抗電磁干擾鋁合金電纜的研制

王國(guó)忠（江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇海門(mén)226100）

抗電磁干擾鋁合金電纜的研制

王國(guó)忠
（江蘇通光強(qiáng)能輸電線科技有限公司，江蘇海門(mén)226100）

介紹了抗電磁干擾鋁合金電纜的研制和應(yīng)用。

抗電磁干擾；鋁合金電纜；研制；應(yīng)用

0　引 言

我公司添置了一套35 kV電纜局部放電檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備安裝的車(chē)間有很多大功率的生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線在啟動(dòng)、運(yùn)行中，會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生干擾信號(hào)，尤其許多生產(chǎn)設(shè)備上還帶有變頻器，變頻器作為諧波源，諧波電流經(jīng)過(guò)電感和電容耦合作用，會(huì)引起電源系統(tǒng)交流電壓的波動(dòng)，而局部放電測(cè)量系統(tǒng)為精密儀器，對(duì)供電有特別要求，不允許受到外界的干擾。檢測(cè)系統(tǒng)供電線路要求與工廠的其它設(shè)備、照明等電路嚴(yán)格分隔開(kāi)。從工廠的10 kV變電所經(jīng)安裝于變電所內(nèi)的獨(dú)立降壓變壓器、電力電纜、低壓開(kāi)關(guān)柜、380 V的隔離變壓器，單獨(dú)向局部放電檢測(cè)系統(tǒng)供電。其中的電力電纜是連接三相10 kV/400 V容量為50 kVA油浸電力變壓器和低壓開(kāi)關(guān)柜的線路。要求電纜采用銅芯3×35 mm2、屏蔽型低壓電纜。局放檢測(cè)設(shè)備廠家要求電纜長(zhǎng)度在150～200 m左右，認(rèn)為長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好，越有利于衰減來(lái)自電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾。電纜要在單獨(dú)的電纜溝內(nèi)敷設(shè)。

針對(duì)局放檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電纜的特殊要求，結(jié)合我公司的鋁合金電纜產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，決定設(shè)計(jì)一種抗電磁干擾的鋁合金電纜。因?yàn)橹匦麻_(kāi)挖一條電纜溝十分困難，計(jì)劃這條鋁合金電纜與原有的電纜線路在同一電纜溝道內(nèi)敷設(shè)。

1　電纜設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的抗電磁干擾鋁合金電纜的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　電纜結(jié)構(gòu)示意圖1—鋁合金導(dǎo)體 2—XLPE絕緣 3—聚酯薄膜帶4—銅絲編織屏蔽 5—PE絕緣 6—填充7—內(nèi)襯層 8—鋼帶鎧裝 9—PVC護(hù)套

1.1 導(dǎo)體設(shè)計(jì)

采用AA8030鋁合金導(dǎo)體。按照GB/T 30552—2014標(biāo)準(zhǔn)，采用軟態(tài)的鋁合金導(dǎo)體，20℃時(shí)直流電阻率不大于0.028 264Ω·mm2/m，即61% IACS。當(dāng)載流量與銅導(dǎo)體相同時(shí)，鋁合金導(dǎo)體截面積約為銅的1.5倍。按此規(guī)律，要求銅導(dǎo)體的截面積為35 mm2，我們?cè)O(shè)計(jì)選用了50 mm2的鋁合金導(dǎo)體來(lái)替代。導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用2+7的輥壓成型的型線絞合導(dǎo)體（如圖2所示）。由于這種型線絞合導(dǎo)體，表面光滑，不會(huì)存在緊壓導(dǎo)體普遍有的毛刺現(xiàn)象，在傳導(dǎo)電能時(shí)，對(duì)干擾信號(hào)不會(huì)有放大作用。

1.2 絕緣和護(hù)套設(shè)計(jì)

