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。MHYA32系列礦用通信電纜_30對

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PVC電線電纜的環保要求

發達國家嚴禁使用非環保電纜，我國也十分重視這個領域。我國相關法律法規明令要求重要建筑禁止使用聚lǜ乙烯電線電纜，必須采用無鹵低煙交聯PVC電線電纜，以避免火災發生時大量濃煙、lǜ氣，造chéng人員傷亡。

　　環保電纜將有力帶動電纜行業發展，提升電纜生產企業競爭力，并在綠色實踐和創新中，使電纜產業在可持續發展道路上越走越穩。近年來，我國電纜企業逐步向環保電纜、低煙無鹵型電纜等方向努力，盡可能做到不含有鉛、鎘、汞等重金屬，不含有溴系阻燃劑，不產生有害的鹵素氣體，不產生腐蝕性氣體，燃燒時發熱量少，不污染土壤等等，環保電纜將會更加受到市場的青睞，在電網公司招標中更容易獲得高額訂單。

　　用戶對環保型電線電纜的要求，歸納起來有以下幾點：　　

　　1.要求鉛和重金屬的含量低

　　*，鉛和某些重金屬會對人體健康造成不利影響，而在PVC配方中，通常需要混入鉛、鎘、鋇等重金屬化合物的添加劑。但是，從上世紀90年代以來，一些發達國家及大電氣公司相繼制定法規，在所用的PVC電線電纜中，有八種重金屬含量不得大于規定。這些新規定既給電線電纜制造商帶來新的商機，又給PVC電纜制造商帶來嚴重的挑戰。

　　2.要求其低煙與低氧化氫

　　良好的阻燃性能是PVC電線電纜一個十分明顯的優點，但是，普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時，會釋放出濃濃的黑煙和大量的HCI氣體，從而造成起火后的"二次災害"，嚴重影響人員撤離和消防救護工作的開展。所以，在對電線電纜提出阻燃要求的同時，在某些使用場合還會進一步提出"低煙"和"低HCI"的要求。

MHYA32系列礦用通信電纜_30對 　　3.要求低毒或無毒

　　對于某些可能與食品、血液制品接觸的家用電器、醫療衛生電器以及兒童電動玩具上使用的線纜，除要求無鉛無重金屬外，還要求無毒（或低毒）。這就是說，在PVC配方中使用的所有成分材料均應是無毒的。電纜料中含有大量的增塑劑，但制造無毒料必須選用無毒的增塑劑。因此，這種PVC料的要求比無鉛無重金屬料的更高，售價也自然更貴。

　　4.其他禁物用

　　目前，歐盟正審理的法規，對下列物品進行了限制，以確保電線電纜能復合環保要求。例如：1）石棉；2）多由聯苯及其醚類，多溴*；3）多lǜ聯苯；4）短鏈（C10~C13）lǜ化石蠟。

　　隨著環境問題越來越受到重視，許多國家已經紛紛制定了各種環保政策，因此人們更傾向于使用綠色環保電纜。低煙無鹵阻燃電纜材料就是目前較熱門的環保電纜之一。盡管我國市場對綠色環保電纜的需求日益增長，但與發達國家相比，我國在相關政策制定和強制性應用方面還有很長的一段路要走，我國應盡快完善環保電纜標準。