淺談低溫柔性電纜性能要求及測試方法

一般來說，風場位于特殊氣候條件的惡劣環境中，例如，強風、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無疑比其它應用更高。而風機內的運動部件進一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

現有風場的維護和新的大規模風場開發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，它們決定了電網和通信系統的互連質量。單個風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的電纜。

風電機組工作在惡劣環境，這種環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。對風機內的運動部件而言，電纜應具有優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、耐腐蝕性化學品及抗磨損。如果風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，風電應用中使用的電纜一般應滿足以下要求：

(1) 導線

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

(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導線設計通常具有高柔韌性。

即使電纜制造時遵循這些一般規則，仍強烈建議進行*的測試，以仿真"實際"應用。

電纜測試方法和程序

根據風向，需要由偏航驅動器調整風機角度。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，也需要更多關注。雖然目前沒有扭轉撓曲性方面的標準或法規，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℃)下的扭轉應力測試：

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裝置上。首先，將電纜順時鐘扭轉4圈(+1440o)，然后逆時針回轉4圈，恢復到原始位置。接著將電纜逆時針扭轉4圈(-1440o)，然后順時針回轉4圈，恢復到原始位置。重復上述整個過程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。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) 一束電纜的扭轉應力測試

測試程序與(1)相同，只是換成了電纜束。

風電電纜標準

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)標準，使用光面或鍍金屬的退火多股銅線作為風電電纜導線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的標稱橫截面面積和導線中電線的數量和尺寸，這給電纜制造商提供了很大自由度。因此，即使電纜滿足IEC 60288 Class 5或6的要求，電纜性能也經常會不盡如人意。而UL 62(涉及多個ASTM標準)不僅規定了導線中每股電線的尺寸和數量，還規定了導線結構(如同心絞線、復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等其它標準也經常被用于支持一些額外特性，如風機機架電纜(WTTC)規范和可燃性等級要求。

由于歐洲國家早于北美國家開發用于風能市場的電纜，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標準對風能應用有更嚴格的要求。

討論高壓電纜常見問題產生的原因

電纜是供電設備與用電設備之間的橋梁，起傳輸電能的作用。應用廣泛，因此故障也經常發生，下面簡要的分析YJV高壓電纜常見問題產生的原因，按照故障產生的原因進行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類。

　　電纜是供電設備與用電設備之間的橋梁，起傳輸電能的作用。應用廣泛，因此故障也經常發生，下面簡要的分析YJV高壓電纜常見問題產生的原因，按照故障產生的原因進行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類。

　　一、廠家制造原因

　　廠家制造原因根據發生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統原因三類。

　　1、電纜本體制造原因

　　一般在電纜生產過程中容易出現的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質、內外屏蔽有突起、交聯度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封不良等， 有些情況比較嚴重可能在竣工試驗中或投運后不久出現故障，大部分在電纜系統中以缺陷形式存在，對電纜*ān全運行造成嚴重隱患。

　　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，需要現場制作的工作量大，并且因為現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有氣隙和雜質，所以容易發生問題。國內普遍采用的型式是組裝型和預制型。

　　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在電纜絕緣屏蔽斷口處，因為這里是電應力集中的部位，因制造原因導致電纜接頭故障的原因有應力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等原因。

　　3、電纜接地系統

　　電纜接地系統包括電纜接地箱、電纜接地保護箱(帶護層保護器)、電纜交叉互聯箱、護層保護器等部分。一般容易發生的問題主要是因為箱體密封不好進水導致多 點接地，引起金屬護層感應電流過大。另外護層保護器參數選取不合理或質量不好氧化鋅晶體不穩定也容易引發護層保護器損壞。

HYA53-20*2*0.5鎧裝通信電纜　　二、施工質量原因

　　因為施工質量導致高壓電纜系統故障的事例很多，主要原因有以下幾個方面：

　　1、現場條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時環境和工藝要求都很高，而施工現場溫度、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留下細小的滑痕，半導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，絕緣中也會吸入水分，這些都給*ān全運行留下隱患。

　　3、安裝時沒有嚴格按照工藝施工或工藝規定沒有考慮到可能出現的問題。

　　4、竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場導致絕緣破壞。

　　5、因密封處理不善導致。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構，在現場施工中保證鉛封的密實，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。

     三、設計原因

　　因電纜受熱膨脹導致的電纜擠傷導致擊穿。交聯電纜負荷高時，線芯溫度升高，電纜受熱膨脹，在隧道內轉彎處電纜頂在支架立面上，*大負荷運行電纜蠕動力量很大，導致支架立面壓破電纜外護套、金屬護套，擠入電纜絕緣層導致電纜擊穿。