關(guān)于船用變頻電纜的探討

乜福君

池州起帆電纜有限公司 安徽池州 247100

船舶工程裝備不斷改進和優(yōu)化，變頻裝置應(yīng)用較為廣泛，變頻裝置是否可以正常運行，則需要相配套的變頻電纜支持。為了保證船用變頻裝置正常使用，需要加強船用變頻電纜的研究和分析，優(yōu)化船用變頻電纜設(shè)計，力求提升船用變頻電纜關(guān)鍵性能，選擇性價比最高的電纜結(jié)構(gòu)，以此來保證變頻電纜的絕緣性能和接地性能符合要求。綜合研究分析船用變頻電纜相關(guān)內(nèi)容，積極推動相關(guān)技術(shù)和工藝改進創(chuàng)新，可以起到指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)研究和實踐工作展開。

1 船用變頻電纜的電纜結(jié)構(gòu)

關(guān)于變頻電纜的相關(guān)研究不斷深化，其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計和開發(fā)方面取得了可觀的研究成果，研究重點在于變頻電纜運行時和周圍環(huán)境相互干擾的影響，通過優(yōu)化改進來提升變頻電纜的抗高次諧波能力，符合電磁兼容的需要，切實保障船舶變頻裝置的安全穩(wěn)定運行。根據(jù)研究需要，變頻電纜多選擇對稱結(jié)構(gòu)，常見的對稱結(jié)構(gòu)有3+3E和3芯，很少會出現(xiàn)3+E結(jié)構(gòu)。但是，如果變頻系統(tǒng)為690V，所選擇的配套電纜選型有1.8/3kV或是0.6/1kV，屬于低壓電纜范疇[1]。對于此類電壓的變頻電纜，由于不同廠家的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝有所不同，所以變頻電纜的結(jié)構(gòu)也有相應(yīng)差異，而差異主要是以屏蔽結(jié)構(gòu)為主，部分廠家提供的是絕緣線芯+銅絲編織單獨屏蔽形式，部分廠家則選擇的是成纜纜芯整體屏蔽。如果是船用中高壓電纜，通常情況下是選擇絕緣線芯單獨屏蔽方式，此種結(jié)構(gòu)選型的目的是用于均化電場和改善電場分布，規(guī)避軸向放電，絕緣線芯中的單獨屏蔽存在可以最大程度上降低外界電磁干擾，減少外界電磁場對電纜內(nèi)部造成的不良影響。但是對于低壓電力電纜而言，由于結(jié)構(gòu)特性不需要均化電場，并且如果是選擇單獨屏蔽形式一定程度上會增加電纜的外徑和重量。

通常情況下，船用變頻電纜在長期運行中可能會與其他設(shè)備相互干擾，所以實施整體屏蔽方式是必然選擇，如果使用單獨屏蔽則不具備實際意義。市場上多數(shù)的變頻器設(shè)備廠家?guī)缀醵疾粫x擇單獨屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜。

2 船用變頻電纜的關(guān)鍵性能

船用變頻電纜的性能會受到多種因素影響，如反射波電壓、電磁干擾和高次諧波等，這就需要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)做好變頻電纜的絕緣耐壓性能、屏蔽性能和接地導(dǎo)體的全方位考量，用以保證變頻電纜的性能可靠，能夠滿足船用機電設(shè)備運行需要。

2.1 絕緣耐壓性能

船用變頻電纜的絕緣耐壓性能是選型主要考慮的內(nèi)容，額定電壓應(yīng)綜合考量反射電壓和標(biāo)稱電壓，為了最大程度上降低變頻器峰值電壓反復(fù)沖擊所造成的擊穿可能性，規(guī)避電纜充電電流誘發(fā)的傳動系統(tǒng)過電流跳閘問題，設(shè)定電纜的額定電壓為1.8kV/3kV[2]。對于電纜絕緣線芯的絕緣厚度需要多重考慮，包括敷設(shè)長度、系統(tǒng)切換頻率、材料介電常數(shù)和擊穿場強等。通過市場調(diào)查，選擇的絕緣材料應(yīng)盡可能的降低介電常數(shù)，相應(yīng)的可以降低反射波峰值電壓幅度，這樣不僅可以滿足大范圍敷設(shè)變頻電纜的需求，也可以最大程度上減少接地系統(tǒng)運行中的噪音污染。根據(jù)實際情況，以介電常數(shù)3.0以下的絕緣材料用于變頻電纜的效果為最佳，電纜電容降低的同時，電容電流也將隨之減少[3]。

2.2 接地導(dǎo)體

為了保證船用變頻裝置的正常使用，維護變頻電纜的安全，需要明確電纜接地標(biāo)準(zhǔn)要求，接地導(dǎo)體規(guī)格應(yīng)不小于主線芯導(dǎo)體標(biāo)稱截面積的1/2。如果電纜敷設(shè)的形式為平行，應(yīng)適當(dāng)增大接地導(dǎo)體規(guī)格，保護變頻裝置安全穩(wěn)定運行。

2.3 屏蔽性能

通常情況下，變頻電纜的屏蔽方式以鋁塑復(fù)合帶+引流線、銅絲纏繞、銅絲編織、銅帶繞包等形式為主。其中銅絲纏繞和銅帶繞包的局限性較大，由于其彎曲缺陷難以滿足船用電纜的敷設(shè)需求[4]。從屏蔽效能角度分析，變頻電纜也不適合選用鋁塑復(fù)合帶+引流線，因此可以選擇銅絲編織和銅塑復(fù)合帶+引流線的形式，提升了變頻電纜的屏蔽性能，也最大程度上減少了變頻電纜所受到的電磁干擾。

船用變頻電纜的屏蔽性能高低，直接關(guān)乎其遏制外界電磁干擾的能力，對于保障船用機電設(shè)備安全穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的影響。結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，船用變頻電纜的表面?zhèn)鬏斪杩乖?0mΩ/以下。屏蔽抑制系數(shù)測試，可以選擇屏蔽型控制電纜來試驗，確保所選擇的變頻電纜屏蔽性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 變頻電纜敷設(shè)

變頻電纜的敷設(shè)是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，很大程度上決定了后期變頻電纜能否安全穩(wěn)定運行。變頻電纜接地連接問題難度較大，施工中需要綜合考量，結(jié)合廠家對變頻器接地要求和電纜制造廠家的接地建議，合理敷設(shè)變頻電纜[5]。一般情況下，變頻電纜接地是選擇全方位連接環(huán)實現(xiàn)整體屏蔽與接地導(dǎo)體連接接地，由于屏蔽方式選擇銅塑復(fù)合帶+引流線會縮減金屬層的厚度，即便具備較強的屏蔽性能，但也可能出現(xiàn)由于操作不當(dāng)導(dǎo)致金屬層斷裂從而誘發(fā)接地故障?；诖?，施工期間應(yīng)規(guī)避過于盲目的將引流線、復(fù)合帶和編織網(wǎng)扭絞成一團。所以應(yīng)規(guī)范施工要求，保證金屬層與引流線等裝置形成電氣接觸狀態(tài)，即牢固端與連接環(huán)連接在一起，從而保證變頻電纜的敷設(shè)質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，船用變頻電纜直接關(guān)乎到變頻裝置的穩(wěn)定、可靠運行，由于變頻電纜在船舶裝備上的廣泛應(yīng)用，實際工作中卻可能遭遇諸多環(huán)節(jié)問題。這就需要積極深化關(guān)于船用變頻電纜的研究和分析，多角度來剖析其設(shè)計和施工的問題，積極優(yōu)化改進，進而保證變頻電纜性能符合相關(guān)要求。