抗電磁干擾鋁合金電纜的研制

王國忠（江蘇通光強能輸電線科技有限公司，江蘇海門226100）

抗電磁干擾鋁合金電纜的研制

王國忠
（江蘇通光強能輸電線科技有限公司，江蘇海門226100）

介紹了抗電磁干擾鋁合金電纜的研制和應用。

抗電磁干擾；鋁合金電纜；研制；應用

0　引 言

我公司添置了一套35 kV電纜局部放電檢測設備，該設備安裝的車間有很多大功率的生產線，這些生產線在啟動、運行中，會對電源產生干擾信號，尤其許多生產設備上還帶有變頻器，變頻器作為諧波源，諧波電流經過電感和電容耦合作用，會引起電源系統交流電壓的波動，而局部放電測量系統為精密儀器，對供電有特別要求，不允許受到外界的干擾。檢測系統供電線路要求與工廠的其它設備、照明等電路嚴格分隔開。從工廠的10 kV變電所經安裝于變電所內的獨立降壓變壓器、電力電纜、低壓開關柜、380 V的隔離變壓器，單獨向局部放電檢測系統供電。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關柜的線路。要求電纜采用銅芯3×35 mm2、屏蔽型低壓電纜。局放檢測設備廠家要求電纜長度在150～200 m左右，認為長度越長越好，越有利于衰減來自電網的傳導干擾。電纜要在單獨的電纜溝內敷設。

針對局放檢測系統對電纜的特殊要求，結合我公司的鋁合金電纜產品優勢，決定設計一種抗電磁干擾的鋁合金電纜。因為重新開挖一條電纜溝十分困難，計劃這條鋁合金電纜與原有的電纜線路在同一電纜溝道內敷設。

1　電纜設計

針對系統的要求，我們設計的抗電磁干擾鋁合金電纜的結構如圖1所示。

圖1　電纜結構示意圖1—鋁合金導體 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—內襯層 8—鋼帶鎧裝 9—PVC護套

1.1 導體設計

采用AA8030鋁合金導體。按照GB/T 30552—2014標準，采用軟態的鋁合金導體，20℃時直流電阻率不大于0.028 264Ω·mm2/m，即61% IACS。當載流量與銅導體相同時，鋁合金導體截面積約為銅的1.5倍。按此規律，要求銅導體的截面積為35 mm2，我們設計選用了50 mm2的鋁合金導體來替代。導體結構采用2+7的輥壓成型的型線絞合導體（如圖2所示）。由于這種型線絞合導體，表面光滑，不會存在緊壓導體普遍有的毛刺現象，在傳導電能時，對干擾信號不會有放大作用。

1.2 絕緣和護套設計

局放設備廠家提出的電纜長度應不少于150 m，有利于衰減電網的傳導干擾，但實際只需要電纜的長度130 m，我們認為型線絞合的鋁合金導體更有利于衰減來自電網的傳導干擾。因為干擾信號的頻率較高，在電纜中傳導時，存在集膚效應，而鋁合金導體的電阻率比銅導體高，在傳導過程中，干擾信號衰減得比銅芯電纜更大。綜合考慮，電纜的計劃長度還是按實際需求安排。這樣的長度，加上成纜時的絞入率及生產時的消耗，三根絕緣線芯的總長度不到400 m，于是我們設計采用單一絕緣顏色生產，絕緣可以連續擠包，不用停車換色，并且，編織屏蔽也可以整根生產。絕緣材料采用硅烷交聯聚乙烯（XLPE），它的電性能和機械性能均優于聚氯乙烯（PVC）。為了便于施工時的線芯識別，我們在分相屏蔽外擠包的護套上加以顏色區分。為提高分相屏蔽的電氣絕緣性能，擠包的分相護套材料也采用了硅烷XLPE絕緣料，與絕緣生產不同的是，沒有進行蒸汽交聯，實際相當于擠包了聚乙烯（PE）絕緣。導體外的絕緣、分相屏蔽外的絕緣和護套結構尺寸設計均按相關國家標準設計。

