摘要：本文主要阐述了中频和变频电缆PVC混合物护套的出油原因分析，考虑到了材料、设备、线路、电缆本体等因素，以及针对该情况的预防对策。
关键词：PVC电缆料；设备；线路；电缆；对策
Abstract：this paper mainly describes the oil production reason analysis of PVC compound jacket of medium voltage and frequency conversion cable，taking into account the factors such as material，equipment，line and cable itself，as well as the preventive countermeasures against this situation.
Keywords：PVC cable material；Equipment；The line；Cable；countermeasures
引言
近前，某单位提出技术服务需求：反馈其所使用近10km中压电缆的护套大面积出现了析油情况，并咨询：一、产生该现象的原因是什么？二、线路是否可以继续使用？三、后续办法和预防措施。
应该单位邀请赴现场后发现：现场隧道内桥架和室内垂直敷设的线路，使用了型号规格为ZC-YJV-6/10-1*300的单芯电缆，密闭环境中多根电缆捆绑为一个线束、多个线束同时运行工作；正如图1和图2所示电缆的PVC混合物护套出油较为严重，地面存有析出油剂滴落物。一般情况下，电缆护套油剂析出有两个方面：一是PVC混合物护套材料中增塑剂或软化剂（高温条件下）析出，二是来自于外部油剂和化学品的外部污染。该单位现场符合第一个方面即护套本体油剂渗析。
图1 图2
PVC电缆料是成熟产品，使用在交联聚乙烯绝缘中压电缆上允许最高工作温度为90℃，一般应保证不会发生油剂迁移、析出等质量现象，但目前电缆料供应商素质参差不齐，不排除个别厂家为追求利润最大化，在配方中减少树脂粉含量、增加填充剂配比，或使用劣质增塑剂（相容性不佳）等行为，而导致材料的稳定性差，电缆或护层耐受高温时容易出油。
经调查：现场有数十个回路（每回路3相）、每个回路长度都是近百米；为6kV变频器和中压电机的连接和控制，均负载较大为多拼组合；经测量电缆表面运行最高温度75℃以上；但从该单位设备负载和电缆理论传输能力来看，是基本匹配的，不应该出现如此高的运行温度，一般应在50℃以内。除电缆导体传输电流产生的电缆温升，应该还存在其他原因或升温源。
同时，我们注意到两个重要情况：1.该厂家同批次用于其他场合或负载的线路未出现出油情况；2.该现场还有其他厂家同型号规格同用途电缆未出油或轻微出油；
根据现场勘查、线路分析、运行设备、负载情况等条件，判断和分析如下：
一、设备和负载控制特性
工业领域中6/6或6/10kV及以下电机，采用变频调速的控制方式较多，中压电机实现变频调速的原理和方式通常为：高-低-高方案；其频率范围可达100~400Hz、甚至更高；而其中一个主频率的波形轮廓、则包含了许多高次谐波，何谓谐波，它是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍。该种行波经多次反射，可使幅值叠加，抬升实际工作电压（可呈倍数）。此时，电缆越长幅值则越高，电场冲击越强烈；不但产生畸变电场、还存在很强的感应电势；见图3；故普通电力电缆无法长期满足，势必要求电机和专用的电缆具有优异的材料性能和电场优化结构，来有效减少和抑制此类情况对线路及设备的伤害；
图3 某国家实验室对低压变频电机线路长度的冲击电压仿真模型
1.众所周知：系统的逆变频率高，发电机和变压器的设备耗材就少，对于电气工业领域具有重要意义。变频器调速范围远远大于交流电工频50Hz的范围，电缆传输频率中，高次谐波由于其特性，高频电流流经导体时，会趋向集中在导体表面，且频率越高，该现象愈加明显，从而使导体实际截面积减小，电阻增加，产生更多的热量，致使带电设备和运行线路产生电流的趋肤效应和领近效应；固定负载条件下阻抗增加20%~400%，压降进一步加大，见图4；
图4
2.较大截面的电缆运行时的交流阻抗的增加越严重，促使电机、电缆的导体和相应金属层形成很大温升（一般都在10~30℃之间）；换言之，变频控制系统本质意义是降低终端和控制系统材耗、增加了传输线路要求的一种思路。否则，很容易形成绝缘局部放电量较大甚至热击穿，结构金属过热，加速了护层的老化和油剂析出、甚至开裂；
