電器控制柜與綜合控制機(jī)柜之間信號(hào)電纜的設(shè)計(jì)

陳 江，張宗濤，馮虎宗，李 翔，楊國(guó)威，張寶華

（1.甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅 天水 741018；2.中節(jié)能啟源雷宇（江蘇）電氣科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225200）

在完整的電器控制系統(tǒng)中，電器設(shè)備之間需要傳輸模擬及數(shù)字等各種電信號(hào)及光信號(hào)。例如，在電線電纜交流電壓試驗(yàn)、沖擊電壓試驗(yàn)等各類電性能試驗(yàn)中所使用的電器設(shè)備以及電力系統(tǒng)信號(hào)裝置、控制裝置、保護(hù)裝置、監(jiān)測(cè)裝置、安全裝置、自動(dòng)化裝置，和通信裝置等[1]，均依賴電纜通過模擬電壓、電流信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸，完成這些裝置的連接與控制，這些信號(hào)在電器控制柜與綜合控制機(jī)柜之間的傳輸最為密集。

傳統(tǒng)方法通常選用塑料絕緣控制電纜[2]、計(jì)算機(jī)與儀表屏蔽電纜[3]，設(shè)備內(nèi)部連接用電纜等[4]，完成電器控制柜與控制機(jī)柜之間的信號(hào)傳輸，但是電纜型號(hào)規(guī)格多，設(shè)計(jì)復(fù)雜、布線困難，難于檢查維修。

1 電纜的技術(shù)性能及要求

根據(jù)電纜電性能試驗(yàn)中成套電器設(shè)備與控制機(jī)柜傳輸信號(hào)的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)電纜的技術(shù)性能及要求如下：

（1）電纜既能傳輸模擬電壓、電流信號(hào)，同時(shí)又能傳輸數(shù)字信號(hào)，需要時(shí)還可以傳輸射頻電視信號(hào)、光信號(hào)等（本次設(shè)計(jì)的電纜未涉及），電纜應(yīng)同時(shí)具備塑料絕緣控制電纜、計(jì)算機(jī)儀表屏蔽電纜、設(shè)備內(nèi)部連接用電纜的全部或部分功能。

（2）電纜絕緣線芯含控制線芯單元、數(shù)據(jù)線芯單元兩個(gè)部分。

控制線芯單元主線芯含1.5 mm2、2.5 mm2兩種標(biāo)稱截面；數(shù)據(jù)線芯單元含0.3 mm2、0.5 mm2兩種標(biāo)稱截面，其中0.3 mm2的數(shù)據(jù)線芯分為屏蔽和非屏蔽兩種結(jié)構(gòu)，0.5 mm2的數(shù)據(jù)線芯為對(duì)絞屏蔽結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)線芯單元的工作電容符合《通信電纜試驗(yàn)方法》（GB/T 5441—2016）[5]中的規(guī)定。

（3）電纜的絕緣線芯含額定電壓（U0/U）為300/500 V、450/750 V兩種電壓等級(jí)。其中：控制線單元應(yīng)符合300/500 V的運(yùn)行要求，數(shù)據(jù)單元線芯應(yīng)符合300/500 V的運(yùn)行要求，電纜防護(hù)層應(yīng)滿足額定電壓450/750 V的運(yùn)行要求。電纜的絕緣護(hù)套采用軟聚氯乙烯絕緣護(hù)套料，最高耐受溫度為70 ℃。

（4）為了敷設(shè)和接線方便，電纜應(yīng)具有良好的彎曲性能，允許的彎曲半徑不小于電纜外徑的16倍。

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（5）電纜應(yīng)具有一定的阻燃性能。

2 電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的電纜名稱為銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套編織屏蔽加數(shù)據(jù)連接用控制和信號(hào)電纜，型號(hào)規(guī)格為CTVVP 16×0.3+3×1.5+3×2.5+1×2×0.3 P+2×1×0.5 P。其中CT為成套電器設(shè)備和系列代號(hào)。

電纜由控制電纜線芯單元、數(shù)據(jù)單元線芯單元兩部分組成，導(dǎo)體總芯數(shù)為26芯。

2.1 導(dǎo)體

控制線芯單元導(dǎo)體包括1.5 mm2，2.5 mm2，按GB/T 3956—2008中第5種導(dǎo)體規(guī)定設(shè)計(jì)，導(dǎo)體由退火不鍍錫圓銅線束絞而成，外觀圓整，不允許整股扭接或焊接[6]。

數(shù)據(jù)單元線芯導(dǎo)體，0.5 mm2按照GB/T 5023.5—2008中第6種導(dǎo)體規(guī)定設(shè)計(jì)[7]，0.3 mm2參照《電器設(shè)備內(nèi)部連接電纜》（GB/T 38296—2019）的規(guī)定設(shè)計(jì)，導(dǎo)體要求與電纜線芯導(dǎo)體相同。

導(dǎo)體的種類、結(jié)構(gòu)及20 ℃時(shí)導(dǎo)體最大電阻要求見表1。

表1 電纜的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

2.2 絕緣線芯

控制線芯單元1.5 mm2、2.5 mm2芯數(shù)各為3芯；數(shù)據(jù)線芯單元，非屏蔽0.3 mm2線芯芯數(shù)為16芯；屏蔽0.3 mm2線芯芯數(shù)為2芯；單芯屏蔽0.5 mm2線芯芯數(shù)為2芯。

