变频器电缆（精选六篇）
变频器电缆 篇1
1 案例介绍
在我院承接的某6 000t/d生产线工程的电气设计中, 立磨选粉机选用的是ABB变频器调速, 选用2× (BPYJVP-1kV-3×120+3×25) 的变频电缆。在项目现场调试中发现, 立磨自带的PLC控制系统与全厂DCS控制系统的DP通讯一直有问题, 经分析主要是由于变频器的谐波干扰造成。我方电气设计人员到场后检查发现, 变频电缆的接线有严重错误———施工人员误认为电缆选型有误, 把3根小线两端均剪断, 两端未作接地处理, 干扰信号对通讯造成了影响。经现场处理, 把3根小线双端接地, 外屏蔽层单端接地后通讯恢复正常。
2 变频电缆的特性
1) 变频电缆与普通电缆不同, 二者结构如图1所示。其对称的结构可确保传输线各个单元都具有稳定的空间电磁场, 从而改善了供电品质。
2) 变频电缆具有较低而均匀的阻抗。变频电缆各相线的电抗值, 低于目前使用的四芯结构普通电缆, 从而降低了波阻抗、减小了波反射, 有效防止了大功率传输情况下频率变化产生的高次谐波对邻近控制系统电缆的干扰。
3) 变频电缆具有优良的抗干扰性能, 良好的屏蔽结构有效防止了外界电磁场的干扰。
4) 当运行中线路出现高频浪涌电压和高次谐波分量时, 屏蔽层同心导体内电流总和为零, 不对外界产生电磁干扰。
3 变频电缆敷设和接线
某电力推进船变频电缆敷设工艺研究 篇2
关键词：电力推进船；变频电缆；敷设工艺
中图分类号：U 671.8 文献标识码：A
Abstract： By studying the variable-frequency cable laying process， this paper proposes a variable-frequency cable laying process for compact compartments of electrically propelled ship.
Key words： Electrically propelled ship； Variable-frequency cable； Cable laying process
1 前言
当今，电力推进技术得到了迅猛发展，电力推进系统在半潜船、钻井平台和大型游轮等船舶上得到广泛应用。电力推进系统由发电机组发出电能，通过变频装置控制推进电机，推进电机通过轴系带动螺旋桨，从而实现船舶推进。
为降低与其他设备和电缆间的电磁干扰，应对变频电缆敷设进行规划，达到相关工艺技术要求。本文对采用电力推进的某海洋石油工程船建造过程中变频电缆敷设进行研究探讨，提出一种紧凑舱室内的变频电缆敷设工艺，并对施工难点提出了解决方案。
2 电力推进系统简介
本船电力推进系统主要由以下部分组成：发电机组、主配电板、推进变压器、变频器、推进电机、螺旋桨等。电力推进系统的各单元的组成，如图1所示。
推进电机至变频器之间的电力电缆选用变频电缆，敷设前规划好电缆路径，变频电缆与常规电缆分开敷设，达到降低电缆间的电磁干扰的目的。
3 变频电缆选择
变频器运行过程中会产生基波和高次谐波，基波和高次谐波通过电缆进行传输，会对附近系统、设备及电缆产生电磁干扰，形成电磁波环境污染，因此选用的电缆能应对其进行尽可能的屏蔽，降低对外干扰。从变频器到电机之间的电力电缆应选用带屏蔽结构的电缆并且尽量降低敷设长度，这样可降低电磁辐射和漏电流；变频电缆具备良好的抗干扰和低辐射性能，能有效屏蔽自身传输电流基波和高次谐波对外部设备的影响，同时能抑制外部电磁辐射对自身的干扰。在安装工艺上，变频器的进线和出线按照厂家提出的安装要求进行，选用电磁兼容密封，进一步降低电磁干扰。
根据以上原则，对变频器的专用连接电缆作以下选型：外包绝缘材料方面，可采用硬质乙丙橡胶和交联聚乙烯，能承受较高电压等级的电力负载；导体结构方面，变频电缆的导体一般采用符合IEC60228[1]要求的5类软铜丝绞合导体，可较好地满足变频电缆的敷设空间较小、弯曲半径小的特性；芯线结构方面，变频电缆主要有3芯、3+E芯和3+3E芯三种结构，在理想的三相电力系统中，3+3E芯型为对称结构，可使三个绝缘接地线芯的相位一次滞后120°，形成一个对称平衡的状态，有效降低线芯间高次谐波对变频电缆的影响；屏蔽材料方面，复合型的金属屏蔽可有效屏蔽电磁波，避免电离现象对电力系统的影响。
本船的推进用电源电压为AC690 V，故变频电缆须采用1.8/3 kV等级，结合上述要求，本船变频电缆型号选用1.8/3 kV TFOI-EMC，规格为3×120+3×25 mm2如图2所示。
4 变频电缆敷设工艺
