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(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)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(jī)內(nèi)的運(yùn)動部件進(jìn)一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

現(xiàn)有風(fēng)場的維護(hù)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(jī)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(jī)需要約1km的電力電纜。這樣算，50MW裝機(jī)容量的風(fēng)場將需要40km的電纜。

風(fēng)電機(jī)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(dá)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(jī)內(nèi)的運(yùn)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(hù)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(jì)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(qiáng)度也得到了廣泛應(yīng)用。

(3) 護(hù)套

電纜護(hù)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(hù)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(jì)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(qiáng)烈建議進(jìn)行*的測試，以仿真"實(shí)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(jī)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(yán)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(hù)套也沒有裂紋，那么這根電纜就通過了測試。MHYA32系列礦用通信電纜_30對

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(hù)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(jī)機(jī)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(yán)格的要求。

討論PVC電線電纜的環(huán)保要求

發(fā)達(dá)國家嚴(yán)禁使用非環(huán)保電纜，我國也十分重視這個領(lǐng)域。我國相關(guān)法律法規(guī)明令要求重要建筑禁止使用聚lǜ乙烯電線電纜，必須采用無鹵低煙交聯(lián)PVC電線電纜，以避免火災(zāi)發(fā)生時大量濃煙、lǜ氣，造chéng人員傷亡。

　　環(huán)保電纜將有力帶動電纜行業(yè)發(fā)展，提升電纜生產(chǎn)企業(yè)競爭力，并在綠色實(shí)踐和創(chuàng)新中，使電纜產(chǎn)業(yè)在可持續(xù)發(fā)展道路上越走越穩(wěn)。近年來，我國電纜企業(yè)逐步向環(huán)保電纜、低煙無鹵型電纜等方向努力，盡可能做到不含有鉛、鎘、汞等重金屬，不含有溴系阻燃劑，不產(chǎn)生有害的鹵素氣體，不產(chǎn)生腐蝕性氣體，燃燒時發(fā)熱量少，不污染土壤等等，環(huán)保電纜將會更加受到市場的青睞，在電網(wǎng)公司招標(biāo)中更容易獲得高額訂單。

　　用戶對環(huán)保型電線電纜的要求，歸納起來有以下幾點(diǎn)：　　

　　1.要求鉛和重金屬的含量低

　　*，鉛和某些重金屬會對人體健康造成不利影響，而在PVC配方中，通常需要混入鉛、鎘、鋇等重金屬化合物的添加劑。但是，從上世紀(jì)90年代以來，一些發(fā)達(dá)國家及大電氣公司相繼制定法規(guī)，在所用的PVC電線電纜中，有八種重金屬含量不得大于規(guī)定。這些新規(guī)定既給電線電纜制造商帶來新的商機(jī)，又給PVC電纜制造商帶來嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

　　2.要求其低煙與低氧化氫

　　良好的阻燃性能是PVC電線電纜一個十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是，普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時，會釋放出濃濃的黑煙和大量的HCI氣體，從而造成起火后的"二次災(zāi)害"，嚴(yán)重影響人員撤離和消防救護(hù)工作的開展。所以，在對電線電纜提出阻燃要求的同時，在某些使用場合還會進(jìn)一步提出"低煙"和"低HCI"的要求。

MHYA32系列礦用通信電纜_30對 　　3.要求低毒或無毒

　　對于某些可能與食品、血液制品接觸的家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生電器以及兒童電動玩具上使用的線纜，除要求無鉛無重金屬外，還要求無毒（或低毒）。這就是說，在PVC配方中使用的所有成分材料均應(yīng)是無毒的。電纜料中含有大量的增塑劑，但制造無毒料必須選用無毒的增塑劑。因此，這種PVC料的要求比無鉛無重金屬料的更高，售價也自然更貴。

　　4.其他禁物用

　　目前，歐盟正審理的法規(guī)，對下列物品進(jìn)行了限制，以確保電線電纜能復(fù)合環(huán)保要求。例如：1）石棉；2）多由聯(lián)苯及其醚類，多溴*；3）多lǜ聯(lián)苯；4）短鏈（C10~C13）lǜ化石蠟。

　　隨著環(huán)境問題越來越受到重視，許多國家已經(jīng)紛紛制定了各種環(huán)保政策，因此人們更傾向于使用綠色環(huán)保電纜。低煙無鹵阻燃電纜材料就是目前較熱門的環(huán)保電纜之一。盡管我國市場對綠色環(huán)保電纜的需求日益增長，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國在相關(guān)政策制定和強(qiáng)制性應(yīng)用方面還有很長的一段路要走，我國應(yīng)盡快完善環(huán)保電纜標(biāo)準(zhǔn)。