電器控制柜與綜合控制機柜之間信號電纜的設(shè)計

陳 江，張宗濤，馮虎宗，李 翔，楊國威，張寶華

（1.甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018；2.中節(jié)能啟源雷宇（江蘇）電氣科技有限公司，江蘇 揚州 225200）

在完整的電器控制系統(tǒng)中，電器設(shè)備之間需要傳輸模擬及數(shù)字等各種電信號及光信號。例如，在電線電纜交流電壓試驗、沖擊電壓試驗等各類電性能試驗中所使用的電器設(shè)備以及電力系統(tǒng)信號裝置、控制裝置、保護裝置、監(jiān)測裝置、安全裝置、自動化裝置，和通信裝置等[1]，均依賴電纜通過模擬電壓、電流信號和數(shù)字信號的傳輸，完成這些裝置的連接與控制，這些信號在電器控制柜與綜合控制機柜之間的傳輸最為密集。

傳統(tǒng)方法通常選用塑料絕緣控制電纜[2]、計算機與儀表屏蔽電纜[3]，設(shè)備內(nèi)部連接用電纜等[4]，完成電器控制柜與控制機柜之間的信號傳輸，但是電纜型號規(guī)格多，設(shè)計復(fù)雜、布線困難，難于檢查維修。

1 電纜的技術(shù)性能及要求

根據(jù)電纜電性能試驗中成套電器設(shè)備與控制機柜傳輸信號的特點，所設(shè)計電纜的技術(shù)性能及要求如下：

（1）電纜既能傳輸模擬電壓、電流信號，同時又能傳輸數(shù)字信號，需要時還可以傳輸射頻電視信號、光信號等（本次設(shè)計的電纜未涉及），電纜應(yīng)同時具備塑料絕緣控制電纜、計算機儀表屏蔽電纜、設(shè)備內(nèi)部連接用電纜的全部或部分功能。

（2）電纜絕緣線芯含控制線芯單元、數(shù)據(jù)線芯單元兩個部分。

控制線芯單元主線芯含1.5 mm2、2.5 mm2兩種標稱截面；數(shù)據(jù)線芯單元含0.3 mm2、0.5 mm2兩種標稱截面，其中0.3 mm2的數(shù)據(jù)線芯分為屏蔽和非屏蔽兩種結(jié)構(gòu)，0.5 mm2的數(shù)據(jù)線芯為對絞屏蔽結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)線芯單元的工作電容符合《通信電纜試驗方法》（GB/T 5441—2016）[5]中的規(guī)定。

（3）電纜的絕緣線芯含額定電壓（U0/U）為300/500 V、450/750 V兩種電壓等級。其中：控制線單元應(yīng)符合300/500 V的運行要求，數(shù)據(jù)單元線芯應(yīng)符合300/500 V的運行要求，電纜防護層應(yīng)滿足額定電壓450/750 V的運行要求。電纜的絕緣護套采用軟聚氯乙烯絕緣護套料，最高耐受溫度為70 ℃。

（4）為了敷設(shè)和接線方便，電纜應(yīng)具有良好的彎曲性能，允許的彎曲半徑不小于電纜外徑的16倍。

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（5）電纜應(yīng)具有一定的阻燃性能。

2 電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次設(shè)計的電纜名稱為銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套編織屏蔽加數(shù)據(jù)連接用控制和信號電纜，型號規(guī)格為CTVVP 16×0.3+3×1.5+3×2.5+1×2×0.3 P+2×1×0.5 P。其中CT為成套電器設(shè)備和系列代號。

電纜由控制電纜線芯單元、數(shù)據(jù)單元線芯單元兩部分組成，導體總芯數(shù)為26芯。

2.1 導體

控制線芯單元導體包括1.5 mm2，2.5 mm2，按GB/T 3956—2008中第5種導體規(guī)定設(shè)計，導體由退火不鍍錫圓銅線束絞而成，外觀圓整，不允許整股扭接或焊接[6]。

數(shù)據(jù)單元線芯導體，0.5 mm2按照GB/T 5023.5—2008中第6種導體規(guī)定設(shè)計[7]，0.3 mm2參照《電器設(shè)備內(nèi)部連接電纜》（GB/T 38296—2019）的規(guī)定設(shè)計，導體要求與電纜線芯導體相同。

導體的種類、結(jié)構(gòu)及20 ℃時導體最大電阻要求見表1。

表1 電纜的導體結(jié)構(gòu)

2.2 絕緣線芯

控制線芯單元1.5 mm2、2.5 mm2芯數(shù)各為3芯；數(shù)據(jù)線芯單元，非屏蔽0.3 mm2線芯芯數(shù)為16芯；屏蔽0.3 mm2線芯芯數(shù)為2芯；單芯屏蔽0.5 mm2線芯芯數(shù)為2芯。

2.3 絕緣

2.3.1 絕緣分色

1.5 mm2的控制線芯絕緣為紅色；2.5 mm2的控制線芯絕緣為黃色。

0.3 mm2的對絞屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣為白色和紅色[8]；非屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣為藍色。