推进电机的变频电缆和电机变频器内部均存在分布式寄生电容，因为变频器PWM输出电压波形为非线性的，可以分解为基波和高次谐波，通过变频器内部及变频电缆的寄生电容产生基频和高频的电磁波，对其附近的设备和电缆产生电磁干扰。
考虑以上因素，变频电缆的敷设工艺应注意以下几点：
（1）与变频器连接的变频电缆，应单独敷设在专门的电缆托架上，专用托架与其它电缆托架分开，并保持至少200 mm的间距；变频电缆应与其他低压电缆尽可能远距离分开敷设，如果和控制电缆相交，交角要成90°直角（见图3）；变频电缆敷设时需注意电缆的保护层、屏蔽层的保护，不能出现破损表面；
（2）连接变频器与推进电机的电缆，如果是多根并联的方式，电缆拉敷和接线后，并联电缆的长度应相同，保证阻抗一致；
（3）变压器与变频器、变频器与电机之间的变频电缆铠装层/屏蔽层和接地线要求可靠接地（360°环形可靠接地），铠装层（屏蔽层）接地点是离开电缆连接处最近的接地铜排，电缆的两端铠装层/屏蔽层和接地线都要求可靠接地；
（4）禁止将过长的电缆盘成圈状放在变频机柜内，圈在一起将引起电缆发热和增加电磁辐射干扰；
（5）变频器、推进马达变频电缆的接地，应严格按照ROXTEC EMC模块安装指导进行。本船采用的变频电力电缆必须采取可靠接地措施，在电缆两端点做好内、外两层屏蔽的接地处理，所有电缆屏蔽层都要可靠接到PE点上，为避免变频器通过电缆对外干扰，接地电阻应不大于10 mΩ；
（6）推进变压器及推进变频器底部穿甲板电缆密封，采用DGM-NG型密封装置，在设备底部利用设备自带的模块式密封装置密封好后，再对设备底部甲板进行密封。
5 应用情况
某采用电力推进的海洋石油工程船，主电源采用AC6600V、50 Hz柴油发电机组，主推进变压器（6 600 V/690 V）、推进电机（交流690 V）布置在尾部，主机和烟囱位于首部，分前后主机舱，采用多股屏蔽电缆对推进电机进行供电，每台变频器到电机有20余根3×120 mm2的电缆；另一方面，该种船型的船体结构较为复杂，冗余设备多，舱室电缆通道的综合布置难度较大，对变频电缆敷设要求较高。
本船在变频电缆敷设规划时，根据工艺要求，主要考虑以下几个方面：电缆的分类敷设要求、电缆弯曲半径、电缆之间隔离、电缆的梁上开孔要满足规范要求。具体措施如下：
（1）变频电缆敷设长度尽可能一致。主变频器到电机的电缆长度至少10 m以上，同时满足电缆的弯曲半径为10倍电缆外径；变压器分别由前后机舱供电，经变频器再至推进电机，舱内的相关电缆应尽可能远离变频电缆布置位置，避免交叉布置；变频电缆敷设需考虑中压、低压电力、通信、控制等电缆的综合布置。
本船在两舷侧采用2 000×1 100 mm2的A60电缆通道（见图4），实现中压、低压、信号电缆分隔布置；尾部电机进出舱的两个水密舱盖位置避免在该位置布置电缆和设备，防止以后挡住电机出舱维修；
（2）为方便电缆布置，要求变频器、变压器等设备对称布置，变频器到推进变压器的16根3×70 mm2变频电缆由上平台下改到平台上（即变频器室地板夹层内），同时把变頻器基座提高，解决设备进线及电缆弯曲半径的要求，减少了推进电机上方电缆较多的压力；另外，推进电机的变频电缆从底部敷设，采用电缆槽安装保护；详见图5及图6。
（3）合理规划走线，确保大电缆有足够的弯曲空间，电缆的内外屏蔽层都要可靠接地，电缆连接到端子前要有一定的长度余量，电缆的重量不能加到母线排和接线端子上，拧紧螺栓时不能踩踏母线排；
（4）外接电缆由配电板底部进线，进线处用MCT密封，中压电缆端头采用专用的冷缩套管进行处理，选用EMC（电磁兼容式密封件）密封，控制电磁干扰。
6 结束语
变频电缆是电力推进系统的重要组成部分，合理敷设变频电缆，可以有效降低对附近低压控制设备的电磁干扰，确保设备正常工作。通过对某电力推进海工船的施工设计，总结出变频电缆的敷设工艺，经实船验证取得了预期效果，为后续建造的同类型电力推进船提供了较好的借鉴。
参考文献
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变频器电缆 篇3
电线电缆生产设备正常运行与变频器的张力控制和PID控制相关[1]。为保持线材的张力,放线电机与押出主机电机需保持一定的转速比例,同时电位器电压的变化反馈到变频器对放线电机转速进行微调控制[2,3];磁粉离合器保持储线架的线材张力恒定[4,5];变频器PID功能控制收线电机的转速[6]。
1 变频器安装接线
本文以MD280变频器为例,阐述变频器在电线电缆生产设备中的应用。变频器接线图、控制电路图分别如图1、图2所示。图1、图2中变频器主要端子功能如表1所示。
2 变频器的参数设置与调试
2.1 参数设置
