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淺談低溫柔性電纜性能要求及測試方法

時(shí)間:2017-09-22 11:09:32 來(lái)源:青纜科技 點(diǎn)擊:

  一般來(lái)說(shuō),風(fēng)場(chǎng)位于特殊氣候條件的惡劣環(huán)境中,例如,強風(fēng)、強紫外線(xiàn)和含鹽度很高的空氣等。正因如此,風(fēng)電應用中的電纜性能無(wú)疑比其它應用更高。而風(fēng)機內的運動(dòng)部件進(jìn)一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

  現有風(fēng)場(chǎng)的維護和新的大規模風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)都需要考慮采用高等級的電力電纜、數據與控制電纜和通信電纜,它們決定了電網(wǎng)和通信系統的互連質(zhì)量。單個(gè)風(fēng)電機組所需的電纜數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(chǎng)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℃)、并且暴露在極強紫外線(xiàn)的照射下。因此,要達到預期的使用壽命,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(xiàn)的輻射。對風(fēng)機內的運動(dòng)部件而言,電纜應具有優(yōu)異的扭轉和彎曲柔韌性,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(chǎng)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。出于安全考慮,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)電應用中使用的電纜一般應滿(mǎn)足以下要求:

  (1) 導線(xiàn)

  為盡量提高柔曲性,推薦設計工程師只使用多股數的退火軟銅線(xiàn)。在彎曲繞折類(lèi)應用中,采用短的同心絞線(xiàn)構造;在扭轉繞折類(lèi)應用中,采用長(cháng)的同心絞線(xiàn)構造。面積大于6mm2(10AWG)的導線(xiàn)要求使用復合絞線(xiàn)結構。

  (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(lèi)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。

  應當注意,電纜結構也是電纜柔韌性的決定性因素。采用平衡結構的對稱(chēng)導線(xiàn)設計通常具有高柔韌性。

  即使電纜制造時(shí)遵循這些一般規則,仍強烈建議進(jìn)行完全的測試,以仿真"實(shí)際"應用。

  電纜測試方法和程序

  根據風(fēng)向,需要由偏航驅動(dòng)器調整風(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。這就對扭轉撓曲性要求更加嚴格,也需要更多關(guān)注。雖然目前沒(méi)有扭轉撓曲性方面的標準或法規,但最終用戶(hù)通常仍追求電纜在投入使用前能通過(guò)某些方式的測試。

  下面是電纜行業(yè)中最終用戶(hù)采用的一般測試方法。

  (1) 單根電纜在低溫(-40℃)下的扭轉應力測試:

  將一根10米長(cháng)的垂直懸掛電纜樣品的頂端固定,底端綁定到一個(gè)旋轉裝置上。首先,將電纜順時(shí)鐘扭轉4圈(+1440o),然后逆時(shí)針回轉4圈,恢復到原始位置。接著(zhù)將電纜逆時(shí)針扭轉4圈(-1440o),然后順時(shí)針回轉4圈,恢復到原始位置。重復上述整個(gè)過(guò)程5000次以模擬20年的使用情況。如果在2.5U0條件下經(jīng)過(guò)5分鐘,電纜沒(méi)被擊穿、護套也沒(méi)有裂紋,那么這根電纜就通過(guò)了測試。

  注意:取決于電纜的電壓等級,U0可以是600、1000或2000V。

  (2) 一束電纜的扭轉應力測試

  測試程序與(1)相同,只是換成了電纜束。

  風(fēng)電電纜標準

  目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對風(fēng)電應用中使用電纜的標準。許多電纜制造商遵循IEC 60228 Class 5或6(類(lèi)似于DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)標準,使用光面或鍍金屬的退火多股銅線(xiàn)作為風(fēng)電電纜導線(xiàn)以獲得所需的柔韌性。有趣的是,IEC 60228只為電力電纜規定了導線(xiàn)的標稱(chēng)橫截面面積和導線(xiàn)中電線(xiàn)的數量和尺寸,這給電纜制造商提供了很大自由度。因此,即使電纜滿(mǎn)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標準)不僅規定了導線(xiàn)中每股電線(xiàn)的尺寸和數量,還規定了導線(xiàn)結構(如同心絞線(xiàn)、復合絞線(xiàn)和集合絞線(xiàn)等結構),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)的通用標準。

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

  由于歐洲國家早于北美國家開(kāi)發(fā)用于風(fēng)能市場(chǎng)的電纜,因此電纜制造商目前更多的采用歐洲標準。盡管如此,類(lèi)似的美國UL標準具有相同功用,且在某些情況下,UL標準對風(fēng)能應用有更嚴格的要求。


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