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低温柔性电缆性能要求及测试方法


一般来说,风场位于具有特殊气候条件的恶劣环境中,如强风、强紫外线和高盐度空气。因此,风力发电应用中的电缆性能无疑高于其他应用。风扇中的活动部件进一步增强了正确选择电缆的重要性。“


现有风电场的维护和新的大型风电场的开发需要考虑使用高级电力电缆、数据和控制电缆以及通信电缆,这些电缆决定了电网和通信系统的互联质量。单个风力涡轮机所需的电缆数量比人们想象的要多。例如,90米高的1.25兆瓦风力涡轮机需要大约1公里长的电力电缆。根据这一计算,一个装机容量为50MW的风电场需要40公里的电缆。


风力涡轮机在恶劣的环境中运行,通常具有较宽的温度范围(约-40至50℃),并且暴露在极强的紫外线辐射下。因此,为了达到预期的使用寿命,所使用的特殊电缆需要能够承受-40℃的低温和抗紫外线辐射。对于风扇中的活动部件,电缆应具有良好的扭转和弯曲灵活性以及较小的弯曲半径。电缆还需要耐燃料、冷却剂、油、腐蚀化学品和磨损。如果风场位于海岸附近的陆地或海上,电缆还必须能够抵抗高盐度水的侵蚀。出于安全原因,除了上述要求,电缆还需要阻燃。在某些情况下,还需要其他特性,如低烟、无卤素(LSZH)材料和电磁干扰保护


总之,风力发电应用中使用的电缆一般应满足以下要求:


(1)导线

为了最大限度地提高灵活性,建议设计工程师仅使用多股退火软铜线。在弯曲和缠绕应用中,使用短同心绞线。在加捻卷绕应用中,使用长同心股线面积大于6mm2(10AWG)的导体需要使用复合绞合线结构。


(2)绝缘

热塑性橡胶(TPE)、乙丙橡胶(EPR)、EPM或三元乙丙橡胶(EPDM)或硅橡胶(SiR)通常被选为绝缘材料,以增加低温柔韧性,抵抗臭氧腐蚀和发热引起的老化聚氯乙烯/尼龙绝缘由于其高介电强度也得到广泛应用。


(3)护套

电缆护套可以是热固性化合物,如聚氯乙烯(CPE)、聚氯丁二烯(polchloroprene)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成橡胶等。它也可以是热塑性化合物,例如热塑性弹性体、热塑性弹性体-聚氯乙烯合金和聚氨酯这些材料具有抗油、燃料和溶剂腐蚀的能力,并且在低温下具有优异的柔韧性。这一特性使其成为风力发电电缆的理想护套材料。


应该指出,电缆结构也是电缆灵活性的决定性因素。具有平衡结构的对称导体设计通常具有高灵活性


即使在电缆制造中遵循这些一般规则,强烈建议进行完整的测试来模拟“实际”应用。


电缆测试方法和程序


根据风向,偏航驱动器需要调整风扇角度电力、控制和通信电缆或者沿着水平轴弯曲,或者沿着垂直轴旋转这需要更严格的扭转灵活性,并需要更多的关注。虽然目前还没有关于扭转挠性的标准或法规,但最终用户通常仍然认为电缆在投入使用前可以通过某些测试。


以下是电缆行业最终用户使用的通用测试方法


(1)单根电缆在低温(-40℃)下的扭转应力试验:

固定一根10米长的垂直悬挂电缆样品的顶端,并将底端固定在旋转装置上首先,顺时针旋转电缆4圈(+1440度),然后逆时针旋转4圈以返回原始位置然后逆时针旋转电缆4圈(-1440度),然后顺时针旋转4圈以返回原始位置整个过程重复5000次以模拟20年的使用。如果在2.5U0的条件下,5分钟后电缆没有穿孔,护套也没有开裂,则说明电缆通过了测试。

注意:U0可以是600、1000或2000伏,这取决于电缆的电压水平


(2)一束电缆的扭转应力测试程序

与(1)相同,只是用一束电缆代替

风力发电电缆标准


目前没有专门用于风力发电应用的电缆标准许多电缆制造商遵循国际电工委员会60228第5类或第6类(类似于德国工业标准VDE0295第5类或第6类、德国标准383、英国标准3956第5类或第6类)标准,并使用光滑或金属化退火多股铜线作为风力电缆导体,以获得所需的灵活性。有趣的是,国际电工委员会60228只规定了电力电缆电线的标称横截面积以及电线中电线的数量和尺寸,这给了电缆制造商很大的自由度。因此,即使电缆符合国际电工委员会60288第5类或第6类的要求,电缆性能也往往不能令人满意。UL62(涉及多个美国材料试验标准)不仅规定了电线中每根电线的尺寸和数量,还规定了电线结构(如芯绞线、复合绞线和集合绞线),这是电缆灵活性的关键。至于绝缘和护套,许多制造商遵循德国工业标准VDE0207-20和VDE工业标准0207-21。HD22.1、HD22.4、UL44和UL62也已成为电缆生产的通用标准。


其他标准,如UL758、UL1581、UL1277、UL2277、国际电工委员会60332等。也经常用于支持一些附加功能,例如风扇架电缆(WTTC)规格和可燃性等级要求。


随着欧洲国家比北美国家更早为风能市场开发电缆,电缆制造商现在采用了更多的欧洲标准。然而,类似的美国UL标准具有相同的功能,在某些情况下,UL标准对风能应用有更严格的要求。

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