Prawidłowy dobór przewodów łączących falownik z silnikiem zapewnia prawidłową prace układu sterowania i samego napędu  a także eliminuje zakłócenie płynące z układu do sieci zasilającej . Zagadnienie doboru kabli  łączących falownik z silnikiem jest szerokie  , od strony teoretycznej opisał to swych materiałach znany w Polsce producent i dystrybutor kabli firma HELUKABEL . Poniżej prezentujemy ich opracowanie na ten temat .

Rozważania na temat zastosowania właściwych kabli łączących falownik z silnikiem należy rozpatrywać w

następujących aspektach:

- wpływu rodzaju kabla na wypadkowe obciążenie falownika,

- kompatybilności elektromagnetycznej kabla,

- odporności izolacji kabla na oddziaływanie impulsów napięcia o stromych zboczach,

- jakości i budowy żył przewodzących kabla

Skuteczne ekranowanie przewodów łączących falownik z silnikiem stanowi ekran podwójny w postaci oplotu drutowego i ekranu foliowego. Aby ekran funkcjono­wał poprawnie należy uziemić go na obu końcach aby umożliwić przepływ prądu generowanego przez przez zjawiska polowe i pojemności pasożytnicze. Przepływ taki określamy pojęciem prądu ekranowego, który pomniejsza emisję zakłóceń elektromagnetycznych na zewnątrz powierzchni wyznaczonej przez ekran.

Żyła ochronna powinna być dzielona i rozmieszczona równomiernie pomiędzy żyłami fazowymi (kabel powinien być zbudowany w sposób symetryczny). Na wyjściu falownika może być zastosowany filtr du/dt, który nie tylko ogranicza przepięcia ale również zwiększa dopuszczalną długość kabla silnikowego.

Obecnie na rynku można spotkać dwie podstawowe konstrukcje kabli mocy ekranowanych: niesymetryczne osiowo i symetryczne. Pokazane na tym rysunku kable są kompatybilne elektromagnetycznie i wykazują określoną katalogowo odporność środowiskową. W przypadku kabla TOPFLEX EMV producent dysponuje dwiema wersjami – odporną (do stosowania na zewnątrz) i nieodporną na promieniowanie UV.

Obydwa kable posiadają złożony ekran foliowo-oplotowy, podwójną izolację polietylenową zapewniającą odporność napięciową 0,6/1 kV, co oznacza wytrzymałość do pracy we wszystkich układach zasilania napięć niskich (do 1 kV), w tym 3x690 V.

Ekranowany kabel będący układem jednej lub wielu żył przewodzących posiada indukcyjność własną oraz pojemność, która stanowi na tyle małą impedancję, że pobiera część prądu wyjściowego falownika i podłączony silnik może pobierać prąd o wartości mniejszej od znamionowego prądu wyjściowego falownika.

Impedancja w przypadku pojemności jest okrelona następują
cym wzorem:

Zc=1/2pfiCdL

gdzie:

fi - częstotliwość impulsowania
Cd - pasoŜytnicza pojemność jednostki długości kabla
L - długość kabla łączącego wyjście falownika z silnikiem

Z powyższego wzoru wynika, że impedancja maleje wraz ze wzrostem zaprogramowanej częstotliwości impulsów, pojemności właściwej kabla (będącej jego parametrem konstrukcyjnym) oraz długości przewodów zasilających silnik. Im mniejsza jest wartość wypadkowej impedancji pojemnościowej układu przewodów zasilających silnik, tym większy prąd płynący przez pojemności pasożytnicze. Wartość tego prądu sumuje się z właściwym obciążeniem przekształtnika, co w krytycznym przypadku prowadzi do konieczności przewymiarowania falownika w aplikacjach z bardzo długimi kablami. Producenci przekształtników niekiedy podają proponowane dopuszczalne długości kabli ekranowanych oraz nieekranowanych, lecz z natury rzeczy są to dane bardzo szacunkowe, ponieważ w zasadzie nie wiemy, o jakiego producenta chodzi. Przy czym większość producentów nie prowadzi nawet badań takich parametrów jak pojemność właściwa dla swoich wyrobów.

Przykładowo, kable TOPFLEX-EMV-2YSLCY-J (do zastosowań wewnętrznych, w izolacji przezroczystej) oraz TOPFLEX-EMV-UV-2YSLCYK-J (do zastosowań zewnętrznych, w izolacji czarnej, które są ponadto odporne na działanie promieni ultrafioletowych) mogą mieć zastosowanie do przekształtników rodziny Master Drives VC firmy SIEMENS. W tym przypadku możliwe jest zwiększenie o 150% dopuszczalnej długości kabli zasilających silnika przy zastosowanie powyższych przewodów.