圖2　50mm2輥壓成型鋁合金導體結構

1.3 屏蔽設計

屏蔽設計是抗電磁干擾的關鍵。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）構成；靜磁屏蔽的作用是使磁場限制于屏蔽體內，它是由強磁材料（通常是鋼）制成。靜電屏蔽和靜磁屏蔽僅在低頻時有效，在頻率增高后，屏蔽體內渦流作用增大，靜磁屏蔽就會轉入電磁屏蔽的工作狀態。本實例中，要求設計的電纜與其它電纜線路同溝敷設，為防止高頻電磁場的干擾，我們采用了電磁屏蔽的結構。

電磁波在屏蔽層表面的反射現象及屏蔽金屬層內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，我們設計了鋼帶鎧裝加銅絲或銅帶分相屏蔽的結構，因為鋼帶是較好的磁屏蔽材料，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構，搭蓋不小于15%，則屏蔽表面積覆蓋率達100%，電屏蔽的性能良好，但銅帶繞包在50 mm2小規格的絕緣線芯上，可能會起皺，并且彎曲性能不如編織屏蔽好；如果采用編織屏蔽，編織密度設計成90%以上，雖然屏蔽效果不如銅帶重疊繞包的效果好，但工藝上易實現。我們最終設計采用鍍錫軟銅絲編織屏蔽的結構。為彌補屏蔽覆蓋率達不到100%的不足，在編織層外設置了一層PE絕緣，其作用是使一相上的電磁干擾信號不會直接串入到另一相上，而通過該相的屏蔽層直接流入大地，可防止相間的相互干擾。

1.4 電纜的其它設計

為防止銅絲編織屏蔽時編織絲可能會刺傷絕緣，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械性能，且厚度小，為0.04 mm。

2　關鍵工序生產控制

本實例中，關鍵工序是編織屏蔽。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綻編織機上生產，采用線徑為0.16mm的鍍錫軟銅絲，每錠5根。生產時要求單線根數不得隨意增減，更換錠子時，露出編織層的接頭應剪齊。任何1 m的絕緣線芯長度內，更換錠子不應超過1次。

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

3　電纜試驗和應用

抗電磁干擾的鋁合金電纜生產完成后，進行了常規的性能檢驗，合格后交付工程使用。電纜安裝后，局部放電檢測系統的背景噪音還是很大，經分析和推斷，認為由敷設的鋁合金電纜造成。檢查發現，電纜的鋼帶和編織屏蔽均未接地。在簡單進行了電氣接地后，再做試驗，效果較好，但過了兩天，系統的背景噪音又上去了，經判斷，還是由該鋁合金電纜帶來的，可能是由于某種生產設備使用時引起的電磁干擾信號串入造成。這時，局部放電檢測設備廠家認為這種抗電磁干擾的鋁合金電纜不會達到理想效果，建議單獨電纜溝敷設。我們又檢查了電纜的路由，找到了電纜在變電所的一側未能有效接地的缺陷。經整改后，再進行局放檢測，效果良好。現在，抗電磁干擾的鋁合金電纜與其它電纜同溝敷設后已運行半年多時間，各種生產設備均在正常運行，局部放電檢測系統的背景噪音幾乎沒有，系統工作正常，這種鋁合金電纜一直可靠地屏蔽了電磁波的干擾。

4　結束語

抗電磁干擾鋁合金電纜的成功研制和應用，局部放電檢測設備廠也感到驚呀。據說，他們已安裝了多臺的局部放電檢測設備，幾乎都是單獨的電纜溝敷設，從未有過局放系統用電源電纜與其它設備用電纜同溝敷設而能成功運行的案例。這種電纜的成功開發和應用，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.

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TM205

A

1672-6901（2016）03-0030-03

2015-06-15

王國忠（1962-），男，高級工程師，總工程師.

作者地址：江蘇海門市濱江街道廣州路1933號［226100］.