0.5 mm2屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣為綠色。

2.3.2 絕緣厚度及最小絕緣電阻

控制線芯的絕緣厚度及70 ℃時最小絕緣電阻按GB/T 9330—2020設(shè)計；0.5 mm2數(shù)據(jù)線芯的絕緣厚度及70 ℃時最小絕緣電阻按GB/T 5023.5—2008設(shè)計；0.3 mm2數(shù)據(jù)線芯70 ℃時最小絕緣電阻參照GB/T 38296—2019設(shè)計；絕緣厚度及70 ℃時最小絕緣電阻見表2。

表2 控制線芯和數(shù)據(jù)線芯的絕緣厚度及70 ℃時最小絕緣電阻

2.4 數(shù)據(jù)線芯屏蔽方式及護套

1×2×0.3 P的屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣對絞后繞包一層聚酯薄膜帶，并采用銅絲編織屏蔽，編織銅絲外徑為0.15 mm，編織密度不小于80%。

2×1×0.5 P的屏蔽數(shù)據(jù)線單元，絕緣后采用銅絲編織屏蔽，編織銅絲外徑為0.12 mm，編織密度不小于80%。

數(shù)據(jù)線單元屏蔽后擠包一層標稱厚度為0.6 mm，符合GB/T 8815—2008的70 ℃軟聚氯乙烯塑料[9]，塑料的氧指數(shù)不小于30。

2.5 線芯排列及成纜

電纜的控制線芯和數(shù)據(jù)線芯的排列，如圖1所示，1、3、5為數(shù)據(jù)線芯，2、4為控制線芯。其中：2×1×0.5 P的屏蔽數(shù)據(jù)線芯，絕緣線芯為23#、24#，對絞繞包屏蔽后，再擠包一層標稱厚度為0.4 mm的軟聚氯乙烯塑料護套，排列在電纜線芯內(nèi)層；16×0.3中的1～10#數(shù)據(jù)線芯，排列在電纜的第二層；16×0.3中的11～16#數(shù)據(jù)線芯，排列在電纜的第三層；第三層的其他線芯依次排列為：3×2.5中的21～22#控制線芯，2×1×0.5 P中的25～26#數(shù)據(jù)線芯，3×2.5中的20#控制線芯，3×1.5中的17～19#數(shù)據(jù)線芯。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)圖

線芯成纜后重疊繞包一層厚度為0.23 mm的低煙無鹵阻燃包帶，最小繞包重疊率不小于5%。

2.6 護套

線芯成纜后擠包一層標稱厚度為0.8 mm阻燃軟聚氯乙烯護套，護套最薄點不小于0.58 mm。

3 試驗

本次設(shè)計的電器控制柜與控制機柜之間連接用控制和信號電纜，因選用了常用的阻燃聚氯乙烯絕緣護套，電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣護套的機械性能等多為常規(guī)性試驗項目，電纜能夠通過GB/T 19666—2019規(guī)定的C類成束燃燒試驗。

按照《通信電纜試驗方法》（GB/T 5441—2016），電纜的工作電容（1 kHz）不大于120 nF/km。

此外，因為各種不同規(guī)格的線芯絞合在一起，電纜的不圓度是一個控制難點，通過優(yōu)化工藝設(shè)計，電纜實際的不圓度可以控制在15%之內(nèi)。

4 結(jié)束語

電器控制柜與控制機柜之間連接用控制和信號電纜集成了塑料絕緣控制電纜、計算機儀表屏蔽電纜，設(shè)備內(nèi)部連接用電纜的用途或部分用途于一體，結(jié)構(gòu)緊湊、敷設(shè)方便、檢查維修方便、美觀適用，有效解決了電壓試驗設(shè)備系統(tǒng)電纜型號規(guī)格多，布線困難，難于檢查維修的問題，使得電壓試驗系統(tǒng)電器控制柜與控制機柜之間連接用的電纜結(jié)構(gòu)緊湊、檢查維修方便、美觀適用。

在此之前，類似結(jié)構(gòu)的電纜已被開發(fā)和使用。隨著電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，這類電纜傳輸信號將更加多樣化，結(jié)構(gòu)形式更為靈活，用途更為廣泛，發(fā)展前景更為廣闊。

由于電器控制柜與控制機柜之間連接用控制和信號電纜有結(jié)構(gòu)形式的多樣性、傳輸信號的復(fù)雜性，電線電纜產(chǎn)品設(shè)計人員與設(shè)備制造人員如何更好更密切地合作；電纜不同電壓等級、不同截面線芯、屏蔽和不屏蔽的線芯共存時，如何有效地控制電纜的不圓度；如何減小由于多種電纜形式的集成對于信號傳輸?shù)挠绊懀蝗绾胃蠓秶厥垢黝愲娎|中電信號、甚至光信號更好、更為完美地融合在一起，都需要進一步探索。