电器控制柜与综合控制机柜之间信号电缆的设计

陈 江，张宗涛，冯虎宗，李 翔，杨国威，张宝华

（1.甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741018；2.中节能启源雷宇（江苏）电气科技有限公司，江苏 扬州 225200）

在完整的电器控制系统中，电器设备之间需要传输模拟及数字等各种电信号及光信号。例如，在电线电缆交流电压试验、冲击电压试验等各类电性能试验中所使用的电器设备以及电力系统信号装置、控制装置、保护装置、监测装置、安全装置、自动化装置，和通信装置等[1]，均依赖电缆通过模拟电压、电流信号和数字信号的传输，完成这些装置的连接与控制，这些信号在电器控制柜与综合控制机柜之间的传输最为密集。

传统方法通常选用塑料绝缘控制电缆[2]、计算机与仪表屏蔽电缆[3]，设备内部连接用电缆等[4]，完成电器控制柜与控制机柜之间的信号传输，但是电缆型号规格多，设计复杂、布线困难，难于检查维修。

1 电缆的技术性能及要求

根据电缆电性能试验中成套电器设备与控制机柜传输信号的特点，所设计电缆的技术性能及要求如下：

（1）电缆既能传输模拟电压、电流信号，同时又能传输数字信号，需要时还可以传输射频电视信号、光信号等（本次设计的电缆未涉及），电缆应同时具备塑料绝缘控制电缆、计算机仪表屏蔽电缆、设备内部连接用电缆的全部或部分功能。

（2）电缆绝缘线芯含控制线芯单元、数据线芯单元两个部分。

控制线芯单元主线芯含1.5 mm2、2.5 mm2两种标称截面；数据线芯单元含0.3 mm2、0.5 mm2两种标称截面，其中0.3 mm2的数据线芯分为屏蔽和非屏蔽两种结构，0.5 mm2的数据线芯为对绞屏蔽结构，数据线芯单元的工作电容符合《通信电缆试验方法》（GB/T 5441—2016）[5]中的规定。

（3）电缆的绝缘线芯含额定电压（U0/U）为300/500 V、450/750 V两种电压等级。其中：控制线单元应符合300/500 V的运行要求，数据单元线芯应符合300/500 V的运行要求，电缆防护层应满足额定电压450/750 V的运行要求。电缆的绝缘护套采用软聚氯乙烯绝缘护套料，最高耐受温度为70 ℃。

（4）为了敷设和接线方便，电缆应具有良好的弯曲性能，允许的弯曲半径不小于电缆外径的16倍。

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（5）电缆应具有一定的阻燃性能。

2 电缆的结构设计

本次设计的电缆名称为铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套编织屏蔽加数据连接用控制和信号电缆，型号规格为CTVVP 16×0.3+3×1.5+3×2.5+1×2×0.3 P+2×1×0.5 P。其中CT为成套电器设备和系列代号。

电缆由控制电缆线芯单元、数据单元线芯单元两部分组成，导体总芯数为26芯。

2.1 导体

控制线芯单元导体包括1.5 mm2，2.5 mm2，按GB/T 3956—2008中第5种导体规定设计，导体由退火不镀锡圆铜线束绞而成，外观圆整，不允许整股扭接或焊接[6]。

数据单元线芯导体，0.5 mm2按照GB/T 5023.5—2008中第6种导体规定设计[7]，0.3 mm2参照《电器设备内部连接电缆》（GB/T 38296—2019）的规定设计，导体要求与电缆线芯导体相同。

导体的种类、结构及20 ℃时导体最大电阻要求见表1。

表1 电缆的导体结构

2.2 绝缘线芯

控制线芯单元1.5 mm2、2.5 mm2芯数各为3芯；数据线芯单元，非屏蔽0.3 mm2线芯芯数为16芯；屏蔽0.3 mm2线芯芯数为2芯；单芯屏蔽0.5 mm2线芯芯数为2芯。

