柔性电缆性能要求及测试方法

时间：2022/1/14 10:56:54　浏览：1053次

  一般来说，风场位于具有特殊气候条件的恶劣环境中，如强风、强紫外线、高盐度空气等。正因为如此，电缆在风电应用中的性能无疑要高于其他应用。风扇中的运动部件进一步提高了正确选择电缆的重要性。

  无论是现有风电场的维护，还是新建大型风电场的开发，都需要考虑使用高等级的电力电缆、数据和控制电缆以及通信电缆，这决定了电网和通信系统之间的互联质量。单个风力涡轮机需要的电缆比人们想象的要多。例如，一个90米高的1.25MW风力涡轮机需要大约1公里的电力电缆。因此，一个50MW的风电场将需要40公里的电缆。

  风力涡轮机在通常具有较宽温度范围（约-40℃至50℃）并暴露于强紫外线的恶劣环境中运行。因此，要达到预期的使用寿命，所使用的特殊电缆需要能够承受-40℃和紫外线辐射。对于风扇中的运动部件，电缆应具有优良的扭转和弯曲柔韧性和较小的弯曲半径。电缆还需要耐燃料、冷冻机、油、腐蚀性化学品和磨损。如果风场在陆上或海上，电缆还需要耐高盐水。为安全起见，除上述要求外，还要求电缆具有阻燃性。在某些情况下，还需要其他特性，例如低烟、零卤素（LSZH）材料和EMI保护。

  综上所述，风电应用中使用的铝合金电缆一般应满足以下要求：

  （1）电线

  为了最大限度地提高灵活性，建议设计工程师只使用多股退火软铜线。在弯曲和折叠的应用中，使用较短的同心绞线。在扭转绕组应用中，使用长的同心绞合线。大于6mm2（10AWG）的电线需要复合绞合线结构。

  （2）绝缘

  为了提高低温柔韧性，通常选择热塑性橡胶（TPE）、乙丙橡胶（EPR、EPM或EPDM）或硅橡胶（SiR）作为绝缘材料，以抵抗臭氧腐蚀和热致老化。PVC/尼龙绝缘也因其高介电强度而被广泛使用。

  （3）护套

  铝合金电缆护套可以是聚氯乙烯（CPE）、聚氯丁二烯（neoprene）、氯磺化聚乙烯（CSPE）合成橡胶等热固性化合物；而且也有类似TPE、TPE-PVC合金和聚氨酯等热塑性化合物。这些材料耐油、燃料和溶剂腐蚀，并且在低温下具有柔韧性。这一特性使其成为风电电缆的理想护套材料。

  需要注意的是，铝合金电缆结构也是电缆柔韧性的决定性因素。具有平衡结构的对称导体设计通常非常灵活。

  即使电缆是按照这些一般规则制造的，强烈建议对它们进行全面测试以模拟“真实”应用。

  铝合金电缆测试方法和程序

  偏航驱动器根据风向调整风扇角度。电源、控制和通信电缆要么沿水平轴弯曲，要么沿垂直轴旋转。这使得扭转弯曲更加严格，需要更多的关注。尽管没有关于扭转弯曲的标准或规定，但客户通常会在电缆投入使用之前以某种方式对其进行测试。

  以下是铝合金电缆行业用户常用的测试方法。

  （1）单根电缆低温（-40℃）扭转应力试验：

  10米垂直悬索样品的顶端固定，底端与旋转装置绑定。首先顺时针转动电缆4次（+1440O），然后逆时针转动4次回到原来的位置。然后逆时针转动电缆4次（-1440O），再顺时针转动电缆4次回到原位。整个过程重复了5000次，以模拟20年的使用。如果在2.5U0下5分钟后电缆没有被击穿并且护套没有破裂，那么电缆通过了测试。

  注意：U0可以是600、1000或2000V，具体取决于电缆的电压等级。

  （2）一束电缆的扭转应力测试

  测试程序与（1）相同，只是更换了电缆束。

  风电电缆标准

  风力发电应用中电缆的使用没有具体的标准。许多电缆制造商遵循IEC602285或6类标准（类似于DINVDE02955或6类、HD383、GB/T39565或6类），并使用平滑或镀金的退火多股铜线作为绕线电力电缆导体以获得所需的柔韧性。有趣的是，IEC60228只规定了电线的标称截面积和电线中用于电力电缆的电线数量和尺寸，这给了电缆制造商很大的自由度。因此，即使电缆符合IEC60288Class5或6的要求，电缆性能也往往不能令人满意。UL62（涵盖多项ASTM标准）不仅规定了电线中每股电线的尺寸和数量，还规定了电线的结构（如芯线、复合线和组装线），这是确保电线灵活性的关键电缆。至于绝缘和护套，许多制造商遵循DINVDE0207-20和DINVDE0207-21。HD22.1、HD22.4、UL44和UL62也已成为电缆生产的通用标准。

  其他标准（例如UL758、UL1581、UL1277、UL2277、IEC60332）通常用于支持附加功能，例如风扇机架电缆（WTTC）规范和可燃性等级要求。

  由于欧洲国家在北美之前为风电市场开发了电缆，因此电缆制造商现在正在采用更多的欧洲标准。然而，类似的美国UL标准具有相同的目的，并且在某些情况下对风能应用有更严格的要求。