淺談低溫柔性電纜性能要求及測試方法

一般來說，風(fēng)場位于特殊氣候條件的惡劣環(huán)境中，例如，強風(fēng)、強紫外線和含鹽度很高的空氣等。正因如此，風(fēng)電應(yīng)用中的電纜性能無疑比其它應(yīng)用更高。而風(fēng)機內(nèi)的運動部件進一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

現(xiàn)有風(fēng)場的維護和新的大規(guī)模風(fēng)場開發(fā)都需要考慮采用高等級的電力電纜、數(shù)據(jù)與控制電纜和通信電纜，它們決定了電網(wǎng)和通信系統(tǒng)的互連質(zhì)量。單個風(fēng)電機組所需的電纜數(shù)量比人們想像的要多。例如，一臺90米高的1.25MW風(fēng)力發(fā)電機需要約1km的電力電纜。這樣算，50MW裝機容量的風(fēng)場將需要40km的電纜。

風(fēng)電機組工作在惡劣環(huán)境，這種環(huán)境一般具有寬溫度范圍(約-40℃至50℃)、并且暴露在*紫外線的照射下。因此，要達到預(yù)期的使用壽命，所使用的特殊電纜需要能夠承受-40℃的低溫及可抵御紫外線的輻射。對風(fēng)機內(nèi)的運動部件而言，電纜應(yīng)具有優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)和彎曲柔韌性，并具有很小的彎曲半徑。電纜還需要能抗燃料、抗冷凍劑、耐油、耐腐蝕性化學(xué)品及抗磨損。如果風(fēng)場是靠近海岸的陸地或位于海上，電纜都還必須耐高含鹽水的侵蝕。出于ān全考慮，除上述要求外，還要求電纜具有阻燃性。在某些情況下，還要求低煙、零鹵素(LSZH)材料和EMI保護等其它特性。

綜上所述，風(fēng)電應(yīng)用中使用的電纜一般應(yīng)滿足以下要求：

(1) 導(dǎo)線

為盡量提高柔曲性，*設(shè)計工程師只使用多股數(shù)的退火軟銅線。在彎曲繞折類應(yīng)用中，采用短的同心絞線構(gòu)造；在扭轉(zhuǎn)繞折類應(yīng)用中，采用長的同心絞線構(gòu)造。面積大于6mm2(10AWG)的導(dǎo)線要求使用復(fù)合絞線結(jié)構(gòu)。

(2) 絕緣

為增加低溫柔韌性，通常選擇熱塑性橡膠(TPE)、乙丙橡膠(EPR，一種EPM或EPDM)或硅橡膠(SiR)作為絕緣材料，以抵抗臭氧腐蝕和發(fā)熱引起的老化。PVC/尼龍絕緣由于具有高電介強度也得到了廣泛應(yīng)用。

(3) 護套

電纜護套既可以是諸如聚氯乙烯(CPE)、聚氯丁烯(氯丁橡膠)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成橡膠等熱固性化合物；也可是類似TPE、TPE-PVC合金和聚亞安酯等熱塑性化合物。這些材料都具有抗油、抗燃料、耐溶劑腐蝕等能力，并且在低溫下具有出色的柔韌性。這種特性使其成為風(fēng)電電纜的理想護套材料。

應(yīng)當(dāng)注意，電纜結(jié)構(gòu)也是電纜柔韌性的決定性因素。采用平衡結(jié)構(gòu)的對稱導(dǎo)線設(shè)計通常具有高柔韌性。

即使電纜制造時遵循這些一般規(guī)則，仍強烈建議進行*的測試，以仿真"實際"應(yīng)用。

電纜測試方法和程序

根據(jù)風(fēng)向，需要由偏航驅(qū)動器調(diào)整風(fēng)機角度。電力、控制和通信電纜要么沿水平軸彎曲，要么沿垂直軸旋轉(zhuǎn)。這就對扭轉(zhuǎn)撓曲性要求更加嚴格，也需要更多關(guān)注。雖然目前沒有扭轉(zhuǎn)撓曲性方面的標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)，但zuì終用戶通常仍追求電纜在投入使用前能通過某些方式的測試。

下面是電纜行業(yè)中zuì終用戶采用的一般測試方法。

(1) 單根電纜在低溫(-40℃)下的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力測試：

將一根10米長的垂直懸掛電纜樣品的頂端固定，底端綁定到一個旋轉(zhuǎn)裝置上。首先，將電纜順時鐘扭轉(zhuǎn)4圈(+1440o)，然后逆時針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。接著將電纜逆時針扭轉(zhuǎn)4圈(-1440o)，然后順時針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。重復(fù)上述整個過程5000次以模擬20年的使用情況。如果在2.5U0條件下經(jīng)過5分鐘，電纜沒被擊穿、護套也沒有裂紋，那么這根電纜就通過了測試。煤礦用控制電纜MKVV7*1.5

注意：取決于電纜的電壓等級，U0可以是600、1000或2000V。

(2) 一束電纜的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力測試

測試程序與(1)相同，只是換成了電纜束。

風(fēng)電電纜標(biāo)準(zhǔn)

