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。hya5×2×0.6 20×2×0.6市話電纜

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。

耐熱型電線電纜幾種類別

（一） 耐熱材料的電線電纜

    耐熱材料的電線電纜是絕緣和護套材料本體樹脂具有耐熱性能，主要品種有：聚氨脂（可達155℃級）、聚脂（可達135℃）、聚偏氟乙烯（150℃）和尼龍（可達115℃）的絕緣或護套材料。常用于通信、汽車、電機、建筑等行業。

　　（二）普通電纜材料通過各種方式的改性而達到耐熱性：

　　1、橡膠材料的耐熱改性

　　橡膠材料因其耐熱性差，因而提高工作溫度的余度較小，普通橡膠填加較多熱穩定劑和經交聯處理才能達到90℃，因而不能稱為耐熱電纜，如丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯等。主要應用于橡膠絕緣移動用軟電線、橡膠絕緣軟電力電纜和控制電纜等。

但三元乙丙橡膠可經改性，使耐溫等級提高到135℃，加上具有較好的絕緣性能，因而在橡膠方面具有較好的發展前景。

　　2、聚氯乙烯電纜的改性

　　普通聚氯乙烯電纜的工作溫度為70℃，聚氯乙烯電纜料的高可混性，使其改性成為可能，多量的熱穩定劑的使用，可便PVC的耐熱從70℃上升到90℃或105℃，因而大大擴大了PVC這種老式材料的適用性，也許這就是PVC電纜長盛不衰的原因之一吧？

90℃PVC電纜料常用于交聯聚乙烯電纜護套，主要用于電力、控制和電氣裝備線纜，由于PVC的改性，使本可淘汰的PVC電纜料在護套的使用上將會延續相當長的時間。

　　聚氯乙烯丁jīng復合物的主要成分是PVC，因而與聚氯乙烯丁jīng復合物電纜與PVC絕緣電纜具有相同的改性性能。

hya5×2×0.6 20×2×0.6市話電纜 　　3、聚乙烯電纜的改性

　　聚乙烯材料的塑性較好，但可填充性較差，因而不能填加熱穩定劑方法提高耐熱溫度。聚乙烯電纜可通過DCP干法化學交聯和硅烷溫水交聯將工作溫度提高到90℃，前者用于中高壓電力電纜，后者用于低壓電纜。

　　但另一種交聯方式--輻照交聯改性，則可將聚烯烴（主要是聚乙烯）的工作溫度大幅度提高，經輻照的絕緣料可按條件不同，耐溫可達到105℃、125℃、135℃、150℃，國外則有能提高到180℃。主要是通過高能電子轉化成穩定的鍵能，使其分子結構對熱穩定性加強，同時配以適當的熱穩定劑，根據能級大小和熱穩定劑的效能，分為不同耐熱等級。

　　輻照交聯工業常用加工設備為電子加速器，是將電子束高壓增加能量，達到交聯聚烯烴材料的目的，電費加工常用加速器能級為1.0 ~ 3MeV。輻照交聯還可對橡膠、PVC和氟塑料等材料進行交聯。

　　輻照交聯聚烯烴電線電纜主要用于耐熱建筑線、汽車線、航空導線、機車線電線和電機電器引接線等。

　　耐熱電纜是中等溫度的電纜，具有一定耐熱性，能適應一定溫度環境。而應用zuì多的是，在電力傳輸電纜中，在能夠保證絕緣性能的同時，增加電纜載流能力，減少電纜重量和截面，意義重大。