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。礦用屏蔽通信電纜 PUYVRP MHYVRP

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。

淺析海底電力電纜需求增長的三大因素

根據Technavio發布的海底電力電纜市場研究報告稱，2016-2020年，海底電力電纜市場需求年復合增率約為5.89%。其中，原材料價格波動、高壓直流電纜需求增加以及研發投入加大是促進海底電力電纜需求穩定增加的三大新興趨勢。

　　到2020年，海上風電產業是海底電力電纜zuì主要的終端應用市場。能源企業加大對海底電力電纜的投入與建設是為了進一步提高輸電有效性，zuì終保障陸地電力供應。

　　與此同時，對可再生能源電力投資加大，包括潮汐能、波浪能、海上風電將持續促進該市場需求增長。

　　原材料價格波動

　　用于生產電力電纜的主要原材料是鋁材和銅材。電纜本身就是料重工輕的行業，所以原材料價格波動對電纜制造商的影響非常直接。截止2015年12月，原材料價格成本占海底電力電纜生產成本的近85%。

　　其中，銅材和鋁材的成本則占生產總成本的50%左右。因此，銅鋁和其他必要原材料價格波動，再加之燃料和能源成本價格波動對電纜制造商銷售成本和收入都產生了非常大的影響。為此，電纜制造商試圖通過成品協商價格變化來減少金屬價格波動帶來的影響。

　　報告中認為，通過提高成品售價可以實現毛利潤率增加的目的，以減少原材料價格成本波動的風險，但前提是成品市場供不應求。

　　高壓直流電纜銷售增加

礦用屏蔽通信電纜 PUYVRP MHYVRP　　高壓直流地下電纜是長距離高壓電力輸送的一個可行選擇。歐洲委員會已經篩選出43個主要能源項目來打造跨境基礎設施，以實現單一能源市場，提高區域能源ān全。在這些項目中都需要大量的電力從歐洲一個國家輸送至另一個國家。因此，到2020年，歐洲市場將成為高壓直流電纜的主要需求市場。

　　此外，質量輕、低損耗等特點也使得高壓直流電纜成為比交流電纜更具優勢的選擇，尤其是在海底輸電市場。

　　研發投入加大

　　報告中認為，研發投入增加是促進未來海底電力電纜市場需求穩定增長一大原因。海上風電市場的迅猛增長為研發創造了更多機會。不同替代性能源資源需要不同類型的電力電纜來實現電力的穩定輸送。

　　因此，電纜制造商們將不斷加大對新電纜技術的投入，實現耿長距離、更低損耗的高壓電力輸送。

　　不僅如此，由于產品同質化競爭嚴重，電纜制造商不斷加大新產品研發，以使企業保持競爭力。

　　報告中還指出，未來海底電力電纜的發展趨勢(包括高壓/特高壓電纜)：

　　·　濕式設計向干式絕緣轉變，有利于電纜外圍環境條件;

　　·　低電應力向高應力轉變;

　　·　大直徑尺寸向小直徑轉變;

　　·　電纜質量更輕;

　　·　短程向長距離目的地配送。