浅谈低温柔性电缆性能要求及测试方法

一般来说，风场位于特殊气候条件的恶劣环境中，例如，强风、强紫外线和含盐度很高的空气等。正因如此，风电应用中的电缆性能无疑比其它应用更高。而风机内的运动部件进一步提高了正确选择电缆的重要性。"

现有风场的维护和新的大规模风场开发都需要考虑采用高等级的电力电缆、数据与控制电缆和通信电缆，它们决定了电网和通信系统的互连质量。单个风电机组所需的电缆数量比人们想像的要多。例如，一台90米高的1.25MW风力发电机需要约1km的电力电缆。这样算，50MW装机容量的风场将需要40km的电缆。

风电机组工作在恶劣环境，这种环境一般具有宽温度范围(约-40℃至50℃)、并且暴露在*紫外线的照射下。因此，要达到预期的使用寿命，所使用的特殊电缆需要能够承受-40℃的低温及可抵御紫外线的辐射。对风机内的运动部件而言，电缆应具有优异的扭转和弯曲柔韧性，并具有很小的弯曲半径。电缆还需要能抗燃料、抗冷冻剂、耐油、耐腐蚀性化学品及抗磨损。如果风场是靠近海岸的陆地或位于海上，电缆都还必须耐高含盐水的侵蚀。出于ān全考虑，除上述要求外，还要求电缆具有阻燃性。在某些情况下，还要求低烟、零卤素(LSZH)材料和EMI保护等其它特性。

综上所述，风电应用中使用的电缆一般应满足以下要求：

(1) 导线

为尽量提高柔曲性，*设计工程师只使用多股数的退火软铜线。在弯曲绕折类应用中，采用短的同心绞线构造；在扭转绕折类应用中，采用长的同心绞线构造。面积大于6mm2(10AWG)的导线要求使用复合绞线结构。

(2) 绝缘

为增加低温柔韧性，通常选择热塑性橡胶(TPE)、乙丙橡胶(EPR，一种EPM或EPDM)或硅橡胶(SiR)作为绝缘材料，以抵抗臭氧腐蚀和发热引起的老化。PVC/尼龙绝缘由于具有高电介强度也得到了广泛应用。

(3) 护套

电缆护套既可以是诸如聚氯乙烯(CPE)、聚氯丁烯(氯丁橡胶)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成橡胶等热固性化合物；也可是类似TPE、TPE-PVC合金和聚亚安酯等热塑性化合物。这些材料都具有抗油、抗燃料、耐溶剂腐蚀等能力，并且在低温下具有出色的柔韧性。这种特性使其成为风电电缆的理想护套材料。

应当注意，电缆结构也是电缆柔韧性的决定性因素。采用平衡结构的对称导线设计通常具有高柔韧性。

即使电缆制造时遵循这些一般规则，仍强烈建议进行*的测试，以仿真"实际"应用。

电缆测试方法和程序

根据风向，需要由偏航驱动器调整风机角度。电力、控制和通信电缆要么沿水平轴弯曲，要么沿垂直轴旋转。这就对扭转挠曲性要求更加严格，也需要更多关注。虽然目前没有扭转挠曲性方面的标准或法规，但zuì终用户通常仍追求电缆在投入使用前能通过某些方式的测试。

下面是电缆行业中zuì终用户采用的一般测试方法。

(1) 单根电缆在低温(-40℃)下的扭转应力测试：

将一根10米长的垂直悬挂电缆样品的顶端固定，底端绑定到一个旋转装置上。首先，将电缆顺时钟扭转4圈(+1440o)，然后逆时针回转4圈，恢复到原始位置。接着将电缆逆时针扭转4圈(-1440o)，然后顺时针回转4圈，恢复到原始位置。重复上述整个过程5000次以模拟20年的使用情况。如果在2.5U0条件下经过5分钟，电缆没被击穿、护套也没有裂纹，那么这根电缆就通过了测试。HYA50*2*0.8全塑市话电缆

