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(dòng)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(gè)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(tái)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)裝置上。首先，將電纜順時(shí)鐘扭轉(zhuǎn)4圈(+1440o)，然后逆時(shí)針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。接著將電纜逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)4圈(-1440o)，然后順時(shí)針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。重復(fù)上述整個(gè)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。HYA53-20*2*0.5鎧裝通信電纜

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(huì)不盡如人意。而UL 62(涉及多個(gè)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。

討論高壓電纜常見問題產(chǎn)生的原因

電纜是供電設(shè)備與用電設(shè)備之間的橋梁，起傳輸電能的作用。應(yīng)用廣泛，因此故障也經(jīng)常發(fā)生，下面簡要的分析YJV高壓電纜常見問題產(chǎn)生的原因，按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)原因、外力破壞四大類。

　　電纜是供電設(shè)備與用電設(shè)備之間的橋梁，起傳輸電能的作用。應(yīng)用廣泛，因此故障也經(jīng)常發(fā)生，下面簡要的分析YJV高壓電纜常見問題產(chǎn)生的原因，按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)原因、外力破壞四大類。

　　一、廠家制造原因

　　廠家制造原因根據(jù)發(fā)生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統(tǒng)原因三類。

　　1、電纜本體制造原因

　　一般在電纜生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內(nèi)有雜質(zhì)、內(nèi)外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護(hù)套密封不良等， 有些情況比較嚴(yán)重可能在竣工試驗(yàn)中或投運(yùn)后不久出現(xiàn)故障，大部分在電纜系統(tǒng)中以缺陷形式存在，對電纜*ān全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。

　　2、電纜接頭制造原因

　　高壓電纜接頭以前用繞包型、模鑄型、模塑型等類型，需要現(xiàn)場制作的工作量大，并且因?yàn)楝F(xiàn)場條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會(huì)有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問題。國內(nèi)普遍采用的型式是組裝型和預(yù)制型。

　　電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，不管什么接頭形式，電纜接頭故障一般都出現(xiàn)在電纜絕緣屏蔽斷口處，因?yàn)檫@里是電應(yīng)力集中的部位，因制造原因?qū)е码娎|接頭故障的原因有應(yīng)力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等原因。

　　3、電纜接地系統(tǒng)

　　電纜接地系統(tǒng)包括電纜接地箱、電纜接地保護(hù)箱(帶護(hù)層保護(hù)器)、電纜交叉互聯(lián)箱、護(hù)層保護(hù)器等部分。一般容易發(fā)生的問題主要是因?yàn)橄潴w密封不好進(jìn)水導(dǎo)致多 點(diǎn)接地，引起金屬護(hù)層感應(yīng)電流過大。另外護(hù)層保護(hù)器參數(shù)選取不合理或質(zhì)量不好氧化鋅晶體不穩(wěn)定也容易引發(fā)護(hù)層保護(hù)器損壞。

HYA53-20*2*0.5鎧裝通信電纜　　二、施工質(zhì)量原因

　　因?yàn)槭┕べ|(zhì)量導(dǎo)致高壓電纜系統(tǒng)故障的事例很多，主要原因有以下幾個(gè)方面：

　　1、現(xiàn)場條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現(xiàn)場溫度、濕度、灰塵都不好控制。

　　2、電纜施工過程中在絕緣表面難免會(huì)留下細(xì)小的滑痕，半導(dǎo)電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭施工過程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì)吸入水分，這些都給*ān全運(yùn)行留下隱患。

　　3、安裝時(shí)沒有嚴(yán)格按照工藝施工或工藝規(guī)定沒有考慮到可能出現(xiàn)的問題。

　　4、竣工驗(yàn)收采用直流耐壓試驗(yàn)造成接頭內(nèi)形成反電場導(dǎo)致絕緣破壞。

　　5、因密封處理不善導(dǎo)致。中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場施工中保證鉛封的密實(shí)，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。

     三、設(shè)計(jì)原因

　　因電纜受熱膨脹導(dǎo)致的電纜擠傷導(dǎo)致?lián)舸?。交?lián)電纜負(fù)荷高時(shí)，線芯溫度升高，電纜受熱膨脹，在隧道內(nèi)轉(zhuǎn)彎處電纜頂在支架立面上，*大負(fù)荷運(yùn)行電纜蠕動(dòng)力量很大，導(dǎo)致支架立面壓破電纜外護(hù)套、金屬護(hù)套，擠入電纜絕緣層導(dǎo)致電纜擊穿。