涡流对交流电传输的影响及涡流技术的应用

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摘 要： 涡流是由电磁感应引起的，由于交流电的大小不断变化，在铁磁物质的端面产生的磁场不断变化，由楞次定律判定可知，在铁磁物质的端面就要产生许多感生电流，这就是我们所说的涡流。涡流产生就要引起铁磁材料发热，对设备正常工作造成影响。涡流技术在生活和工业上目前已经得到了广泛应用，如工业上的炼钢炉，生活中用的电磁炉等。但在许多地方也由于涡流产生对设备及电气线路的传输造成危害。针对涡流的危害，在工业上将电动机、变压器、线圈等交流设备的铁芯制作成由硅钢片叠成以减小涡流的产生。在输电线路中，一个回路的火线和零线必须穿在同一根管内，单芯电缆敷设尽量对称，使一个回路的导线产生的磁场相互抵消，从而减小涡流，三相负荷应尽量对称，以减小因负荷电流不平衡产生的电涡流引起的金属外护套的发热。

关键词：涡流 电磁场 磁性材料 变化率 三相交流电

中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0258-01

根据楞次定律可知，穿过某个面的磁通量发生变化，就在穿过这个端面产生感应电动势。感应电动势的大小，跟穿过回路的磁通量的变化率成正比。感应电动势越大，产生的感生电流就越大，这个电流就叫涡流。涡流越大铁芯及电缆的外铠装层就发热越严重。

磁场在怎样的条件下产生涡流：当电流流过线圈、导体时，由于电磁感应原理，附近的另一个线圈、导体中变会会产生感应电流，只要是在这个线圈附近的一切导体中都会产生感应电流，看起来就象旋涡一样，所以我们把它叫做涡流。凡是在电力线路周围形成闭合回路的，均有可能形成涡流，也就是说，电线路周围的许多金属，或者其他控制线，在不经意间就会形成闭合回路满足涡流的产生条件。如果电力线功率很大，产生的涡流发热确实会影响供电安全运行。

有一公司从配电室到窑炉电极供电，每相用4*185铜芯电缆供电，为求布线整齐美观，ABC三相电缆分别排列在三层电缆支架上。送电后检查发现，每相电缆排在支架两边的电缆最大达到 560A、中间电缆最小的仅为115A，并且电缆支架发热，用电工刀碰触支架有很强的磁力。查阅资料是电缆摆放磁场感应问题，将ABC三相中每相一根摆成品字形重新摆放，电缆偏流及支架发热问题得以解决。

此公司另有一工程用500KW发电机给配电室供电时，采用TMY―3*（2*120*10）铜排密封式桥架供电，每相两根铜排在一起，运行后噪音很大，4小时后开关跳闸，检查铜排无损坏，将密封桥架上盖拆除，恢复供电正常。这也是铜排布局不合理在密闭桥架上产生电磁共振及涡流。

另一公司在10KV穿墙套管处采用整块钢板挖孔固定，ABC三相分别穿孔，运行后穿墙处发热，利用检修期间将ABC三相孔洞割开连通。涡流发热得以消除；110KV供电用单相GIS套管供电当电流大于870A，GIS外壳发热影响安全运行，只有采取限负荷运行来保证供电安全；后来新上变电站采用三相共用一个GIS套管克服了又涡流发热引起的问题了。

在电力传输系统中，理论上三相交流电在三相对称时，其三相电流的矢量和为零.每相所产生的磁场的矢量和也为零。三相交流电穿金属管敷设时，通过三相对称交流电时，就不会在金属管产生变化的磁场，不会产生电涡流。变压器和电机采用叠合的硅钢片制造，就是防止产生电涡流。

电缆线路在电能传输中，各相流过的电流不可能完全对称，或者在某相线路发生故障时，都会造成三相电流矢量和不为零，各相所产生的磁场的矢量和也不为零，这样就会在电缆周围产生磁场，由这个磁场在电缆的金属保护层上产生电涡流。例如，电力线路， 由于三相电流不对称，4X240mm2单芯电缆，其中一根电缆与其它电缆电流相差超过90A，造成金属电缆桥架温度达到60℃以上 ，10 kV以下交联电缆正常工作温度不得超过70C。，这个温度已经接近正常工作的允许温度，很有可能超过电缆的正常温度，经过对电缆线路的三相负荷进行调整，基本保持了三相的平衡，使三相电流最大不对称误差小于等于10%，金属电缆桥架不再发热。三相交流电三相电流只要不对称，就会在金属管或金属桥架中产生涡流。三相电流完全对称是不可能的，小的不对称电流产生的电涡流较小，不会对电缆传输造成较大的危险。

直流电路中不考虑涡流，传输直流电也不用考虑涡流影响，因为，直流电通过导体时，导线周围的磁场不变，只有变化的磁场才会产生涡流，因此直流电动机、直流接触器的线圈都是整块铁芯。在交流电路中，电压、电流大小及方向是周期性地在变化着，交流电流的流动伴随着变化的磁场，磁场变化就要在铁磁材料中产生涡流，导线又是处在变化的磁场中，导体内部也会产生感应电流，引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状不同而不同，磁通的分布也不同，路径如水中的漩涡。涡流是一种损耗。为了减少涡流，低频变压器的铁芯得用硅钢片一片片层叠而成，如果用整块钢来做，铁芯中就会形成很大的涡流损耗，变压器就没有实用价值；在高频信号电路中，涡流现象更明显，只得用铁氧体磁芯或空心线圈。高频电路中的电流，由于涡流现象，只在导线的表面流过，导线的实用截面积变小，为此在导线表面镀银、用多根细导线并联（多股线）或者用空心铜管来做…… 当然，涡流也可以利用。

综上所述：：①单芯电缆在传输交流电时，不允许穿金属管敷设，也不允许单独敷设在封闭式金属桥架内或者紧贴在大的的金属体表面敷设，避免产生涡流，引起金属体发热，产生火灾。②三根单芯电缆在敷设时，三相电缆应对称排布，一般采用三角形方式排列，这样，三相电源所产生的磁场的矢量相互作用，矢量和减小，涡流也减小。电缆夹具一般采用铝合金等非磁性材料，就不会产生涡流。③三相电源应尽量对称，三相电流相等，三相产生的磁场的矢量和为零，这样也不会产生涡流。④交流单相及三相导体穿金属管或密闭桥架时，考虑涡流影响，防止影响供电运行。

参考文献

[1]张冠生主编.电磁理论基础[M].机械工业出版社，1989.

[2]刘兵，对《建筑工程质量验收规范》中防止涡流危害条文解读[J]. 工程质量，2008[7]

[3]周站展刚，单芯电缆因保护套管发热烧毁原因探讨， 1990（3）；57。