注意：取决于电缆的电压等级，U0可以是600、1000或2000V。

(2) 一束电缆的扭转应力测试

测试程序与(1)相同，只是换成了电缆束。

风电电缆标准

目前还没有专门针对风电应用中使用电缆的标准。许多电缆制造商遵循IEC 60228 Class 5或6(类似于DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)标准，使用光面或镀金属的退火多股铜线作为风电电缆导线以获得所需的柔韧性。有趣的是，IEC 60228只为电力电缆规定了导线的标称横截面面积和导线中电线的数量和尺寸，这给电缆制造商提供了很大自由度。因此，即使电缆满足IEC 60288 Class 5或6的要求，电缆性能也经常会不尽如人意。而UL 62(涉及多个ASTM标准)不仅规定了导线中每股电线的尺寸和数量，还规定了导线结构(如同心绞线、复合绞线和集合绞线等结构)，这些都是电缆柔韧性性能的关键。至于绝缘和护套，许多制造商遵循DIN VDE 0207-20和DIN VDE 0207-21。HD 22.1、HD 22.4、UL 44和UL 62也成为电缆生产的通用标准。

诸如UL 758、UL 1581、UL 1277、UL 2277、IEC 60332等其它标准也经常被用于支持一些额外特性，如风机机架电缆(WTTC)规范和可燃性等级要求。

由于欧洲国家早于北美国家开发用于风能市场的电缆，因此电缆制造商目前更多的采用欧洲标准。尽管如此，类似的美国UL标准具有相同功用，且在某些情况下，UL标准对风能应用有更严格的要求。

耐热型电线电缆几种类别

（一） 耐热材料的电线电缆

    耐热材料的电线电缆是绝缘和护套材料本体树脂具有耐热性能，主要品种有：聚氨脂（可达155℃级）、聚脂（可达135℃）、聚偏氟乙烯（150℃）和尼龙（可达115℃）的绝缘或护套材料。常用于通信、汽车、电机、建筑等行业。

　　（二）普通电缆材料通过各种方式的改性而达到耐热性：

　　1、橡胶材料的耐热改性

　　橡胶材料因其耐热性差，因而提高工作温度的余度较小，普通橡胶填加较多热稳定剂和经交联处理才能达到90℃，因而不能称为耐热电缆，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等。主要应用于橡胶绝缘移动用软电线、橡胶绝缘软电力电缆和控制电缆等。

但三元乙丙橡胶可经改性，使耐温等级提高到135℃，加上具有较好的绝缘性能，因而在橡胶方面具有较好的发展前景。

　　2、聚氯乙烯电缆的改性

　　普通聚氯乙烯电缆的工作温度为70℃，聚氯乙烯电缆料的高可混性，使其改性成为可能，多量的热稳定剂的使用，可便PVC的耐热从70℃上升到90℃或105℃，因而大大扩大了PVC这种老式材料的适用性，也许这就是PVC电缆长盛不衰的原因之一吧？

90℃PVC电缆料常用于交联聚乙烯电缆护套，主要用于电力、控制和电气装备线缆，由于PVC的改性，使本可淘汰的PVC电缆料在护套的使用上将会延续相当长的时间。

　　聚氯乙烯丁jīng复合物的主要成分是PVC，因而与聚氯乙烯丁jīng复合物电缆与PVC绝缘电缆具有相同的改性性能。

HYA50*2*0.8全塑市话电缆 　　3、聚乙烯电缆的改性

　　聚乙烯材料的塑性较好，但可填充性较差，因而不能填加热稳定剂方法提高耐热温度。聚乙烯电缆可通过DCP干法化学交联和硅烷温水交联将工作温度提高到90℃，前者用于中高压电力电缆，后者用于低压电缆。

　　但另一种交联方式--辐照交联改性，则可将聚烯烃（主要是聚乙烯）的工作温度大幅度提高，经辐照的绝缘料可按条件不同，耐温可达到105℃、125℃、135℃、150℃，国外则有能提高到180℃。主要是通过高能电子转化成稳定的键能，使其分子结构对热稳定性加强，同时配以适当的热稳定剂，根据能级大小和热稳定剂的效能，分为不同耐热等级。

　　辐照交联工业常用加工设备为电子加速器，是将电子束高压增加能量，达到交联聚烯烃材料的目的，电费加工常用加速器能级为1.0 ~ 3MeV。辐照交联还可对橡胶、PVC和氟塑料等材料进行交联。

　　辐照交联聚烯烃电线电缆主要用于耐热建筑线、汽车线、航空导线、机车线电线和电机电器引接线等。

　　耐热电缆是中等温度的电缆，具有一定耐热性，能适应一定温度环境。而应用zuì多的是，在电力传输电缆中，在能够保证绝缘性能的同时，增加电缆载流能力，减少电缆重量和截面，意义重大。