MD280变频器主要参数分为3个组:第1组为变频器驱动电机的基本参数;第2组为电机铭牌参数,按铭牌实际值设置;第3组为PID功能参数,是实现PID功能的重点,决定了系统的稳定性。基本参数组设置如表2所示,电机参数组设置与相应物理意义如表3所示,PID功能参数组设置如表4所示。
2.2 调试
2.2.1 张力杆及电位器调试
1)调整张力杆处于水平平衡位置。
2)调整电位器于中间值,电机在不运行状态。
2.2.2 应用状态调试
1)放线状态,张力小即张力杆在平衡位置下降,电机为反转状态;相反,张力大即张力杆在平衡位置上升,电机为正转状态,电机转速由电位器反馈值决定。
2)收线状态,张力小即张力杆在平衡位置下降,电机为正转加速状态;相反,张力大即张力杆在平衡位置上升,电机为减速状态,电机转速由电位器反馈值决定。
2.2.3 正/反转参数设置与调试
1)若只有正转,首先检查是否设置了禁止反转,如设置禁止反转则改为允许反转;其次检查PID作用方向、PID反转截止频率参数F6-11是否设置为0Hz,若是则设置范围为2Hz~最大频率。
2)若正转及反转响应慢,则适当加大PID比例增益P值,反之若正转及反转响应较快,应适当减小PID比例增益P值。
3)若低速时正转及反转响应较慢,应适当加大转矩提升值,但不能超过10%,建议设置值为3。
以上PID功能参数需多次反复调试,直至实现:
1)在设备正常暂停时,即线材不走的情况下,电机几乎不运行,张力杆在平衡位置,且能保持一定的张力;
2)在设备正常运行时,即走线情况下,张力杆位置的变化引起电位器电压相应的变化,电位器的电压变化值反馈给变频器,控制放线电机的转速,最终达到一个平衡值,且保持一定的张力。
3 结语
本文研究了变频器MD280 PID功能在电线电缆生产设备的应用,包括变频器的安装与接线、参数设置、系统的调试等。研究表明:通过PID功能可实现设备暂停时张力杆平衡且有张力;设备运行时张力杆位置变化与电机转速达到平衡。本文介绍的方法对其他具有PID功能的变频器的使用具有一定参考价值。
参考文献
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变频器电缆 篇4
某国家重点长输管道工程3座压气站天然气压缩机采用中压变频高速同步电机直联的驱动方式(以下简称电驱站),每站双绕组变频电机一用一备,额定功率均为22MW,每台电机均采用18根400mm2单芯电缆供电(每个绕组每相采用三根电缆并列供电,共2×3×3=18根电缆)。3座电驱站投产运行一年内,为变频电机供电的变频电缆多次出现故障。
事故一:2008年10月3日0:33分,2#压气站2#压缩机组发出2#变频系统接地故障报警。10月4日8:00时,有关人员对2#变频器系统的电缆及接地系统进行了检查,发现为2#压缩机组供电的电缆组中有一根电缆绝缘失效。排查中发现2#压缩机组所有18根高压电缆分三层集中排放在电缆沟一侧支架上。在电缆沟弯角处存在电缆叠放和弯曲下垂现象。故障电缆其烧蚀破损处位于与电缆支架的接触部位,烧蚀较严重,烧蚀焦痕呈条状,与电缆的走向垂直,并深入电缆内部,附近散落着一些碳化粉末。检查其它电缆,未发现有破损现象。
事故二:2009年3月5日14:11分,3#压气站2#压缩机组发出2#变频系统接地故障报警,进而发展为相间短路故障而停机。3月6日8:00时,有关人员对2#变频器系统的电缆及接地系统进行了检查,发现为2#压缩机组供电的一组电缆群中所有电缆绝缘全部失效。随即有关人员打开电缆沟盖板,挖出砂砾,发现一组电缆群中所有电缆保护层和绝缘层均已烧坏,电缆导体已烧毁呈黑色,甚至有多根电缆已烧断;另外在电缆烧毁处散落大量碳化粉末和一些碳化黑色块状物质。排查中还发现2#压缩机组所有18根高压电缆在电缆沟内随意叠放,都没有排放在电缆沟支架上。如图1所示为事故现场照片。
2 事故原因分析
通过查阅大量资料,针对导致电缆烧毁事故的可能原因,主要考察以下几个方面:①电缆产品是否为合格产品;②施工方法是否不当从而造成电缆损伤;③施工是否严格按设计图纸施工;④施工是否满足相关施工规范要求;⑤设计的电缆规格是否满足要求;⑥设计载流量是否满足电机运行的要求;⑦运行环境是否气温偏高;⑧散热不良;⑨是否存在雷电过电压、感应过电压、操作过电压等;⑩是否发生过载、感应过电流等。
2.1 电缆型号、特性及结构
在隔离变压器、变频器和电机之间驱动系统的变频电缆由供货商配套,规格统一的中压单芯电缆,型号为N2XSY (电缆型号说明:N:符合DIN VDE标准的中压电缆;2X:XLPE绝缘的导线;S:屏蔽电缆;Y:电缆护套为PVC材料)。电缆结构如图2所示。
对于电缆特性的具体考察情况如表1所示。
