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，強風(fēng)、強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)機內(nèi)的運動部件進一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

現(xiàn)有風(fēng)場的維護和新的大規(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)電機需要約1km的電力電纜。這樣算，50MW裝機容量的風(fēng)場將需要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*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℃的低溫及可抵御紫外線的輻射。對風(fēng)機內(nèi)的運動部件而言，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度也得到了廣泛應(yīng)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(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，仍強烈建議進行*的測試，以仿真"實際"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、護套也沒有裂紋，那么這根電纜就通過了測試。鋼絲鎧裝電力電纜VV32

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)機機架電纜(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。

電力工程中電纜敷設(shè)知識小結(jié)

供電系統(tǒng)運行質(zhì)量、ān全性和可靠性不僅與電線電纜本身質(zhì)量有關(guān)，還與電纜附件和線路的施工質(zhì)量有關(guān)。

　　1.電纜的敷設(shè)方式

　　電纜的敷設(shè)方式有以下幾種:直埋敷設(shè)、穿管敷設(shè)、淺槽敷設(shè)、電纜溝敷設(shè)、電纜隧道敷設(shè)、架空敷設(shè)幾種方式都有優(yōu)缺點,一般要考慮城市發(fā)展規(guī)劃,現(xiàn)有建筑物的密度電纜線路長度敷設(shè)條數(shù)及其周圍環(huán)境的影響等。從技術(shù)上比較,電纜隧道方式和電纜溝敷設(shè)方式便于電纜的施工、維護和檢修。在一些發(fā)達國家城市中,城市規(guī)劃建設(shè)時,已考慮公用隧道。實踐證明公用隧道運行效果良好,大大降低了重復(fù)投資次數(shù)和反復(fù)開挖路面的現(xiàn)象,但初期投資巨大,建筑材料耗資金,在國內(nèi),由于各種因素的限制,這種敷設(shè)方式是極少的。相比而言,直埋敷設(shè)和淺槽敷設(shè)則是屬于經(jīng)濟型的敷設(shè)方式,直埋電纜是zuì經(jīng)濟而廣泛系用電敷設(shè)方式,它運用于郊區(qū)和車輛通行不太頻繁的地方。但不利于電纜的維護和檢修,一旦遇到電纜故障,即使使用測試儀測出故障點,也要重新挖開電纜溝,極不方便。因此電纜敷設(shè)方式的選擇,要結(jié)合實際情況,根據(jù)工程條件、環(huán)境特點、電纜型號和數(shù)量等因素,用發(fā)展的眼光,按照滿足運行可靠性、便于維護的要求和技術(shù)經(jīng)濟合理的原則確定。

　　2.電纜的選型

　　常用的電力電纜有油浸電纜、聚氯乙烯絕緣電纜、交聯(lián)聚乙烯電纜等,根據(jù)使用場合的不同,又延伸為不同種類的特種電纜。目前,隨著生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷提高,交聯(lián)聚乙烯電纜已成為使用zuì廣的電纜產(chǎn)品,在電纜選型時,應(yīng)根據(jù)使用的不同環(huán)境和條件,結(jié)合具體情況進行選擇,盡量減少穿越各種管邊鐵路,公路和通訊電纜;如采用直埋和淺槽敷設(shè)方式時,應(yīng)考慮使用加鋼鎧的電纜。

　　3.電纜截面積的選擇

　　電纜截面積的選擇,關(guān)系到投資多少、線路的損耗和電壓質(zhì)量、電纜的使用壽命等。如選用截面積偏小,會導(dǎo)致電壓質(zhì)量下降、線路損耗過大,則會使初期投資太高。因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果,發(fā)展規(guī)劃,選擇合適的截面積,使電力電纜滿足zuì大工作電流下的纜芯溫度要求和電壓降要求,zuì大短路電流作用下的熱穩(wěn)定要求。由于負(fù)荷預(yù)測工作難度性高、準(zhǔn)確性較低,因此,選擇電纜截面積時,還要滿足《城市中低壓配電網(wǎng)改造技術(shù)導(dǎo)則》和《城市電力網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》要求。

