9842型，2对RS-485通讯电缆

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。9842型，2对RS-485通讯电缆

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。

交联电缆检验应考虑特殊因素

近年来，硅烷交联聚乙烯电缆料（以下简称XLPE），因其具有所需制造设备简单、工艺成熟、操作方便、综合成本低等优点，已成为低压交联电缆绝缘的主导材料。

　　目前常用的XLPE，一种是二步法XLPE，电缆厂在生产绝缘线芯时把接枝了硅烷的聚乙烯（PE）和催化剂母料按一定比例混合，在普通挤出机中挤制，然后在热水或蒸汽中完成交联；另一种一步法XLPE是由电缆料生产厂家，将所有原料按配比经特殊方法混合在一起，电缆厂直接在挤出机中一步同时完成接枝和挤制绝缘线芯，然后在自然条件下完成交联。这两种XLPE的共同点是，无需特殊的挤出设备，交联过程相对简单，只要原材料及工艺条件符合要求，就能使其成为不溶不熔的热固性塑料。与热塑性PE相比，其耐热变形和高温下力学性能、环境应力龟裂、耐老化性能、耐化学性能等均有提高或改进，而电气性能仍保持基本不变，并使电缆的*工作温度由原来的70°C提高到90°C，从而提高了电缆的短时耐受电流的能力。综上所述，XLPE低压电缆已成为近年来电缆生产厂家的主要产品。

　　作为第三方检验机构承检的该类电缆也在逐年增加，如何准确提供该类产品热延伸及老化性能等测试结果，检验人员面临着一些特殊情况，下面就此展开分析：

　　*，XLPE绝缘热延伸异常的问题。笔者在检测时常常会发现，XLPE电缆绝缘在200℃热延伸试验中负荷下伸长率大大超过标准规定的要求，或者试样放入烘箱内在很短时间内熔断，假如马上用原样复测，结果的再现性很好，若按照常规，只要试验方法无误，取样正确，根据检验结果*可以下判定结论，但是对于XLPE来说，这样做可能存在很大的风险。因为XLPE的交联过程是一个与温度、湿度、时间、绝缘厚度等因素相关的缓慢的化学变化的过程，尤其是自然交联的XLPE绝缘料，更是受到以上因素的影响，完成交联的时间会有较大差异，*可能在规定的试验周期内，尚未完成自然交联。一旦随时间推移完成了自然交联，其性能有可能符合国家标准规定的要求。对于此类情况，笔者认为，在反映试样当前情况的前提下，不能急于判定，而是应该为试样提供一个促进交联的条件--在90°C±2°C的热水中浸泡4～5小时后再作热延伸试验。实践证明，此时的试验结果，可以作为判定依据。值得一提的是，个别厂家片面追求商业利润，利用PE和XLPE外形特征相近的特点，将PE冒充XLPE，而PE是无论提供怎样的促进交联的条件都不会产生交联变化的，它在性能上根本达不到XLPE的要求，这与石头不能孵出小鸡是一个道理。这就要求检验人员应具有识别真假、优劣XLPE的能力。其实通过观察和工作积累，我们可以根据试样放入烘箱后的熔断时间、熔断点来区分被检试样究竟属于欠交联、劣质XLPE，还是用了PE？但是作为第三方检验人员来说，是不能光凭经验下结论的，必须根据真实的数据来判定。

9842型，2对RS-485通讯电缆 　　第二，XLPE热老化试验变化率超标的问题。检测时，如果拿到试样，立即制样，按常规放入烘箱老化，往往会出现老化后抗张强度、断裂伸长率变化率超标的现象，对这种结果下判定必须慎重。这种现象不*因为老化性能不良引起，有可能是因为XLPE尚未*交联（从XLPE电缆料热延伸随温水中放置的时间曲线可以看出，当热延伸合格时，并不代表该试样*交联），而放入老化箱后，XLPE仍在完成其交联过程，这就导致抗张强度增加，断裂伸长率下降，zuì终变化率超标。由于完成老化时间较长，一旦试验结束后再发现问题就比较麻烦，因此,有必要让试样*交联后再进行老化试验。

　　综上所述，可见判定XLPE热延伸、热老化性能应该考虑特殊因素。从事第三方检验的人员，既不能草率为试验结果下定论，因为这样做存在着把合格的产品误判为不合格的风险；也不能因为下结论有难度而避开这两项试验不做，这样有可能让不合格产品或jiǎ冒伪劣产品漏检。因此，进行上述两项试验前，排除试样尚未交联或*交联的可能是有必要的。我们提倡用科学、合理的试验手段，提供公正、可靠的测试结果。