2.3 絕緣

2.3.1 絕緣分色

1.5 mm2的控制線芯絕緣為紅色；2.5 mm2的控制線芯絕緣為黃色。

0.3 mm2的對(duì)絞屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣為白色和紅色[8]；非屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣為藍(lán)色。

0.5 mm2屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣為綠色。

2.3.2 絕緣厚度及最小絕緣電阻

控制線芯的絕緣厚度及70 ℃時(shí)最小絕緣電阻按GB/T 9330—2020設(shè)計(jì)；0.5 mm2數(shù)據(jù)線芯的絕緣厚度及70 ℃時(shí)最小絕緣電阻按GB/T 5023.5—2008設(shè)計(jì)；0.3 mm2數(shù)據(jù)線芯70 ℃時(shí)最小絕緣電阻參照GB/T 38296—2019設(shè)計(jì)；絕緣厚度及70 ℃時(shí)最小絕緣電阻見表2。

表2 控制線芯和數(shù)據(jù)線芯的絕緣厚度及70 ℃時(shí)最小絕緣電阻

2.4 數(shù)據(jù)線芯屏蔽方式及護(hù)套

1×2×0.3 P的屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣對(duì)絞后繞包一層聚酯薄膜帶，并采用銅絲編織屏蔽，編織銅絲外徑為0.15 mm，編織密度不小于80%。

2×1×0.5 P的屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣后采用銅絲編織屏蔽，編織銅絲外徑為0.12 mm，編織密度不小于80%。

數(shù)據(jù)線單元屏蔽后擠包一層標(biāo)稱厚度為0.6 mm，符合GB/T 8815—2008的70 ℃軟聚氯乙烯塑料[9]，塑料的氧指數(shù)不小于30。

2.5 線芯排列及成纜

電纜的控制線芯和數(shù)據(jù)線芯的排列，如圖1所示，1、3、5為數(shù)據(jù)線芯，2、4為控制線芯。其中：2×1×0.5 P的屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣線芯為23#、24#，對(duì)絞繞包屏蔽后，再擠包一層標(biāo)稱厚度為0.4 mm的軟聚氯乙烯塑料護(hù)套，排列在電纜線芯內(nèi)層；16×0.3中的1～10#數(shù)據(jù)線芯，排列在電纜的第二層；16×0.3中的11～16#數(shù)據(jù)線芯，排列在電纜的第三層；第三層的其他線芯依次排列為：3×2.5中的21～22#控制線芯，2×1×0.5 P中的25～26#數(shù)據(jù)線芯，3×2.5中的20#控制線芯，3×1.5中的17～19#數(shù)據(jù)線芯。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)圖

線芯成纜后重疊繞包一層厚度為0.23 mm的低煙無鹵阻燃包帶，最小繞包重疊率不小于5%。

2.6 護(hù)套

線芯成纜后擠包一層標(biāo)稱厚度為0.8 mm阻燃軟聚氯乙烯護(hù)套，護(hù)套最薄點(diǎn)不小于0.58 mm。

3 試驗(yàn)

本次設(shè)計(jì)的電器控制柜與控制機(jī)柜之間連接用控制和信號(hào)電纜，因選用了常用的阻燃聚氯乙烯絕緣護(hù)套，電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣護(hù)套的機(jī)械性能等多為常規(guī)性試驗(yàn)項(xiàng)目，電纜能夠通過GB/T 19666—2019規(guī)定的C類成束燃燒試驗(yàn)。

按照《通信電纜試驗(yàn)方法》（GB/T 5441—2016），電纜的工作電容（1 kHz）不大于120 nF/km。

此外，因?yàn)楦鞣N不同規(guī)格的線芯絞合在一起，電纜的不圓度是一個(gè)控制難點(diǎn)，通過優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，電纜實(shí)際的不圓度可以控制在15%之內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

電器控制柜與控制機(jī)柜之間連接用控制和信號(hào)電纜集成了塑料絕緣控制電纜、計(jì)算機(jī)儀表屏蔽電纜，設(shè)備內(nèi)部連接用電纜的用途或部分用途于一體，結(jié)構(gòu)緊湊、敷設(shè)方便、檢查維修方便、美觀適用，有效解決了電壓試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)電纜型號(hào)規(guī)格多，布線困難，難于檢查維修的問題，使得電壓試驗(yàn)系統(tǒng)電器控制柜與控制機(jī)柜之間連接用的電纜結(jié)構(gòu)緊湊、檢查維修方便、美觀適用。

在此之前，類似結(jié)構(gòu)的電纜已被開發(fā)和使用。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，這類電纜傳輸信號(hào)將更加多樣化，結(jié)構(gòu)形式更為靈活，用途更為廣泛，發(fā)展前景更為廣闊。

由于電器控制柜與控制機(jī)柜之間連接用控制和信號(hào)電纜有結(jié)構(gòu)形式的多樣性、傳輸信號(hào)的復(fù)雜性，電線電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員與設(shè)備制造人員如何更好更密切地合作；電纜不同電壓等級(jí)、不同截面線芯、屏蔽和不屏蔽的線芯共存時(shí)，如何有效地控制電纜的不圓度；如何減小由于多種電纜形式的集成對(duì)于信號(hào)傳輸?shù)挠绊?；如何更大范圍地使各類電纜中電信號(hào)、甚至光信號(hào)更好、更為完美地融合在一起，都需要進(jìn)一步探索。