜丝-铜带复合屏蔽  即在“梳绕”铜丝外反向间隙捆扎一层铜带。为提高屏蔽效果，也可将“反向间隙捆扎一层铜带”改成“*重叠绕包铜带”，具体可由用户选定。http://www.anhdl。。ｃｏｍ  
在这三种屏蔽方式中：铜丝屏蔽（编织或疏绕），可以加大屏蔽截面；而铜带屏蔽的屏蔽截面是有限的。至于铜丝+反向捆扎铜带，其作用在于既增加了屏蔽截面，又可防止在加工时因铜丝断开。铜丝+重叠铜带的屏蔽方式显然zui完善（国外较多采用），但因此也增加了屏蔽成本。    屏蔽层截面的确定。 
根据GB/T12706.2-2008第10条“金属屏蔽”，“要求铜丝屏蔽的标称截面应根据故障电流容量确定。”这是比较原则性的规定。在实际操作中，可以以副线截面作为屏蔽铜丝的截面，即依据副线芯截面的1/3作为屏蔽层截面。例如：BPYJV 3×185+3×35mm2，屏蔽层截面应为95mm2的1/3为35mm2。  由于光采用铜带屏蔽的话，因铜带的截面有限，因此只适用小规格的变频电缆。而铜丝屏蔽则可以通过调节铜丝的直径和根数，因此能方便地满足屏蔽截面的要求，所以上述*种、第三种屏蔽方式是主流屏蔽方式。      
变频电缆屏蔽方式                                                                                          
1  BPYJVPP2 3+3 铜丝+铜带复合总屏蔽结构示意图         
BPYJPVP 3+3 铜带分屏蔽铜带总屏蔽结
BPYJPVP 3+3 铜丝分屏蔽铜丝总屏蔽                                                   
1—分屏蔽铜丝  2 —总屏蔽铜丝     屏蔽电力电缆
屏蔽电力电缆
典型型号：VVP  YJVP  凡是带有金属屏蔽层（不管是铜丝屏蔽还是铜带屏蔽）的，都可称为屏蔽电缆。这里讲的主要是用于传输电流的带有屏蔽的电力电缆。用户选择带有屏蔽结构的电力电缆通常是出于以下考虑：  
1.防止因电力电缆含有高次谐波，在电缆走向线路上，会对其周围的其它电子设备、自动化加工设备产生强烈干扰，以至于设备产生误动作而造成后果。例如轧薄钢板车间，钢板厚度是靠计算机控设备来实现现的。一旦受到电力电缆的干扰，钢材厚度会发生变异。所以，要将电力电缆“屏蔽”起来。  
2.高层建筑中的敷设的电缆，若无屏蔽层，一旦有强大的雷电，因电磁效应而产生过电压，以至于将绝缘破坏，造成短路。  通常采用的屏蔽的方式有三种：铜带统包屏蔽、铜丝总屏蔽、疏绕铜丝+铜带的复合屏蔽。其中复合屏蔽又可分为二种：先铜带重叠绕包，外层铜丝疏绕（国外都为此种）先铜丝疏绕，在铜丝外反向扎一根铜带。从屏蔽的形式来看，似乎
与变频电缆*相似。
不同点在于：（1）变频电缆是变频电机电缆；（2） 屏蔽的方式不同。变频电缆的屏蔽层可以是线芯屏蔽，也可以是缆芯总屏蔽，而屏蔽电缆的屏蔽层只存在于缆芯包带外。     
屏蔽电力电缆的型号。根据我们公司在去年制定的屏蔽电缆的企业标准，型号大致如下：  
VVP ：聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝屏蔽电力电缆 
VVP2：聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜带屏蔽电力电缆
VVPP2：聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝铜带复合屏蔽电力电缆  
VVP2P：聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜丝铜带分屏蔽铜丝总屏蔽电力电缆 当然，若是交联聚乙烯绝缘的屏蔽电缆，则相应变更为：YJVP、YJVP2…    屏蔽层截面的选定原则：屏蔽层截面系列可分别为16，25，35，50mm2，按照电缆副线截面的1/3从截面系列中选取。
例如，VVP 3×240+120 mm2，可选为50mm2。选定截面后，加工中采取疏绕铜丝方式，即在绞线或成缆机上置放若干屏蔽铜丝盘，然后设置一定的放线转速，可顺利实现铜丝的“疏绕”。     