由表1可以看出,电缆绝缘水平、短时耐受电流、电缆载流量等均满足设计要求(表1中载流量按厂家资料给出,尚未考虑现场敷设方式及实际环境的影响)。
2.2 载流量核算
单芯电缆的载流量计算是个复杂的问题。影响单芯电缆载流量的因素很多,包括环境因素、敷设方式、布置方式、接地方式、临近效应、电流分配的不平衡性等。
2.2.1 不考虑临近效应的载流量计算
IEC60287标准[2],提供了100%负荷因数下的电缆载流量的基本算法,该算法虽然存在大量经验公式和近似处理,但完全可以满足一般工程设计需要。IEC中提供的基本计算公式(有关参数含义见IEC 60287)为:
*注1:空气温度30℃,负载因数1.0,采用两端接地方式;*注2:土壤热阻系数1km/W,埋深0.7m,地温20℃,负载因数0.7,采用两端接地方式。
如表2所示为按IEC式计算的电缆载流量。计算中考虑如下条件:①分别考虑图3中两种不同电缆排列方式下的计算;②分别考虑电缆沟充砂和不充砂两种不同散热环境的计算;③考虑土壤临界:温升为25℃,沙土热阻系数取2.0K·m/W;④计算中没有考虑其它层架电缆群的“临近效应”的影响。
一般而言,金属护套环流对电缆的载流量影响较大[2,3,4],采用平面布置方式时两端接地电缆的载流量约为单端接地载流量的60%-80%。但当采用品字形布置方式时,即使采用两端接地方式,由于各电缆金属护套感应电压相等,相位相差120°,其向量和为0;即使因为某种原因使金属护套上的感应电压不为0,从而使护套中产生环流;但由于该环流并不大,因而对电缆载流量影响不大。
根据国家标准相关规定,爆炸性气体环境电气线路设计和安装要求,电缆沟敷设时沟内应充砂[5]。现场调查结果表明,设计和现场施工满足了该规定;但电缆沟内充砂带来的是电缆允许的载流量减少了约60%,见表2。
考察现场变频电缆的接地方式后发现,所有电缆金属护套均采用两端接地方式。可以判断两端接地方式下金属护套中环流损耗严重地影响了电缆的传输能力。
2.2.2 临近效应对载流量的影响
由于电缆间存在临近效应的影响,同相多根并联电缆的导体交流阻抗值不可能完全匹配。由于并联电缆排列的方式不同,每根电缆受到其它电缆的影响也各不相同,因而导致各电缆电感参数比较大差异,每根电缆总阻抗将各不相同(交流电阻的影响一般可以忽略不计)。在三相对称电压相等的情况下,各并联电缆电流分配主要决定于各自阻抗。因此,同相的三根并联电缆之间如果排列方式不当,其电缆载流量分配将产生不平衡现象[6,7]。
采用品字形布置时,相当于3根三芯电缆的并联使用,其载流量的不平衡性可控制在1.05以内[6]。
从现场情况看,2#电驱站电缆较为规整但密集地排列在电缆支架上,散热条件虽比2#电驱站要好,但临近效应可能使其载流量不平衡现象也较为突出,因此可能导致故障电缆发生过载。至于3#电驱站,电缆随意叠放导致其载流量不平衡现象更为突出。
2.3 感应电势计算
在由单芯电缆构成的交流传输系统中,单芯电缆导体及其金属护层之间相当于一个单匝的空芯变压器,即内部传输导体相当于单匝的一次绕组,金属护层相当于多匝二次绕组(其匝数的多少取决于电缆的长度);导体中传输的电流所产生的交变磁通中有相当大一部分与金属护层相交联,从而在金属护套中会产生一定的感应电势,如图4所示。虽然单位长度上金属护层的感应电压数值一般并不大,但当电缆长度很长时,感应电压叠加起来则可能危及人身安全,因此在国家标准中对于未采取品字形布置的单芯电缆,对电缆金属护套中的感应电压值有严格的要求[8]。另外,如果电缆护套通过大地形成通路且护套上的感应电势不为零时,在电缆金属护套上将产生很大的环流损耗,使电缆发热,从而降低电缆的载流量,加速电缆的绝缘老化,减短电缆的使用寿命,从而严重影响电缆传输量。
2.3.1 不考虑临近效应的感应电动势计算
为减少及消除环流,从而减少单芯电缆金属护套的损耗,提高电缆的传输容纳及电缆的安全运行,对于电缆线路较短(小于500m)时,金属护套通常采用一端直接接地方式。根据国家标准[8]第4.1.9条和第4.1.10条规定,交流单芯电力电缆的金属护层必须接地,且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电势不得大于50V。根据该规范附录F中提供的感应电势算式,在不考虑电缆不同支架间临近效应影响的情况下,采用单端接地方式的3根电缆呈直线并列布置(图3(a))时,感应电势按如下公式计算:
式中:X=2ωln(S/r)×10-4(Ω/km);α=2ωln2×10-4(Ω/km);Y=X+α。
S为电缆轴间距离(cm);r为护套平均半径(cm);L为电缆长度(km)。