　　在三相四線制低壓電網(wǎng)選用電力電纜時,還要考慮零線截面積的選擇,在公用低壓網(wǎng)絡(luò)中,由于受用戶因素影響較大,三相負(fù)荷平衡難以控制,為改善電壓質(zhì)量,降低線損,零線截面積應(yīng)與相線截面積相同。

　　4.關(guān)于電纜網(wǎng)絡(luò)及電纜網(wǎng)絡(luò)自動化

　　隨著電力電纜在配電網(wǎng)中的不斷推廣與使用,配電網(wǎng)可分為電纜網(wǎng)絡(luò)和架空網(wǎng)絡(luò)(含架空、電纜混合網(wǎng)絡(luò))。《關(guān)于<城市中低壓配電網(wǎng)改造技術(shù)導(dǎo)則>的實施情況及補充意見》也對電纜配電網(wǎng)絡(luò)自動化提出了具體要求。因此,在配電網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)采用電纜網(wǎng)絡(luò)時,應(yīng)按照配電自動化的要求,采用新技術(shù)、新設(shè)備,有條件的要考慮自動化試點工作,條件不成熟的也要在配套設(shè)備選型時,考慮有充分余地,為實現(xiàn)自動化方案打下基礎(chǔ)。

鋼絲鎧裝電力電纜VV32　　5.電力電纜施工中應(yīng)注意的問題

　　1、是大電流電力電纜引發(fā)的渦流問題

　　電力電纜在施工中,有采用鋼支架的,有采用鋼質(zhì)保護管的,有采用電纜卡與架空敷設(shè)的,凡是在電力電纜周圍形成鋼(鐵)性閉合回路的,均有可能形成渦流,特別是在大電流電力電纜系統(tǒng)中,渦流更大。在電力電纜施工時,必須采取措施,使電纜周圍不能形成鋼(鐵)性閉合回路,防止電纜引起渦流現(xiàn)象發(fā)生。

　　2、是電力電纜的轉(zhuǎn)彎引起的機械性損傷問題

　　由于電力電纜外徑較大,運輸、敷設(shè)較為困難,電力電纜對轉(zhuǎn)彎半徑的要求也比較嚴(yán)格。電力電纜在施工中,如果轉(zhuǎn)彎角度過大,可能使導(dǎo)體內(nèi)部受到機械損傷,而機械損傷因被電纜絕緣強度下降,直到出現(xiàn)故障,施工中發(fā)現(xiàn)一次電纜頭故障,在電纜頭制作時,三根電纜頭長度*,與設(shè)備連接時由于受地形限制,中相電纜頭偏長而成為拱形,電纜頭根部受損放電。后采取措施,在設(shè)備的連接,適當(dāng)縮短中相電纜頭連接長度,使三相電纜頭均不受外力,實踐證明運行效果良好。由此可見,電纜施工過程中,要盡可能減少電纜受到的扭力,在電纜轉(zhuǎn)彎和裕留電纜時,讓電纜處于自然彎曲,杜絕內(nèi)部機械損傷現(xiàn)象。

　　3、是電力纜防潮問題

　　運行經(jīng)驗表明,中、低壓電力電纜故障大部分為電纜中間接頭和終端頭故障,而中間接頭和終端頭故障則大部分是因密封不良,潮氣侵入而造成絕緣強度下降,而中、低壓電力電纜網(wǎng)多采用樹枝狀供電方式,電纜終端頭數(shù)量較多,因此把好電纜終端頭和中間接頭堵漏密封關(guān)是保證電纜ān全可靠運行的重要措施之一。

　　4、是中、低壓電力電纜接地問題

　　在公用中、低壓電力電纜網(wǎng)上,由于三相負(fù)荷不是相等的,因此,如果采用有金屬護層的電纜,必須考慮金屬護層的接地問題,并保證在金屬護層的任一點非接地處的正常感應(yīng)電壓不得大于100V。我們認(rèn)為,在中、低壓電纜網(wǎng)中,所有電纜接頭處均應(yīng)設(shè)置接地極(網(wǎng)),并使金屬護層可靠接地。