同心式导体电力电缆同心式导体电力电缆 
典型型号：VV-T    同心导体电缆是zui近几年市场上的“新宠”,越来越多的客户开始选用同心导体电缆。那么同心导体倒底是怎样一种结构形式的呢？它有哪些优点值得用户去亲睞呢？  
1.什么是同心导体电力电缆。所谓同心，是指电缆的金属屏蔽层与电缆是同一个圆心。绝缘材料多为PVC，当然用户也可能提出用其它材料。同心导体电力电缆的问世背景：国外90年代就已有同心电缆的标准，例如英国BS4553-1992“供电用铜芯聚乙烯绝缘同心电缆”标准。21世纪初，国内电力部门就开始招标同心电缆，并大量应用于实际。  
2.传统的VV电缆，因没有金属屏蔽层，这种结构上的先天缺陷使得电缆本身存在的高频谐波对外部存在严重干扰；同时因为相零回路电阻大，使得单相短路（击穿）时输出电流小，从而使得系统过电流保护装置不能及时、有效动作，从而对整个系统的电气设备和人身安全造成危害。  那么同心式电缆有哪些优点呢？ 
首先，由于将低压电缆电缆中的中性线、接地线改由屏蔽层取代，结构紧凑，因而加工方便、节约成本；其次，因屏蔽结构的存在，使得电缆可避免外部雷电等强大过电流对电缆的损害；再次，提高了线路首端过电流保护系统的灵敏度，使得与电缆连接的电气设备得到保护。  同心电缆的结构出现以下变化：  
（1）将原先3+1芯电缆，只保留主线芯，而副线消失，由缆芯外的屏蔽层取代，成为纯3芯电缆。例如VV3×50+25，地线25mm2消失，改由屏蔽层取代。  
（2）将原先3+2芯电缆，例如VV 3×50+2×25，只保留主线芯和地线/中心线中的1个，而另一消失的线芯则由屏蔽层取代，因此变为事实上的3+1芯。  
（3）也可将3+2芯电缆变成：只保留3个主线芯，地线和中心线则分别由间隔开来的二层屏蔽层分别替代，此时3+2芯变成只有3芯。 
（4）4+1芯电缆：只保留4芯，第5芯由屏蔽层取代。     
那么如何确定屏蔽层截面呢?  对于中性点直接接地的系统，屏蔽层的截面为主线芯的截面的1/2。
例如VV-T 3×50+25 mm2，其屏蔽层截面为25mm2。
而对于系统不接地或通过阻抗接地的，屏蔽层截面可以选定16、25、35、50 mm2中的一个。选取的方法：一般根据故障电流的大小选定；也可依照副线芯的1/3，例如VV-T 3×150+70 mm2，选 定25 mm2 。 
对于3+2电缆，屏蔽层截面同样为主线芯的1/2，例如VV-T 3×50+2×25，其屏蔽层截面为二个25mm2，*屏蔽层25mm2，用包带或隔离层隔开后第二屏蔽层也是25mm2。  
对于保留一个副线的3+2电缆，例如VV-T 3×50+2×25 mm2，除主线芯外，保留了一个25 mm2副线芯，此时屏蔽层只有一层，其屏蔽截面积为25 mm2。                              
三种电缆的归纳总结 
品种  型号特征  电压级  屏蔽方式分类  屏蔽位置 屏蔽截面  电缆芯数  特点 变频 电缆  BPYJV（3+3） BPYJV（3+1）  0.6/1KV ①铜丝  ②铜带  ③铜丝+铜带  可以在每个绝缘线芯上,也可以在成缆包带上  通常为副线芯截面的1/3 3+3  以3+3芯为 典型，共有 6芯，以铜丝屏蔽为主 流 屏蔽 电缆  YJVP、VVP  0.6/1KV ①铜丝  ②铜带  ③铜丝+铜带  在成缆包带外  通常为副 线截面的 1/3，在16，25，35，50mm2 中选 取 2～5芯 均可  除了在成缆 外增加屏蔽层外，其它与传统电缆相同 同心电缆  VV-T、YJV-T  0.6/1KV ①铜丝  ②铜带  ③铜丝+铜带  在成缆包带外  通常与副 线芯截面 相同或选取16、25、35、50 mm 2 中的一个  3+1、3+2 4+1芯  由于屏蔽层 取代了1个或2个线芯，因此实际线芯变少     5.5.结束语结束语 结束语 本文较为详尽叙述了变频电缆、屏蔽（电力)电缆及同心电缆的不同的屏蔽层结构方式，以及屏蔽层截面的选定原则，可提供给电缆设计、生产制造工艺人员作参考。文章还列举了这三种电缆的*型号，以方便需供双方的电缆订货。 

