ЭМС кабели для ЧРП (VFD)

Сегодня многие промышленные предприятия ищут способы снижения затрат на электроэнергию путем снижения энергопотребления. На долю промышленности приходится более 40% мирового потребления энергии, и 65% ее потребности в электроэнергии приходится на системы с электроприводами. Один из способов значительно снизить количество энергии, необходимой для работы приводных систем — это использовать частотно регулируемые приводы.
На сегодняшний день широкое распространение получили системы электроприводов с постоянным управлением крутящим моментом и скоростью вращения. Они дают возможность оптимально подстраивать работу электропривода под конкретные нужды.
Основными элементами системы с частотным регулированием выступают: частотный преобразователь, частотно регулируемый привод (электродвигатель или мотор-редуктор) и специализированный кабель для систем ЧРП.

Частотный преобразователь строится на двух устройствах: 1) выпрямителе, подключенном к 3-фазному переменному току заданной частоты (например, 50 Гц), генерирующем постоянный импульсный ток; 2) инверторе, который преобразует сигнал постоянного тока в переменный с различными значениями напряжения и частоты (от 0 до 400 Гц). Скорость серводвигателя может контролироваться через кабель управления с высокой точностью путем изменения частоты.
Специфика ЧРП заключается в том, что он способен контролировать скорость вращения двигателя переменного тока, контролируя электрическую мощность, подаваемую на двигатель. Старые устройства управления двигателем не были достаточно точными для поддержки переменных скоростей, но современные ЧРП могут очень точно и почти мгновенно изменять скорость двигателя, когда его нагрузка или технологические требования изменяются.
Помимо экономии энергии, есть ряд других преимуществ использования точного управления, предоставляемого ЧРП для запуска двигателей. Это улучшенное управление, сокращение производственных отходов, более длительный срок службы электродвигателей, сокращение технического обслуживания двигателей и механических компонентов из-за меньшего износа, более высокая надежность.

Большими преимуществами использования частотных преобразователей являются высокая точность и возможность постоянно управлять крутящим моментом и скоростью двигателя. Однако у такой системы управления есть и недостатки, которые также следует учитывать:

• сильное электромагнитное излучение кабеля питания электродвигателя
• большие перенапряжения в кабеле питания
• большие токи утечки и помех

Высокий уровень электромагнитных помех обусловлен очень короткими интервалами включения и выключения полупроводниковых компонентов и высокой частотой импульсов частотного преобразователя (до 20 кГц). Это приводит к искажению напряжения на выходе преобразователя. Сильное электромагнитное излучение, обусловленное в значительной мере кабелем питания электродвигателя, вызывает серьезные наводки на элементы распределительной сети, устройства и информационные сети.

Данное излучение может быть нейтрализовано путем применения хорошо экранированных кабелей и, в особых случаях, установкой дополнительных линейных фильтров.
Другой проблемой являются нагрузки, вызванные перенапряжением. Напряжение, генерируемое преобразователем частоты, имеет основную волну приблизительно синусоидальной формы с частотой от 0 до 400 Гц в зависимости от скорости вращения электромотора. Однако в процессе работы также образуются более высокие гармоники на частотах примерно до 100 МГц. Сигнал основной частоты и более высоких гармоник передается по кабелю питания к электромотору.

Этот эффект возникает только при условии, что длина кабеля питания электромотора превышает длину волны гармоники. Если длина кабеля меньше длины волны гармоники, то переходные процессы проявляются на выходе частотного преобразователя. В результате генерируется напряжение, превышающее номинальное напряжение электромотора в 2 – 3 раза. Эти скачки напряжения создают чередующие нагрузки на изоляцию кабеля питания электромотора. Этот фактор должен учитываться при конструировании изоляции кабеля, чтобы избежать повреждений (например, повреждения кабеля вследствие образования дуги между жилой и экраном).

Высокие частоты на выходе преобразователя означают появление больших емкостных токов утечки, протекающих по экрану питающего кабеля и корпусу электромотора на землю, которые учитываются при определении сечения проволоки экрана и соединений экрана. Экран должен конструироваться таким образом, чтобы чрезмерно не нагреваться токами, протекающими по нему.

Для компенсации описанных выше негативных эффектов требуется применение специализированных кабелей питания и управления с оптимизированными характеристиками.

При выборе подходящего кабеля для системы ЧРП необходимо учитывать такие аспекты как достаточная конфигурация заземления, правильное экранирование от помех, прочная изоляция.

Всеми необходимыми свойствами для питания и управления частотно регулируемыми приводами обладают кабели торговой марки Lineda ® (Линеда ®):

1. Материал токопроводящих жил – высококачественная электротехническая медь. Многопроволочные жилы 5-го класса гибкости повышают гибкость кабеля, возможность его подвижной эксплуатации (например, в конвейерных и роботизированных системах с большим числом циклов изгиба кабеля);
2. Изоляция из высоконаполненной резины на основе этилен-пропиленовых каучуков (ЭПР) с перекрестной сшивкой полимерных полимолекул. Данный изоляционный материал обладает рядом существенных преимуществ перед классическими ПВХ-пластикатами, изоляционной резиной и сшитым полиэтиленом:
   • высокая диэлектрическая способность (данный материал так же применяется для изолирования силовых кабелей на напряжение 6, 10,15, 20 и 35 кВ)
   • высокая термическая стойкость (длительно допустимая температура по ТПЖ – до 105^оС)
   • достаточная эластичность (диапазон температур подвижной эксплуатации от - 35^оС до + 60^оС);
3. Эффективное экранирование кабелей для обеспечения защиты от наведенных электромагнитных помех:
   • из медных или медных луженых проволок, наложенных в виде оплетки с плотностью не менее 70%
   • из металлополимерной ленты, наложенной обмоткой с перекрытием не менее 25% и оплетки из медных или медных луженых проволок.
4. Различные варианты конструктивного исполнения, включая варианты с расщепленной изолированной жилой заземления (симметричная конструкция 3+3), варианты для применения в шахтах опасных по газу и пыли (индивидуальное экранирование силовых жил эластичным полупроводящим компаундом), варианты с комбинированным сечением жил, парной скруткой жил для инструментальных кабелей и много другое.  

При использовании в системах ЧРП специализированных кабелей ТМ Lineda ® (Линеда ®) в полной мере будут реализованы все преимущества частотного регулирования привода:

1. Экономия электроэнергии
2. Высокая надежность и продление ресурса электродвигателя и всей системы в целом
3. Эффективное экранирование и защиту от наведенных помех, обеспечение электромагнитной совместимости – ЭМС (или EMC – electromagnetic compatibility)
4. Защиту питающего кабеля от перенапряжения и широких частотных перепадов

Кабель ТМ Lineda ® (Линеда ®) для современных частотно-регулируемых приводов  – ЧРП (или VFD – variable frequency drive) с обеспечением высокой степени электромагнитной совместимости – ЭМС (или EMC – electromagnetic  compatibility) является полным аналогом таких кабелей как: