抗电磁干扰铝合金电缆的研制

王国忠（江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏海门226100）

抗电磁干扰铝合金电缆的研制

王国忠
（江苏通光强能输电线科技有限公司，江苏海门226100）

介绍了抗电磁干扰铝合金电缆的研制和应用。

抗电磁干扰；铝合金电缆；研制；应用

0　引 言

我公司添置了一套35 kV电缆局部放电检测设备，该设备安装的车间有很多大功率的生产线，这些生产线在启动、运行中，会对电源产生干扰信号，尤其许多生产设备上还带有变频器，变频器作为谐波源，谐波电流经过电感和电容耦合作用，会引起电源系统交流电压的波动，而局部放电测量系统为精密仪器，对供电有特别要求，不允许受到外界的干扰。检测系统供电线路要求与工厂的其它设备、照明等电路严格分隔开。从工厂的10 kV变电所经安装于变电所内的独立降压变压器、电力电缆、低压开关柜、380 V的隔离变压器，单独向局部放电检测系统供电。其中的电力电缆是连接三相10 kV/400 V容量为50 kVA油浸电力变压器和低压开关柜的线路。要求电缆采用铜芯3×35 mm2、屏蔽型低压电缆。局放检测设备厂家要求电缆长度在150～200 m左右，认为长度越长越好，越有利于衰减来自电网的传导干扰。电缆要在单独的电缆沟内敷设。

针对局放检测系统对电缆的特殊要求，结合我公司的铝合金电缆产品优势，决定设计一种抗电磁干扰的铝合金电缆。因为重新开挖一条电缆沟十分困难，计划这条铝合金电缆与原有的电缆线路在同一电缆沟道内敷设。

1　电缆设计

针对系统的要求，我们设计的抗电磁干扰铝合金电缆的结构如图1所示。

图1　电缆结构示意图1—铝合金导体 2—XLPE绝缘 3—聚酯薄膜带4—铜丝编织屏蔽 5—PE绝缘 6—填充7—内衬层 8—钢带铠装 9—PVC护套

1.1 导体设计

采用AA8030铝合金导体。按照GB/T 30552—2014标准，采用软态的铝合金导体，20℃时直流电阻率不大于0.028 264Ω·mm2/m，即61% IACS。当载流量与铜导体相同时，铝合金导体截面积约为铜的1.5倍。按此规律，要求铜导体的截面积为35 mm2，我们设计选用了50 mm2的铝合金导体来替代。导体结构采用2+7的辊压成型的型线绞合导体（如图2所示）。由于这种型线绞合导体，表面光滑，不会存在紧压导体普遍有的毛刺现象，在传导电能时，对干扰信号不会有放大作用。

1.2 绝缘和护套设计

局放设备厂家提出的电缆长度应不少于150 m，有利于衰减电网的传导干扰，但实际只需要电缆的长度130 m，我们认为型线绞合的铝合金导体更有利于衰减来自电网的传导干扰。因为干扰信号的频率较高，在电缆中传导时，存在集肤效应，而铝合金导体的电阻率比铜导体高，在传导过程中，干扰信号衰减得比铜芯电缆更大。综合考虑，电缆的计划长度还是按实际需求安排。这样的长度，加上成缆时的绞入率及生产时的消耗，三根绝缘线芯的总长度不到400 m，于是我们设计采用单一绝缘颜色生产，绝缘可以连续挤包，不用停车换色，并且，编织屏蔽也可以整根生产。绝缘材料采用硅烷交联聚乙烯（XLPE），它的电性能和机械性能均优于聚氯乙烯（PVC）。为了便于施工时的线芯识别，我们在分相屏蔽外挤包的护套上加以颜色区分。为提高分相屏蔽的电气绝缘性能，挤包的分相护套材料也采用了硅烷XLPE绝缘料，与绝缘生产不同的是，没有进行蒸汽交联，实际相当于挤包了聚乙烯（PE）绝缘。导体外的绝缘、分相屏蔽外的绝缘和护套结构尺寸设计均按相关国家标准设计。