2.高频电磁波对环境污染问题 虽然目前没有国家规范规定电缆发射电磁波造成环境污染的考核指标，但抑制对外高频干扰是必须做到的。对于四芯低压电缆，首先是改善绝缘线芯的排列，假如电缆的四个芯直接成缆，是不对称结构，如果将第四芯分解为三个截面较小的绝缘芯，把三大三小线芯对称成缆,二种情况相比较，对称型比较有利。第二应认为更重要的是加强总屏蔽结构。制造者习惯采用铜线编织屏蔽，实际上这并不是好方法，材料消耗大、加工速度慢、屏蔽效应不是。采用铜带搭盖纵包并轧纹是较为*的结构和工艺，形成了全封闭金属层，只要厚度适当，可达到有效的屏蔽功能。而这种工艺及其所用的材料在光缆领域中已十分普遍，铜带厚度不能太薄，以保证抑制电磁波对外发射。

3.屏蔽层接地措施 屏蔽层接地良好是抑制电磁波对外发射的必要条件，铜线编织屏蔽的接地方式较容易解决，而纵包铜带轧纹屏蔽需用夹具接地，夹具与轧纹铜管的接触面应当吻合，接地线由夹具尾端引出。

4.外护套 这种电缆大多数敷设在室内，一般不需铠装，虽然不*排除用聚氯乙烯护套，但选用高密度聚乙烯更为合适。

5. 电缆的附加试验一般低压电缆不需要进行脉冲电压试验，如IEC 60502 标准仅对 3.6/6 kV 及以上的电缆才规定进行脉冲电压试验。变频电机的连接电缆情况略有不同，需要承受高频脉冲电压。高频波振幅可达1200～1900 V ，振铃频率约 100～2000 kHz ，对电缆进行脉冲电压试验（型式试验）是体现电缆绝缘水平。试验可参考IEC 60502 标准，即施加正负各十次脉冲电压试验，试验电压可考虑 40 kV ，但需要进一步验证，是否必要工厂也可自行决定。

三、3.6/6 ～ 6/10 kV中压变频电缆的发展由于机械装备大型化，需要电机容量也配套扩大，相应变频电源的输出电流也要求增大，但受到大电流变频元件的限制，进一步提高电流容量技术发展受到限制。但另一方面提高变频电源输出电压相对比较容易，提高电压后,中压变频电机功率可大幅度增加，此时电缆的电压等级也必须跟上。目前3.6/6 ～ 6/10 kV中压变频电缆已有投入使用，从绝缘结构和电气、机械、物理性能上说，可以与电力电缆等同，交联聚乙烯显然是绝缘材料，如果在敷设时要求柔软，采用乙丙橡胶绝缘也有一定的优点。由于工作电压的提高，高频电磁波的发射能力明显增强，所以屏蔽结构要求更完善。在变频电缆工作条件下，同轴电缆是一种合适的结构，所以变频电缆的三个主线芯采用同轴结构，总屏蔽的结构与低压变频电缆相同。四、结束语变频电机用交联聚乙烯绝缘电缆是一种新的系列产品，目前还不能说很成熟，技术上比较容易解决。尽管市场的总需求量并不很大，但这种电缆的发展很有前途，中型及以上的变频电机应当采用这类电缆，至于小型变频电机用变频电缆，归入此范畴也未尝不可，当前对这类产品的行业标准也可提上日程。