3根电缆呈品字形布置(图3(b))时,感应电势按式(3)计算。
已知,电缆全长L=100m,电机运行时额定I=2×1470A(同步电机为双绕组电机,每个绕组每相采用3根电缆并列供电,共2×3×3=18根电缆;电流平均分配时每根电缆载流量为1470/3=490A),电缆直径Ds=40mm,中心距S=80mm,ω=84Hz(电机最高转速时的频率)。金属护套感应电压按公式计算结果如表3所示。
2.3.2 临近效应对感应电动势的影响
对于采用单端接地的单芯电缆,其金属护套不接地的一端感应电势大小主要取决于导体中流过的电流(或金属护套中流过的电流)和金属护套的阻抗值(主要是电抗值)。由于临近效应既影响导体中电流的分配(从而影响护套层中电流值),又影响金属护套的阻抗值,因此临近效应对感应电势的大小产生显著的影响。工程计算中,一般采用校正系数k(采用合理的布置方式和敷设方式时,k取1.2)计及临近效应的影响,即当采用一端接地方式时,电缆护层最大感应电压为:
由表3可以看出,无论采用哪种敷设方式,单芯电缆护层的感应电势是满足国标要求的。
2.4 要因验证
根据查阅设计图纸、现场调查以及上述分析计算,形成要因验证表,如表4所示。
2.5 可能原因分析
根据现场勘查结果及要因验证,经与施工单位、设计单位和厂家人员交流沟通后,对此次事故原因分析如下。
(1)鉴于在已敷设的电缆表面未发现有撕裂、刮破、割裂等现象,排除了在电缆敷设过程中人为损伤电缆外层护套而导致此次事故发生的可能性。
(2)由于在施工过程中单芯电缆采用了不合适的接地方式导致电缆环流损耗过大,严重影响了电缆的传输能力,加上电缆布置方式不尽合理或严重违反相关设计及施工规范,导致电缆载流量分配严重不平衡,进一步加剧了某些电缆的传输能力。
(3)对2#站电缆发生接地放电烧蚀过程分析如下:由于某些电缆(传输能力受到严重损害的电缆)与电缆沟侧壁垂直固定的角钢横截面位置出现微小开裂,加上电缆铜丝屏蔽层与角钢之间存在电位差,在一定条件下(如空气湿度较大、振动时相对位置变化、昼夜凝露等)引起了放电,产生了电弧。经过长时间在同一部位的频繁放电燃弧,导致电缆绝缘层被部分烧蚀,引起对地间电阻下降,最终导致系统发生接地故障报警。
(4)对3#站电缆发生接地报警进而发展成相间短路故障过程分析如下:某些单芯电缆由于传输能力受到严重损害,长期处于过载运行状态,同时充砂环境导致电缆群局部长期散热不良,使电缆群中多根电缆绝缘受到损害,电缆接地发出故障报警,进而迅速发展成相间短路故障,导致整个电缆群全部烧毁。
(5)由于电缆与角钢的接触面积较小,角钢的断面棱边处又较尖锐,在电缆自身重量作用下,电缆与角钢间产生较大压强。同时,电缆在负载运行时产生的振动以及不同季节、昼夜温差引起的热胀冷缩,致使电缆与角钢之间产生摩擦。由于长时间的挤压、摩擦作用使电缆外护套逐渐被磨损,出现开裂。
(6)现有的电缆敷设方式和电缆支架型式不尽合理。由于压缩机动力电缆是无金属铠装的塑料外护套单芯电缆,较容易受到机械损伤。而现有的电缆支架为角钢焊接结构,电缆与支架直接硬性接触,未采取任何对电缆外护套的保护措施。在敷设过程中,电缆较容易被钢质支架损伤,留下安全隐患。
根据以上现场勘查结果和分析,事故发生的直接原因是:由于单芯电缆在施工过程中,没有按恰当的接地方式和合理的排列方式被正确敷设,某些电缆长期处于过载状态,导致电缆外护套破损,继而引起电缆绝缘失效,发生接地报警甚至发展成相间短路故障,引起停机事故发生。
3 事故处理措施
根据事故分析结果,提出如下事故处理措施。
3.1 按要求敷设电缆
①单芯电缆采用品字形方式布置于电缆沟支架上,且每个系统的三个品字形排列电缆最好位于不同层架上,上下层采用Z字形布置。以减少相互间的影响,减少电缆损耗,同时减少感应电压。
②电缆应尽可能避免交叉布置。
③电缆在支架上敷设前,应用胶带缠绕或采用柔软耐磨的材料使其与铁质支架予以隔离,电缆在支架上放置完成后,应每隔一定间距用非磁性带材捆扎,捆扎带应保证足够强度,以尽可能避免金属支架对电缆外护套的磨损。
3.2 取消缆沟充砂,提高散热效率
①对于户外电缆沟,根据GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》,考虑到天然气比空气轻,因此不予充砂;同时重新对电缆进行摆放处理,电缆沟内单芯电缆的敷设如图5所示。
②对于户内电缆沟,为保证良好的散热,可考虑在电缆沟与通风沟交叉处开口(尺寸为200×200mm)以使其与厂房内风道相通,使电缆沟内形成正压通风型的环境,一方面保证了电缆良好散热,另一方面降低了电缆沟内防爆等级,对系统安全稳定运行较为有利。因此,对户内电缆沟也不予充砂。
