變頻電源連接電纜特點及作用

　　近二十年來變頻調速電機在國內外有很大的發(fā)展，年增長率略超過10% ，而直流傳動年增長率為3-4% 。變頻電機具有較多的優(yōu)點，如設備投資費用少，結構簡單，體積小，成本低，節(jié)能，調速范圍大，具有恒功率、恒轉速的特性，使用方便，容量大等等。因此當前在冶金、礦山、鐵路等工業(yè)方面廣泛地使用，zui近在家用電器同樣也大量應用。

　　變頻調速技術關系到變頻電機、變頻電源和連接電纜，這段電纜長度并不很長，截面也不很大，絕緣性能屬于電力電纜范疇，因為實際的工作頻率為30～300 Hz ，常簡稱為變頻電纜，當前常選用交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料。

　　大概三十年前，電纜研究所開發(fā)和生產(chǎn)過中頻電纜，這也可稱得上是目前變頻電纜的前身，其工作頻率為100～400 Hz ，提供電源的設備是由直流電機驅動的中頻發(fā)電機組，改變直流電機轉速來調節(jié)發(fā)電機的輸出頻率，中頻電壓的波形能維持形狀規(guī)則的正弦波，當時電纜的設計思路是降低線路阻抗和集膚效應，采取同軸電纜和擴大內導體直徑，電纜在冶金工業(yè)上應用效果十分良好。

　　目前的變頻電源是通過可控硅元件調頻，較大程度上改變了波形特性，從而對電機和電纜帶來了新問題。

　　一、變頻電纜的工作特點

　　1.脈沖電壓對絕緣的影響 變頻電源的頻率調節(jié)范圍較寬，不論頻率高低，具有一個主頻率的波形輪廓，它包含了許多高次諧波，作為一種行波經(jīng)多次反射，幅值疊加可達到工作電壓數(shù)倍，電纜越長，幅值越高，若電纜絕緣安全系數(shù)不高，可能被擊穿。石油開采用3000多米長的潛油泵電纜，在工頻下能長期正常運行，可是在變頻條件下，電纜才投入運行數(shù)小時即發(fā)生擊穿，說明脈沖過電壓的危害性，所以預防是必要的。由于交聯(lián)絕緣電力電纜的耐壓水平較高，電纜長度一般在300米以內，多年來的運行未發(fā)生擊穿事件，盡管如此，絕緣厚度及工藝應加以重視，實心絕緣是可靠的，繞包絕緣是不適合的。

　　2.電纜本體對外發(fā)射電磁波 一般變頻家用電器為單相供電，長度很短，功率也較小，設計時已將變頻電源、連接電纜和變頻電機一并設置在金屬殼內，抑制了電磁波對外發(fā)射。但是在工業(yè)領域內，電機功率較大，連接變頻電機和變頻電源之間的電纜長度長，在工作時電纜就是高頻電磁波向外發(fā)射的有效載體，對于周圍鄰近地區(qū)的通信工具（如無繩）或調幅接受器（如收音機調幅波段）將產(chǎn)生干擾，有時情況也比較嚴重，稱之為電磁波的環(huán)境污染，國外早已對這種電纜提出要求，國內也很重視，目前各電纜廠制訂了企業(yè)標準，今后將會統(tǒng)一制訂行業(yè)標準。

　　3.中性線電流的疊加 完整的三相正弦供電系統(tǒng)，當三相電流平衡時，其中性線的電流為零，若出現(xiàn)三次諧波，則三次諧波的電流分量在中性線內不存在相位差，所以直接疊加成分量得三倍。若變頻原供電對象是三個單相變頻電機，而且處于三相功率分布平衡狀態(tài)，則中性線電流更大，中性線截面應不小于相截面。

　　二、變頻電纜作用：

　　1.絕緣的電氣擊穿問題 變頻電機大量應用后，大多數(shù)情況選用一般電力電纜，如聚氯乙烯絕緣、護套電纜或交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜，由于電纜本身耐壓水平較高，很少發(fā)生電纜本體擊穿。這與上述深井油泵電纜擊穿事故顯然不同，深井油泵電纜采用聚酰亞胺/聚全氟乙丙烯復合薄膜繞包燒結和乙丙橡膠雙層絕緣，從厚度和絕緣密實來看并不理想，油泵電纜長度超過3千米，油井的工作環(huán)境嚴酷，電纜處在高溫、高壓、含油和含水的條件中工作，其絕緣性能比較脆弱，當運行過程中受到多種惡劣因素的侵蝕后發(fā)生電、熱因子交錯作用而導致絕緣擊穿。為何電纜在工頻下能長期運行而變頻下幾小時內擊穿? 這決不是老化問題，基本上可歸結于高頻脈沖電壓的影響。一般陸用情況下，采用聚氯乙烯絕緣并不理想，因為其介質損耗偏大。交聯(lián)聚乙烯絕緣較為滿意，它兼有機、電、熱等優(yōu)良性能。電纜絕緣厚度可采用1kV 電壓等級的規(guī)定，若適當加厚，當然更為可靠，這對變頻電纜更為有利。