图2　50mm2辊压成型铝合金导体结构

1.3 屏蔽设计

屏蔽设计是抗电磁干扰的关键。按屏蔽作用的原理，电缆的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种形式。通常静电屏蔽由非磁性材料（铜、铝、铅等）构成；静磁屏蔽的作用是使磁场限制于屏蔽体内，它是由强磁材料（通常是钢）制成。静电屏蔽和静磁屏蔽仅在低频时有效，在频率增高后，屏蔽体内涡流作用增大，静磁屏蔽就会转入电磁屏蔽的工作状态。本实例中，要求设计的电缆与其它电缆线路同沟敷设，为防止高频电磁场的干扰，我们采用了电磁屏蔽的结构。

电磁波在屏蔽层表面的反射现象及屏蔽金属层内高频能量的衰减是电磁屏蔽的作用原理。弄清电磁屏蔽的原理及所需材料后，我们设计了钢带铠装加铜丝或铜带分相屏蔽的结构，因为钢带是较好的磁屏蔽材料，而铜是良好的电屏蔽材料，两种材料的组合，可较好地防止电磁干扰。至于分相屏蔽的材料，究竟是采用铜丝编织，还是铜带重叠绕包，我们作了比较。如采用铜带重叠绕包结构，搭盖不小于15%，则屏蔽表面积覆盖率达100%，电屏蔽的性能良好，但铜带绕包在50 mm2小规格的绝缘线芯上，可能会起皱，并且弯曲性能不如编织屏蔽好；如果采用编织屏蔽，编织密度设计成90%以上，虽然屏蔽效果不如铜带重叠绕包的效果好，但工艺上易实现。我们最终设计采用镀锡软铜丝编织屏蔽的结构。为弥补屏蔽覆盖率达不到100%的不足，在编织层外设置了一层PE绝缘，其作用是使一相上的电磁干扰信号不会直接串入到另一相上，而通过该相的屏蔽层直接流入大地，可防止相间的相互干扰。

1.4 电缆的其它设计

为防止铜丝编织屏蔽时编织丝可能会刺伤绝缘，在绝缘与屏蔽间纵包了一层聚酯薄膜，聚酯薄膜具有良好的电性能和机械性能，且厚度小，为0.04 mm。

2　关键工序生产控制

本实例中，关键工序是编织屏蔽。我们控制的编织密度不小于90%，单向覆盖率不小于0.684，在24绽编织机上生产，采用线径为0.16mm的镀锡软铜丝，每锭5根。生产时要求单线根数不得随意增减，更换锭子时，露出编织层的接头应剪齐。任何1 m的绝缘线芯长度内，更换锭子不应超过1次。

抗电磁干扰的铝合金电缆的其它工序生产控制与普通电缆的要求一样，这里不再赘述。

3　电缆试验和应用

抗电磁干扰的铝合金电缆生产完成后，进行了常规的性能检验，合格后交付工程使用。电缆安装后，局部放电检测系统的背景噪音还是很大，经分析和推断，认为由敷设的铝合金电缆造成。检查发现，电缆的钢带和编织屏蔽均未接地。在简单进行了电气接地后，再做试验，效果较好，但过了两天，系统的背景噪音又上去了，经判断，还是由该铝合金电缆带来的，可能是由于某种生产设备使用时引起的电磁干扰信号串入造成。这时，局部放电检测设备厂家认为这种抗电磁干扰的铝合金电缆不会达到理想效果，建议单独电缆沟敷设。我们又检查了电缆的路由，找到了电缆在变电所的一侧未能有效接地的缺陷。经整改后，再进行局放检测，效果良好。现在，抗电磁干扰的铝合金电缆与其它电缆同沟敷设后已运行半年多时间，各种生产设备均在正常运行，局部放电检测系统的背景噪音几乎没有，系统工作正常，这种铝合金电缆一直可靠地屏蔽了电磁波的干扰。

4　结束语

抗电磁干扰铝合金电缆的成功研制和应用，局部放电检测设备厂也感到惊呀。据说，他们已安装了多台的局部放电检测设备，几乎都是单独的电缆沟敷设，从未有过局放系统用电源电缆与其它设备用电缆同沟敷设而能成功运行的案例。这种电缆的成功开发和应用，为铝合金电缆增添了新用途。

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

王国忠（1962-），男，高级工程师，总工程师.

作者地址：江苏海门市滨江街道广州路1933号［226100］.