3.3 采用一端接地方式,避免环流
单芯电缆采用一端互联接地方式(在变频器侧接地),以防止电缆金属护套上产生环流损耗从而影响电缆载流量。
3.4 加强安全防火措施
①采用阻燃电缆或在非阻燃电缆表面涂防火涂料,以防止事故情况下火灾的蔓延。
②在每侧电缆支架上各敷设一根感温电缆,并设定一定的报警温度。该报警信号上传到火灾报警盘或变电所综合自动化系统。感温电缆的敷设如图6所示。
按上述措施改造后,目前3座压气站变频电机运行情况良好,没有再发生单芯接地报警故障和相间短路故障。
4 结束语
(1)对于线路不太长的单芯电缆的金属护套采用一端接地方式可以降低金属屏蔽层环流损耗,提高电缆的传输能力,但要注意不接地端感应电势不能超过50V。
(2)由于多根并联单芯电缆排列方式会对电缆载流量的分配产生很大影响,因此为防止严重的载流量分配不平衡现象发生,在工程实际中应加以足够重视。
(3)由于充砂环境外部热阻可能很高,因此考虑电缆载流量时应特别加以重视。
参考文献
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变频器电缆 篇5
1.1 问题及现状
近年来随着城网改造工程的实施,高压交联电缆开始大量使用。按照IEC 840建议规程,现场试验的目的不是为了检验电缆的制造质量或电缆附件的制造质量的好坏,其制造质量已在型式试验和出厂试验中证实。现场竣工验收试验的目的是检查电缆的敷设、附件的安装是否正确及电缆在运输、搬运、存放、敷设和回填的过程中,是否有受到意外损害。在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因,很长时间以来,仍沿袭使用直流耐压的试验方法,但存在很多缺陷,例如不能有效的释放掉直流残余电荷,直流试验不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压等,国内一些研究机构认为,橡塑电缆的直流耐压试验中,由于空间电荷效应,绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达1 1陪,橡塑电缆即使通过了直流试验不发生击穿,也会引起绝缘的严重操作,因此,使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。
1.2 标准问题
GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》颁布实施以来,对橡塑电缆交流耐压试验作了以下规定:(1)橡塑电缆优先采用20Hz～300 Hz交流耐压试验。额定电压U0/U为18/30kV以下,试验电压为2.5U0(或2U0),时间为5(或60)min,额定电压U0/U为21/35～64/1 10kV以下,试验电压为2 U 0,时间为60min。(2)不具备上述试验条件或有特殊规定时,可采用施加正常系统相对地电压2 4 h方法代替交流耐压。
2 交流谐振工作原理
2.1 工作原理
交流高压串联谐振试验装置是利用L-C串联谐振的原理工作(图1,图2)。C是试品的电容。调节电感L使ωL=1/,式中ω为电源角频率,则回路发生串联谐振。此时,试品上的电压Uc与调谐电感上的电压一样大,即Uc=(Us/R)ωL=QUs,式中US为电源电压;Q为品质因数,Q=ωL/R,由于Q的值一般高于20,甚至可达40～80,所以Uc远大于US。
串联谐振试验装置通常采用调感方式,也有的采用调容方式或调频方式。
2.2 优点
利用串联谐振试验装置进行绝缘试验具有如下优点:(1)所需电源容量大大减小,试验所需电源功率只有试验容量的1/Q,因此,试验电源电压低,功率小(仅需提供试验回路中的有功功率);(2)设备的重量和体积大大减小,一般为普通试验装置的1/3-1/5;(3)试验电压波形良好,谐波分量极为微弱,有效的防止了谐波峰值对试品的击穿;(4)试品一旦发生击穿,便失去谐振,不会在击穿通道中形成很大的短路电流,电弧会很快熄灭,并且恢复电压上升较慢,不会引起较高的过电压,击穿通道不易重燃。
3 交流谐振装置在电力系统中普遍应用及自身体会
我局高压试验班于2008年购买了一台武汉磐电科技公司生产的变频谐振升压系统,型号为BPXZ-PD22-1 32,配6台22kV2A电抗器(每台电抗器为105H),该升压装置采用了调节电源频率的方式使得电抗器与被试电容实现谐振,从而在被试品上获得高电压大电流。交付到我们试验班后,我班先后开展了多次10kV～35kV橡塑电缆(95mm2～300mm2)交流耐压试验外,还另外包括:10kV电力电容器(2400kvar～6000kvar)交流耐压试验、10kV～35kV电力变压器交流耐压试验、110 k V电力变压器中性点交流耐压试验。从目前的应用情况看,主要有以下几点体会。