局放設(shè)備廠家提出的電纜長(zhǎng)度應(yīng)不少于150 m，有利于衰減電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾，但實(shí)際只需要電纜的長(zhǎng)度130 m，我們認(rèn)為型線絞合的鋁合金導(dǎo)體更有利于衰減來(lái)自電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的頻率較高，在電纜中傳導(dǎo)時(shí)，存在集膚效應(yīng)，而鋁合金導(dǎo)體的電阻率比銅導(dǎo)體高，在傳導(dǎo)過(guò)程中，干擾信號(hào)衰減得比銅芯電纜更大。綜合考慮，電纜的計(jì)劃長(zhǎng)度還是按實(shí)際需求安排。這樣的長(zhǎng)度，加上成纜時(shí)的絞入率及生產(chǎn)時(shí)的消耗，三根絕緣線芯的總長(zhǎng)度不到400 m，于是我們?cè)O(shè)計(jì)采用單一絕緣顏色生產(chǎn)，絕緣可以連續(xù)擠包，不用停車(chē)換色，并且，編織屏蔽也可以整根生產(chǎn)。絕緣材料采用硅烷交聯(lián)聚乙烯（XLPE），它的電性能和機(jī)械性能均優(yōu)于聚氯乙烯（PVC）。為了便于施工時(shí)的線芯識(shí)別，我們?cè)诜窒嗥帘瓮鈹D包的護(hù)套上加以顏色區(qū)分。為提高分相屏蔽的電氣絕緣性能，擠包的分相護(hù)套材料也采用了硅烷XLPE絕緣料，與絕緣生產(chǎn)不同的是，沒(méi)有進(jìn)行蒸汽交聯(lián)，實(shí)際相當(dāng)于擠包了聚乙烯（PE）絕緣。導(dǎo)體外的絕緣、分相屏蔽外的絕緣和護(hù)套結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)均按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

圖2　50mm2輥壓成型鋁合金導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

1.3 屏蔽設(shè)計(jì)

屏蔽設(shè)計(jì)是抗電磁干擾的關(guān)鍵。按屏蔽作用的原理，電纜的屏蔽可分為靜電屏蔽、靜磁屏蔽和電磁屏蔽三種形式。通常靜電屏蔽由非磁性材料（銅、鋁、鉛等）構(gòu)成；靜磁屏蔽的作用是使磁場(chǎng)限制于屏蔽體內(nèi)，它是由強(qiáng)磁材料（通常是鋼）制成。靜電屏蔽和靜磁屏蔽僅在低頻時(shí)有效，在頻率增高后，屏蔽體內(nèi)渦流作用增大，靜磁屏蔽就會(huì)轉(zhuǎn)入電磁屏蔽的工作狀態(tài)。本實(shí)例中，要求設(shè)計(jì)的電纜與其它電纜線路同溝敷設(shè)，為防止高頻電磁場(chǎng)的干擾，我們采用了電磁屏蔽的結(jié)構(gòu)。

電磁波在屏蔽層表面的反射現(xiàn)象及屏蔽金屬層內(nèi)高頻能量的衰減是電磁屏蔽的作用原理。弄清電磁屏蔽的原理及所需材料后，我們?cè)O(shè)計(jì)了鋼帶鎧裝加銅絲或銅帶分相屏蔽的結(jié)構(gòu)，因?yàn)殇搸禽^好的磁屏蔽材料，而銅是良好的電屏蔽材料，兩種材料的組合，可較好地防止電磁干擾。至于分相屏蔽的材料，究竟是采用銅絲編織，還是銅帶重疊繞包，我們作了比較。如采用銅帶重疊繞包結(jié)構(gòu)，搭蓋不小于15%，則屏蔽表面積覆蓋率達(dá)100%，電屏蔽的性能良好，但銅帶繞包在50 mm2小規(guī)格的絕緣線芯上，可能會(huì)起皺，并且彎曲性能不如編織屏蔽好；如果采用編織屏蔽，編織密度設(shè)計(jì)成90%以上，雖然屏蔽效果不如銅帶重疊繞包的效果好，但工藝上易實(shí)現(xiàn)。我們最終設(shè)計(jì)采用鍍錫軟銅絲編織屏蔽的結(jié)構(gòu)。為彌補(bǔ)屏蔽覆蓋率達(dá)不到100%的不足，在編織層外設(shè)置了一層PE絕緣，其作用是使一相上的電磁干擾信號(hào)不會(huì)直接串入到另一相上，而通過(guò)該相的屏蔽層直接流入大地，可防止相間的相互干擾。