目前還沒有專門針對風(fēng)電應(yīng)用中使用電纜的標(biāo)準(zhǔn)。許多電纜制造商遵循IEC 60228 Class 5或6(類似于DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)標(biāo)準(zhǔn)，使用光面或鍍金屬的退火多股銅線作為風(fēng)電電纜導(dǎo)線以獲得所需的柔韌性。有趣的是，IEC 60228只為電力電纜規(guī)定了導(dǎo)線的標(biāo)稱橫截面面積和導(dǎo)線中電線的數(shù)量和尺寸，這給電纜制造商提供了很大自由度。因此，即使電纜滿足IEC 60288 Class 5或6的要求，電纜性能也經(jīng)常會不盡如人意。而UL 62(涉及多個ASTM標(biāo)準(zhǔn))不僅規(guī)定了導(dǎo)線中每股電線的尺寸和數(shù)量，還規(guī)定了導(dǎo)線結(jié)構(gòu)(如同心絞線、復(fù)合絞線和集合絞線等結(jié)構(gòu))，這些都是電纜柔韌性性能的關(guān)鍵。至于絕緣和護套，許多制造商遵循DIN VDE 0207-20和DIN VDE 0207-21。HD 22.1、HD 22.4、UL 44和UL 62也成為電纜生產(chǎn)的通用標(biāo)準(zhǔn)。

諸如UL 758、UL 1581、UL 1277、UL 2277、IEC 60332等其它標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)常被用于支持一些額外特性，如風(fēng)機機架電纜(WTTC)規(guī)范和可燃性等級要求。

由于歐洲國家早于北美國家開發(fā)用于風(fēng)能市場的電纜，因此電纜制造商目前更多的采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，類似的美國UL標(biāo)準(zhǔn)具有相同功用，且在某些情況下，UL標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)能應(yīng)用有更嚴格的要求。

討論電纜故障點距離的測試方法

電纜故障的探測一般要經(jīng)過診斷、測距、定點三個步驟。電纜故障的測試一般分為兩個過程:即故障電纜故障點距離的測試；故障點定點的測試。故障電纜故障點距離的測試即測距方法有三種:回路電橋平衡法；低壓脈沖反射法；閃絡(luò)法。

　　回路電橋平衡法是使用直流電橋?qū)﹄娎|故障進行測距的一種方法，簡稱電橋法，現(xiàn)場人員有把Ｒf＜100kΩ的故障稱為低阻故障的習(xí)慣，主要是因為傳統(tǒng)的電橋法可以測量這類故障。電橋法對于短距離電纜故障的測距，準(zhǔn)確度相當(dāng)高，因此，目前還在使用?；陔娎|沿線均勻，電纜長度與纜芯電阻成正比，并根據(jù)惠斯登電橋的原理，將電纜短路接地、故障點兩側(cè)的環(huán)線電阻引入直流電橋，測量其比值。由測得的比值和電纜全長，可獲得測量端到故障點的距離。

　　使用電橋法對電纜單相接地故障測距原理是先在電纜的另一端，將電纜的故障相和正常相的電纜導(dǎo)體用不小于電纜截面的導(dǎo)線跨接。然后在一端將故障相的電纜導(dǎo)體接在電橋的另一端子上。使用電橋法對電纜兩相短路或兩相短路并接地，故障進行測距時，需要有一個非故障導(dǎo)體和故障導(dǎo)體一起形成一個環(huán)，當(dāng)電橋平衡時便可得到故障點的距離。

煤礦用控制電纜MKVV7*1.5 　　低壓脈沖反射法。低壓脈沖反射法探測電纜故障是由儀器的脈沖發(fā)生器發(fā)出一個脈沖波，通過引線把脈沖波送到電纜的故障相上，脈沖波沿電纜的線芯傳播，當(dāng)傳播到故障點時，由于故障點電纜的波阻發(fā)生變化，因而有一脈沖信號被反射回來，用示波器在測試端記錄下從發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的時間間隔，即可算出測試端距故障點的距離。

　　開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，低壓脈沖反射法的*之處在于使現(xiàn)場測得的故障波形得到大大簡化，將復(fù)雜的高壓沖擊閃絡(luò)波形變成了非常容易判讀的類似于低壓脈沖法的短路故障波形。降低了對操作人員的技術(shù)要求和經(jīng)驗要求，*地提高了現(xiàn)場故障的判斷準(zhǔn)確率，達到快速準(zhǔn)確測試電纜故障的目的。

　　閃絡(luò)法。閃絡(luò)法的基本原理與低壓脈沖法相似，是利用電波在電纜內(nèi)傳播時在故障點產(chǎn)生反射的原理，記下電波在故障電纜測試端的故障點之間往返一次的時間，再根據(jù)波速來計算電纜故障點位置。據(jù)統(tǒng)計，高阻及閃絡(luò)性故障約占整個電纜故障總數(shù)的90%。高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)法測試。實際現(xiàn)場上是通過試驗方法區(qū)分高阻與閃絡(luò)性故障的。