(1)能轻松应对10kV～35kV橡塑电缆、10kV～35kV电力变压器、10kV电力电容器以及110k V电力变压器中性点交流耐压试验,其中曾试验最长的10kV电缆近两千米。
(2)仪器重量减轻,最重的励磁变压器约20kg,适合现场两人搬运。电源采用220V单相交流电源,方便现场取电。
(3)自动调谐功能强大。系统自动调谐时,从30 H z到3 00 H z自动扫频,显示扫频曲线,用户能直观地看到系统调谐过程;扫频完成后;系统根据扫频初步找到的谐振频点,在其±5Hz范围内以0.01 Hz为分辨率进行频率细扫,最后精确锁定谐振频率。
(4)保护功能完善。具备零位保护(电压输出控制旋钮不在零位时,禁止系统启动),过压保护,过流保护,闪络保护等功能,保证了系统的可靠性。
(5)试验设备(谐振电抗器、分压器、励磁变压器等)应尽量靠近被试品,减小试验地线的长度,即减小接地线的电感量。
(6)应用电抗器数量的简单规律:电抗器并联接线时,如谐振点频率过高,则增加电感并联个数;电抗器串联接线时,如谐振点频率过高,则增加串联电感个数。具体来说,第一、进行橡塑电缆试验,可根据单相电缆长度估算电抗器个数,一般来说,单台22kV2A电抗器可进行近800m规格为300mm2的三相橡塑电缆交流耐压试验。而进行电容或变压器交流耐压试验,只须根据试品容量,由公式推出L总值,再由公式L总=L×N×1.2便可确定串联试验电抗器个数(注:1.2为电抗器串联产生的粗略互感系数,而并联电抗器之间距离较远,系数可以忽略)。第二、进行橡塑电缆试验,如果根据电缆长度所应用的电抗器数量没法搜索出谐振频率,则原因有三个:一是谐振频率不在变频电源的频率范围内,例如谐振频率为25Hz,则不在30Hz到300Hz范围,需要减小并联电抗器个数。二是仪器接线接触不良,不能准确检测电压。三是重新设置变频谐振装置的起始频率,设置为25Hz或更低。第三、如果输出电压达不到所要求试验电压时,则须继续增加并联电抗器数量,便可满足试验要求。第四、进行距离较短(数十米)的橡塑电缆耐压试验,如果单个电抗器串联谐振没法搜索出谐振频率,则可以通过增加电抗器串联个数来达到试验要求。第五、进行手动寻找谐振点时,系统有时会出现“假频率”,通常此值低于1.0kV或1.5kV,这种情况下,解决的办法是:(1)增大励磁变压器的变比以增加电压值;(2)在谐振点附近时,将光标移动到“手动升压”处按“确定”键将控制箱的输出电压升高,当显示的试验电压值高于1.5kV时再调频,以找到真正的谐振率点。
4 变频谐振试验装置使用中的注意事项
使用变频谐振装置,除了按照仪器说明书的步骤操作,还要注意以下几点。
(1)现场试验时,电缆两头终端务必派专人监护,以防他人误碰带电部分导致人身事故。
(2)试验时操作人员除接触调谐、调感绝缘旋钮处,不要触及控制金属外壳,否则在高压侧击穿时,可能引起不适,如果有条件,建议操作人员站在绝缘垫上工作。
(3)各联接线不能接错,特别是接地线不能接错,否则可导致试验装置损坏。
(4)本装置使用时,输出的是高电压或超高电压,必须可靠接地,注意操作安全距离。
(5)串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产生高电压的,也就是说,能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振,所以,试验人员在分析现场不能够产生所需高电压时,应该分析什么破坏了谐振条件,回路是否接通等。
5 结语
直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况,试验效果差,并且有一定的危害性,在现场竣工验收试验时,不宜再采用直流耐压的方法。交流变频谐振试验装置,不仅符合南方电网公司企业标准、IEC和国标的有关要求,又方便试验工现场搬运与操作,而且通过电抗器串并联的方式可以满足高压交联电缆现场交流耐压的要求,从而很好地检验交联电缆的敷设和附件安装质量。
摘要：目前交流变频谐振装置已广泛应用于电力系统中,本文通过分析交流谐振装置在XLPE交联电缆交接试验应用中存在的问题,从设备和标准上论述了变频谐振装置在进行现场交流耐压的可行性,以及使用变频谐振装置的一些体会。
关键词：变频,串联谐振,橡塑电缆,交流耐压
参考文献
[1]谢强.串联谐振试验装置在电缆耐压试验中的应用[J].电工技术,2005.