二、变频电缆运行特性
1.变频器用电缆在电能传输过程中产生变化的磁场，所形成的高频电磁波会对其他设备或本体结构（护层）造成不同程度的影响，因此要求电缆具有良好的电磁屏蔽性能；
2.变频线路出现奇次谐波，电流分量在中性线内不存在相位差，所以直接叠加成分量的三倍；如若电缆三相不平衡、单芯电缆品字形敷设不对称、或三个单相变频电机同时运行，则存在较大中性线电流等情况；故电缆应从结构设计角度为三相对称，当三相电流平衡时，其中性线的电流为零，
3.当三相电流无法保持平衡时，电缆的中性线将承受非常大的电流，此时中性线截面不得小于相线截面；图示5为变频电缆接线简易图，它将A、B、C三根相线分别连接到电机的A、B、C三个接线柱上，另外电缆的中线、金属屏蔽等通过连接铜板和电机的外壳一并良好接地。
图5
4.GB/T 21209-2007《变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则》中9.1.4节“电动机电力电缆”9.1.4.1款“推荐配置”中的规定“大于30kW电动机接线宜采用单芯动力电线或多根接地线对称配置的电缆，就是出于这样的考虑。
三、变频器应使用专用的变频器电缆
变频电机产生的谐波频率较高，其中偶频波可相互抵消，奇频波可依靠电缆的对称结构来抵除，而对于杂波的影响，建议电缆采用全封闭金属层屏蔽、屏蔽接地、电缆加装铠装层等方式，使之达到可靠的屏蔽性能。经现场查看，其使用的中压电缆为普通结构，且为单芯非品字形对称敷设，在本次护套出油原因中的决定因素占到50%左右；而从另一个厂家同样运行情况但出油较少或不出油来看（见图6~7），则说明护套PVC本身材质的优劣因素也占到50%。
图6 图7
四、线路影响分析
对于该类油剂析出特征，如果是护套增塑剂或软化剂析出造成的表面渗油，一般情况下是向表面析出，如果渗油严重也有可能向电缆内部析出甚至污染绝缘层、但概率较小；电缆护套混合物中的增塑剂本身也是一种绝缘材料、附着在电缆表面目前不能被证明有害，即短时间内不会影响到线路运行。
轻微的油剂析出，是电缆护套随着使用年限的增加，在运行高温下逐步老化的过程体现、很难避免。但是，如果析出严重使护套本体塑性下降、则会发生护套发脆或龟裂情况；同时，如果严重到向内部渗油污染到绝缘层，则可能会形成绝缘击穿。
关于电缆在谐波危害和护层油剂析出双重问题下，持续使用寿命的理论计算，在化学反应动力学中，由反应速率方程及Amhenius方程，可知高分子材料的热老化方程，当假设温度为40℃时三种材料的老化寿命都为30年，那么每升高5℃，电缆的寿命如下表，下表中保守的数据表示老化寿命（单位为年）；现场长期温度可达75℃，一般考虑3年内为宜；
五、现针对该现象，提出如下建议
1.为了保证线路和设备长期安全运行，在线路有条件时采用3芯电缆或各个回路3相对称呈品字型敷设；同时改善集肤效应或增加传输截面；
2.应结合变频器设备特征和专用电缆的运行需求，将电缆的中性线总截面选取较大值、一般不低于相线，设备末端有效接地；
3.考虑到线路长度叠加的冲击电压，对绝缘厚度的设计值，一般参照欧美发达国家经验，变频器专用电缆采取133%绝缘水平；
4.中压变频控制器技术要求高，建议电缆材料高于标准要求，尤其确保护套PVC混合物材料，符合特殊条件下90℃长期稳定需求；
5.当线路频繁使用，通过改善隧道和室内通风、或强制性降温等手段，来维护和延长相关设备的使用寿命。
六、结束语
总体而言，电缆护套析油现象不能一概而论，其涉及材料、结构、线路、设备、使用环境等诸多方面。截止目前，也尚不明确其直接危害。因此，客户在选用不同用途的电缆时，需充分考虑其特异性。另外，电缆生产厂家也应对电缆料设定相应的把控措施，提高自身与电缆料厂家的质量水平。本文仅做尝试性探讨，抛砖引玉，请行业内人士给予至正。
参考文献：
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论文作者:章迁平1,吴俊2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：电缆论文; 护套论文; 线路论文; 变频器论文; 设备论文; 电机论文; 谐波论文; 《电力设备》2019年第2期论文;