Na uwagę zasługuje tu „jawność” wartości pojemności właściwej kabla zdefiniowana w [nF/km], której wartość zmienia się oczywiście w zależności od przekroju żyły w granicach

od 70 (4x1,5 mm2) do 250 (4x95 mm2) nF/km – wartość między żyłami

od 110 (4x1,5 mm2) do 410 (4x95 mm2) nF/km – wartość między żyłą a ekranem dla wyższych przekrojów wartość już znacząco nie wzrasta.

Biorąc pod uwagę, że powyższe kable są wykonywane jako czterożyłowe należy przy obliczaniu pojemności wypadkowej uwzględnić, że na jednostkę długości kabla składa się sześć połączonych równolegle kondensatorów między żyłowych oraz cztery zastępcze kondensatory typu żyła/ekran. Pamiętając, że dla połączenia równoległego kondensatorów ich pojemność sumujemy, należy całkowitą pojemność zastępczą obliczać ze wzoru:

Cd = 6xCż + 4xCe

gdzie:

Cż – pojemność między żyłami

Ce – pojemność między żyłą a ekranem

Tak więc przykładowo wypadkowa właściwa pojemność pasożytnicza dla kabla 4x16 mm2 wyniesie 1760 nF/km.

Natomiast obliczenie wartości prądu płynącego w wyniku występowania zjawiska upływu przez pojemności pasożytnicze można wykonać w oparciu o następujące przykładowe założenia:

- Wartość skuteczna harmonicznej zgodnej z częstotliwością modulacji 2,5 kHz wynosi 15% wartości

pierwszej harmonicznej napięcia zasilającego 400V, czyli 0,15x400=60V.

- Napięcie skuteczne powyższej harmonicznej pomiędzy żyłami wynosi, zatem 60V, natomiast dla układów sieci z uziemionym punktem zerowym transformatora (nie IT) 0,5x60V=30V.

- Zatem sumaryczny upływ prądu między Ŝyłami wynosi dla kabla 4x16 mm2 o długości 100 m:

I=U/ ZŜ+U/2 Ze =60V/758,27 W+30V/692,33 W=0,08A+0,04A=0,12A

ZŜ=1/2pfi6CŜL=758,27 W

Ze=1/2pfi4CeL=692,33 W

Jak widać powyżej już sama część upływu do ekranu (0,04A) wystarcza do wyeliminowania z gry np. wyłącznika różnicowo-prądowego o znamionowym prądzie wyzwolenia DIn=30 mA. Oczywiście w celu wykonania pełnych obliczeń należy wziąć pod uwagę również dalsze harmoniczne częstotliwości impulsowania. W konstrukcji kabla zastosowano izolacyjną warstwę dystansową pomiędzy żyłami, a ekranem, która oddalając ekran od żył obniża pojemność Ce.

Drugim istotnym aspektem zastosowania właściwych kabli jest potrzeba spełnienia wymogów kompatybilności elektromagnetycznej.. Kable z rodziny TOPFLEX firmy HELUKABEL są wyposażone w podwójny ekran, składający się z wewnętrznej warstwy foliowej oraz zewnętrznego oplotu elastycznego zapewniających „szczelność elektromagnetyczną” porównywalną z kablami sygnałowymi. Należy w tym miejscu podkreślić, że kable z pojedynczym ekranem oraz tzw. kable opancerzone nie spełniają w pełni wymogów kompatybilności elektromagnetycznej. Nie spełniają jej również nawet najdoskonalsze kable, których ekran nie został obustronnie (na obu końcach) uziemiony, najlepiej na całym obwodzie oplotu. W praktyce osiąga się to np. specjalnymi dławikami z kontaktem dla ekranu (HELUKABEL, typ HSK-MS-E, HSKMS-E-D lub HSK-MZ-E).

Rozpatrując parametry izolacji kabla do zasilania przekształtnikowego należy rozpatrzyć dwa aspekty: odporności napięciowej na przebicie oraz odporności na stromość narastania napięcia (du/dt). Warunki napięciowe, którym jest poddawana izolacja kabla znacznie różnią się od typowych warunków obwodów sinusoidalnych. Wynika to z faktu zasilania silnika napięciowym przebiegiem prostokątnym o amplitudzie impulsów wynikającej z wartości napięcia w obwodzie pośrednim przekształtnika oraz stromości zboczy wynikającej z czasu przełączania kluczy tranzystorowych falownika. Wobec powyższego wytrzymałość izolacji kabla przy zasilaniu przekształtnika napięciem np. 3x400V AC powinniśmy stosować kabel o podwyższonych parametrach odporności napięciowej 600 V (a nie 400 V jak zwykle) oraz o zwiększonej do ok. 10.000 V/ms wytrzymałości stromościowej. A tak nawiasem jest się nad czym zastanawiać, ponieważ jak wcześniej wspomniano częstotliwość impulsowania typowo wynosi 2,5 kHz, czyli w ciągu sekundy 2,5 tysiąca razy izolacja jest poddawana stresowi stromościowemu.

Źródło: Helukabel