变频器电缆 篇6
1.1 单电机负载下的允许电机电缆长度
表1列出了带有1个或2个(串联)出线电抗器的西门子SINAMICS G130/150装置以及 S150/120装置允许的最大电机电缆长度。
对于SINAMICS G130/G150调速装置,低频运行时的变频器输出端的容性充放电电流将会在装置直流部分预充电回路以及整流部分晶闸管门极回路表现为相对较高的负载。因此若此时采用两个串联的输出电抗器,一般没有通行的出线标准。如果需要采用这种形式,则电缆长度必须针对每一工程具体选择。
1.2 多电机负载下的允许电机电缆长度
通常单台变频器后只接单台电机。然而对于类似辊道电机或集装箱起重机吊架电机等应用场合,通常要求多台小功率电机步调一致的运行,因此由一台大功率变频装置拖动多台电机的“一拖多”情况,也应纳入我们考虑的范畴。
单台变频器拖动多台电机的应用场合,必须使用输出电抗器(或滤波器)。对单台电机而言,由于功率较小,所以电机电缆横截面积也较小。与拖动单台电机情况下所使用的电缆相比,由于横截面积更小,故单位长度导体的对地分布电容也低得多。因此,当使用单台变频器拖动多台电机的时候,在变频器和输出电抗器允许的最大电容值范围内,每台变频器输出端所接总电机电缆长度可远大于表1所规定的单台电机最大允许电缆长度。
基于表1内针对单电机驱动时给出的数据,图1给出一种计算多电机驱动时允许电机电缆长度lM 的方法。
2 多电机驱动时允许电缆长度的计算
多电机驱动时,每台电机的允许电缆长度由下列公式计算:
式中:lM为多电机驱动时单台电机与现场分线箱之间的允许电缆长度;nE max为单电机驱动情况下,可并联的最多电机电缆数;CE max (Amax)为单电机驱动情况下,在最大允许横截面积Amax 时,屏蔽电机电缆单位长度导体的对地分布电容;lE max为单电机驱动情况下,电机允许电缆长度(取决于输出电抗器数量及电缆是否屏蔽);nV为多电机驱动情况下,变频器与现场分线箱之间的并联电缆数;CV(A)为多电机驱动情况下,变频器与现场分线箱之间电缆单位长度导体的对地分布电容;lV为多电机驱动情况下,变频器与现场分线箱之间的电缆长度;nM为现场分线箱电机出线端并联安装电缆数,即电机数量;CM(A)为现场分线箱电机出线端电缆单位长度导体的对地分布电容。
式(1)既适用于由变频器至现场分线箱再分别连接各电机的情况,也适用于不用分线箱而由变频器直接连接各电机的情况。在不用现场分线箱时,公式中的nV·CV(A)·lV必须等于“0”
无论变频器还是逆变器,输出电抗器是1台或2台,电机电缆屏蔽或非屏蔽,上述公式均适用。对于输出电抗器数量(1或2)以及电缆类型(屏蔽或非屏蔽)的修正值仅表现在lE max中。lE max的值可由表1中查出。但需要指出的是,当屏蔽电缆与非屏蔽电缆混用的场合,该公式并不适用。比如由变频器至现场分线箱为屏蔽电缆,而分线箱至各个电机为非屏蔽电缆的场合。
表2中,以NYCWY型屏蔽电缆为参照,列出了不同横截面积(A)时对应的单位长度导体对地分布电容值(C)。
3 工程实践应用
下面以一辊道电机驱动应用为例,采用式(1)计算允许电缆长度。
假设该辊道由1台SINAMICS G150变频调速装置带25台10 kW电机驱动,所选装置为250 kW,400 V。变频装置位于电控室内,采用2根长50 m且并联的150 mm2屏蔽电缆输出至现场分线箱。现场25台电机均采用屏蔽电缆接至分线箱。电缆平均长度约40 m,均为1×10 mm2导线。
由于采用一台变频器驱动多台电机,并联的电机电缆数量很大,采用输出电抗器是非常必要的。下面就通过计算验证所选用的变频器及输出电抗器的组合是否能够满足现场要求。
第1步:根据表1、表2以及SINAMICS G150装置用户手册,求出对应单电机驱动时的nE max,CE max(Amax),以及lE max的值。经查,SINAMICS G150/400 V/250 kW装置电机出线端最多可并联两条240 mm2电缆。采用单台输出电抗器屏蔽电机电缆时最大允许电缆长度为300 m。因此可得:
nE max=2
CE max(Amax)=CE max(240 mm2)=1.03 nF/m
lE max=300 m
第2步:计算变频器与现场分线箱之间电缆各参数nV,CV(A)以及lV。
nV=2
CV(A)=CV(150 mm2)=0.86 nF/m
lV=50 m
第3步:计算现场分线箱与每一电机之间电缆各参数 nM以及CM(A)
nM=25
CM(A)=CM(10 mm2)= 0.55 nF/m
第4步:计算每台电机与现场分线箱之间的允许电缆长度。
由于现场要求的40 m电缆长度不超过最终计算值lM=38.7 m的10%,所以以上调速装置、电抗器、电缆长度选型均符合现场要求。
由上述实例中的计算不难看出:当采用单电机驱动方式时,允许电机电缆长度最大为600 m。而采用多电机驱动时,变频器与现场接线箱之间电缆长度为100 m,而现场接线箱至各个电机电缆长度共为968 m(25根10 mm2电缆各长38.7 m),总共1 068 m。因此可知,虽然总的允许最大对地分布电容值相同,但由于所用导线横截面积的减小,采用多电机驱动方式时的允许最大电机电缆长度可大大增加,几乎达到单电机驱动时允许电缆长度的两倍。
4 结论
本文针对采用西门子SINAMICS G/S 系列变频调速装置的应用场合,引入了一个变频器与所驱动电机之间允许最大电缆长度的计算公式。通过对不同负载方式,不同电缆型号及横截面积,不同输出电抗器配置等具体情况的区别分析,同时以单位长度导体对地分布电容值的概念区别了不同品牌型号不同横截面积的电缆引起的差异。最终利用此公式推导计算出允许的电机电缆长度,并用它来核算之前的理论设计并指导将来的工程施工设计。