1.4 電纜的其它設(shè)計(jì)

為防止銅絲編織屏蔽時(shí)編織絲可能會(huì)刺傷絕緣，在絕緣與屏蔽間縱包了一層聚酯薄膜，聚酯薄膜具有良好的電性能和機(jī)械性能，且厚度小，為0.04 mm。

2　關(guān)鍵工序生產(chǎn)控制

本實(shí)例中，關(guān)鍵工序是編織屏蔽。我們控制的編織密度不小于90%，單向覆蓋率不小于0.684，在24綻編織機(jī)上生產(chǎn)，采用線徑為0.16mm的鍍錫軟銅絲，每錠5根。生產(chǎn)時(shí)要求單線根數(shù)不得隨意增減，更換錠子時(shí)，露出編織層的接頭應(yīng)剪齊。任何1 m的絕緣線芯長(zhǎng)度內(nèi)，更換錠子不應(yīng)超過(guò)1次。

抗電磁干擾的鋁合金電纜的其它工序生產(chǎn)控制與普通電纜的要求一樣，這里不再贅述。

3　電纜試驗(yàn)和應(yīng)用

抗電磁干擾的鋁合金電纜生產(chǎn)完成后，進(jìn)行了常規(guī)的性能檢驗(yàn)，合格后交付工程使用。電纜安裝后，局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的背景噪音還是很大，經(jīng)分析和推斷，認(rèn)為由敷設(shè)的鋁合金電纜造成。檢查發(fā)現(xiàn)，電纜的鋼帶和編織屏蔽均未接地。在簡(jiǎn)單進(jìn)行了電氣接地后，再做試驗(yàn)，效果較好，但過(guò)了兩天，系統(tǒng)的背景噪音又上去了，經(jīng)判斷，還是由該鋁合金電纜帶來(lái)的，可能是由于某種生產(chǎn)設(shè)備使用時(shí)引起的電磁干擾信號(hào)串入造成。這時(shí)，局部放電檢測(cè)設(shè)備廠家認(rèn)為這種抗電磁干擾的鋁合金電纜不會(huì)達(dá)到理想效果，建議單獨(dú)電纜溝敷設(shè)。我們又檢查了電纜的路由，找到了電纜在變電所的一側(cè)未能有效接地的缺陷。經(jīng)整改后，再進(jìn)行局放檢測(cè)，效果良好?，F(xiàn)在，抗電磁干擾的鋁合金電纜與其它電纜同溝敷設(shè)后已運(yùn)行半年多時(shí)間，各種生產(chǎn)設(shè)備均在正常運(yùn)行，局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的背景噪音幾乎沒(méi)有，系統(tǒng)工作正常，這種鋁合金電纜一直可靠地屏蔽了電磁波的干擾。

4　結(jié)束語(yǔ)

抗電磁干擾鋁合金電纜的成功研制和應(yīng)用，局部放電檢測(cè)設(shè)備廠也感到驚呀。據(jù)說(shuō)，他們已安裝了多臺(tái)的局部放電檢測(cè)設(shè)備，幾乎都是單獨(dú)的電纜溝敷設(shè)，從未有過(guò)局放系統(tǒng)用電源電纜與其它設(shè)備用電纜同溝敷設(shè)而能成功運(yùn)行的案例。這種電纜的成功開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為鋁合金電纜增添了新用途。

DeveloPm ent of an Alum inum A lloy Cable w ith Anti-Electromagnetic Interference

WANG Guo-zhong
（Jiangsu Tongguang Qiangneng Transmission Line Techno1ogy Co.，Ltd.，Haimen 226100，China）

This PaPer describes deve1oPment of an a1uminum a11oy cab1ewith anti-e1ectromagnetic interference.

anti-e1ectromagnetic interference；a1uminum a11oy cab1e；deve1oPment；use

TM205

A

1672-6901（2016）03-0030-03

2015-06-15

王國(guó)忠（1962-），男，高級(jí)工程師，總工程師.

作者地址：江蘇海門(mén)市濱江街道廣州路1933號(hào)［226100］.