2.3 绝缘

2.3.1 绝缘分色

1.5 mm2的控制线芯绝缘为红色；2.5 mm2的控制线芯绝缘为黄色。

0.3 mm2的对绞屏蔽数据线芯，绝缘为白色和红色[8]；非屏蔽数据线单元，绝缘为蓝色。

0.5 mm2屏蔽数据线单元，绝缘为绿色。

2.3.2 绝缘厚度及最小绝缘电阻

控制线芯的绝缘厚度及70 ℃时最小绝缘电阻按GB/T 9330—2020设计；0.5 mm2数据线芯的绝缘厚度及70 ℃时最小绝缘电阻按GB/T 5023.5—2008设计；0.3 mm2数据线芯70 ℃时最小绝缘电阻参照GB/T 38296—2019设计；绝缘厚度及70 ℃时最小绝缘电阻见表2。

表2 控制线芯和数据线芯的绝缘厚度及70 ℃时最小绝缘电阻

2.4 数据线芯屏蔽方式及护套

1×2×0.3 P的屏蔽数据线芯，绝缘对绞后绕包一层聚酯薄膜带，并采用铜丝编织屏蔽，编织铜丝外径为0.15 mm，编织密度不小于80%。

2×1×0.5 P的屏蔽数据线单元，绝缘后采用铜丝编织屏蔽，编织铜丝外径为0.12 mm，编织密度不小于80%。

数据线单元屏蔽后挤包一层标称厚度为0.6 mm，符合GB/T 8815—2008的70 ℃软聚氯乙烯塑料[9]，塑料的氧指数不小于30。

2.5 线芯排列及成缆

电缆的控制线芯和数据线芯的排列，如图1所示，1、3、5为数据线芯，2、4为控制线芯。其中：2×1×0.5 P的屏蔽数据线芯，绝缘线芯为23#、24#，对绞绕包屏蔽后，再挤包一层标称厚度为0.4 mm的软聚氯乙烯塑料护套，排列在电缆线芯内层；16×0.3中的1～10#数据线芯，排列在电缆的第二层；16×0.3中的11～16#数据线芯，排列在电缆的第三层；第三层的其他线芯依次排列为：3×2.5中的21～22#控制线芯，2×1×0.5 P中的25～26#数据线芯，3×2.5中的20#控制线芯，3×1.5中的17～19#数据线芯。

图1 电缆结构图

线芯成缆后重叠绕包一层厚度为0.23 mm的低烟无卤阻燃包带，最小绕包重叠率不小于5%。

2.6 护套

线芯成缆后挤包一层标称厚度为0.8 mm阻燃软聚氯乙烯护套，护套最薄点不小于0.58 mm。

3 试验

本次设计的电器控制柜与控制机柜之间连接用控制和信号电缆，因选用了常用的阻燃聚氯乙烯绝缘护套，电缆的结构尺寸、绝缘护套的机械性能等多为常规性试验项目，电缆能够通过GB/T 19666—2019规定的C类成束燃烧试验。

按照《通信电缆试验方法》（GB/T 5441—2016），电缆的工作电容（1 kHz）不大于120 nF/km。

此外，因为各种不同规格的线芯绞合在一起，电缆的不圆度是一个控制难点，通过优化工艺设计，电缆实际的不圆度可以控制在15%之内。

4 结束语

电器控制柜与控制机柜之间连接用控制和信号电缆集成了塑料绝缘控制电缆、计算机仪表屏蔽电缆，设备内部连接用电缆的用途或部分用途于一体，结构紧凑、敷设方便、检查维修方便、美观适用，有效解决了电压试验设备系统电缆型号规格多，布线困难，难于检查维修的问题，使得电压试验系统电器控制柜与控制机柜之间连接用的电缆结构紧凑、检查维修方便、美观适用。

在此之前，类似结构的电缆已被开发和使用。随着电气自动化技术的发展，这类电缆传输信号将更加多样化，结构形式更为灵活，用途更为广泛，发展前景更为广阔。

由于电器控制柜与控制机柜之间连接用控制和信号电缆有结构形式的多样性、传输信号的复杂性，电线电缆产品设计人员与设备制造人员如何更好更密切地合作；电缆不同电压等级、不同截面线芯、屏蔽和不屏蔽的线芯共存时，如何有效地控制电缆的不圆度；如何减小由于多种电缆形式的集成对于信号传输的影响；如何更大范围地使各类电缆中电信号、甚至光信号更好、更为完美地融合在一起，都需要进一步探索。