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淺(qiǎn)談(tán)低溫柔性電纜性能要求及測(cè)試方法

時間:2017-09-22 11:09:32 來源(yuán):青纜科技 點擊:

  一般來說,風場位於特殊氣候條件的惡劣環境中,例如,強風(fēng)、強紫外線和含鹽度很高的空氣等。正因如此,風電應用中的電纜性能(néng)無疑比其它應用更高(gāo)。而風機內的運動部件進一步(bù)提(tí)高了正確選擇電纜的重要性。"

  現有風場(chǎng)的維護和新的大規模風場開發都需(xū)要考慮采用高等級的電力(lì)電纜、數據與控製電纜和通信電纜,它們決定(dìng)了電(diàn)網和通信係統的互連質量。單個風電機組所需的電(diàn)纜數量(liàng)比人們想像的要多。例如,一台90米高的1.25MW風力發電機需要約1km的電力電纜。這樣算,50MW裝機容量的風場將需要40km的電(diàn)纜。

  風電(diàn)機組工作在惡劣環境,這種環境一般具有寬溫度範圍(約-40℃至50℃)、並且暴露在極強紫外線的照射下。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℃的低溫及可抵禦紫外(wài)線的輻射。對風機(jī)內的運動部件而言,電纜應具有優(yōu)異(yì)的扭轉和彎曲柔韌性,並具有很小的彎曲半徑。電纜還(hái)需要能抗燃料(liào)、抗冷凍(dòng)劑、耐油、耐(nài)腐蝕性化學品及抗磨損(sǔn)。如果風場是靠近海岸的陸地或位於海上,電纜都還必須耐高含鹽水的侵蝕。出(chū)於安全考慮,除上述要求外,還要求電纜具有阻燃性。在某些情(qíng)況下,還要求低煙、零鹵素(LSZH)材料和EMI保護(hù)等其它特性(xìng)。

  綜上所述,風電應用中使用(yòng)的電纜一般應滿足以下要求:

  (1) 導線

  為盡(jìn)量提高柔曲性,推薦設計工(gōng)程師(shī)隻使(shǐ)用多股(gǔ)數的退火軟銅線。在彎曲繞折(shé)類(lèi)應用中,采用短的同心絞線構造;在(zài)扭轉繞折類應用中,采用長的同心絞線構造(zào)。麵(miàn)積大於6mm2(10AWG)的導線要求使(shǐ)用複合絞線結構。

  (2) 絕緣

  為增加低溫柔韌性,通(tōng)常選擇熱塑性橡膠(TPE)、乙丙橡膠(EPR,一種EPM或EPDM)或矽橡膠(SiR)作為絕緣(yuán)材料,以抵抗臭氧(yǎng)腐蝕和發熱引起的老化。PVC/尼龍絕緣由於具有高電介強度(dù)也得到了廣泛應用。

  (3) 護套

  電纜護(hù)套既可以是諸如聚氯(lǜ)乙(yǐ)烯(CPE)、聚氯丁烯(氯丁橡(xiàng)膠)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成(chéng)橡膠等熱固性化合物;也可(kě)是類似TPE、TPE-PVC合金和(hé)聚亞安(ān)酯等熱(rè)塑(sù)性(xìng)化合物。這些材料都具有抗油、抗燃料、耐溶劑腐蝕等能力,並(bìng)且在低溫下具有出色的柔韌性。這種特性使其成為(wéi)風電電纜的理想護套材料。

  應當注意,電纜結(jié)構也是電纜柔韌(rèn)性的決定性因素。采用平衡結構的(de)對(duì)稱導線設計通常具有高柔韌性。

  即使電纜製造時遵循這些一般規則,仍強烈建議進行完全的測試,以仿真"實際"應用。

  電(diàn)纜測試方法和程序

  根(gēn)據風向,需要由偏航驅動器(qì)調整風機角度。電力、控製和通信電纜要麽沿(yán)水平軸彎曲,要麽沿垂(chuí)直軸旋轉。這就對扭轉撓曲性要求更加嚴格(gé),也需要更多(duō)關注。雖然目(mù)前沒有扭轉撓(náo)曲性方麵的標準或法規(guī),但最終用戶通常仍追求(qiú)電纜在投入使用前能通過(guò)某些方式的測試。

  下麵是電纜行業中最終用戶采用(yòng)的一般(bān)測試方法。

  (1) 單根電纜(lǎn)在低(dī)溫(-40℃)下的扭轉應(yīng)力測試:

  將一根10米長的垂直(zhí)懸掛電纜樣品的(de)頂端固(gù)定,底端綁定到一個旋轉裝置上。首先,將電纜順時(shí)鍾扭轉4圈(+1440o),然(rán)後逆時針回轉4圈,恢複到原始位置。接著將電纜逆時針扭轉4圈(-1440o),然(rán)後順時針回轉4圈,恢複到原始位置。重(chóng)複上述整個過程5000次以模擬20年的使用(yòng)情況(kuàng)。如果在2.5U0條件下經過5分(fèn)鍾,電纜沒被擊穿、護套也沒有裂紋(wén),那麽這根電纜就通過了測試。

  注(zhù)意(yì):取決於電纜的電壓等級(jí),U0可以是(shì)600、1000或2000V。

  (2) 一束電纜的扭轉應力測試

  測試程序與(1)相同(tóng),隻是換成了電纜束。

  風電(diàn)電(diàn)纜標準

  目前還沒有專門針對風電應用中使用電纜的標準。許多電纜製造商遵循IEC 60228 Class 5或(huò)6(類似於DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)標準,使用光(guāng)麵或(huò)鍍金屬的(de)退火多股銅(tóng)線作為風電電纜導線以獲得所需的柔韌性。有趣的是,IEC 60228隻為電力電(diàn)纜規定了導線的標稱橫截麵麵積和導(dǎo)線(xiàn)中電線的數量和尺寸,這給電(diàn)纜製造商提供(gòng)了很大自由度。因(yīn)此,即使電纜(lǎn)滿足IEC 60288 Class 5或6的要求,電纜性能也經常(cháng)會(huì)不盡如(rú)人意。而(ér)UL 62(涉及多個ASTM標準)不僅規定了(le)導線(xiàn)中每股電線的尺寸和數量,還規定了導線結構(如同心絞線、複合絞線和集合絞線等結構),這些都是電纜柔韌性性能的關鍵。至於絕(jué)緣和護(hù)套,許多製造商遵循DIN VDE 0207-20和DIN VDE 0207-21。HD 22.1、HD 22.4、UL 44和UL 62也成為電纜生產的通用標準。

  諸如UL 758、UL 1581、UL 1277、UL 2277、IEC 60332等其它標準也經常(cháng)被(bèi)用於支持一些額外(wài)特性,如風機(jī)機架電纜(WTTC)規範和可燃性等級要求。

  由於歐洲國家早於北美國家開發(fā)用於風能市場的電纜,因(yīn)此(cǐ)電纜(lǎn)製造商目前更多的采用歐洲標準(zhǔn)。盡管如此,類似的美國UL標準具有相(xiàng)同功用,且在某些情況下,UL標準對風能應用有更嚴格的要求。


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