CN101589515A - 柔性电力电缆和风轮机 - Google Patents

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CN101589515A CNA2008800029568A CN200880002956A CN101589515A CN 101589515 A CN101589515 A CN 101589515A CN A2008800029568 A CNA2008800029568 A CN A2008800029568A CN 200880002956 A CN200880002956 A CN 200880002956A CN 101589515 A CN101589515 A CN 101589515A
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Abstract

本发明涉及风轮机和用于在移动环境中输送电力的柔性电力电缆。该电力电缆包括导线、绝缘体和连接件，所述导线具有用于传导电流的多个芯，所述绝缘体用于保护导线，所述连接件用于围绕并连接所述导线的端部与一个或多个设备。连接件包括至少两个环绕的连接区，该连接区包括一个或多个电连接区和一个或多个机械连接区，所述电连接区在连接件和所述多个芯之间建立电连接，并包括一个或多个贯通的连接孔，以用于将所述连接件连接到一个或多个设备上，而所述机械连接区在连接件和导线之间建立机械连接。各连接区通过一个或多个适配部分相互连续地设置、彼此独立并连接。

Description

柔性电力电缆和风轮机
技术领域
本发明涉及柔性电力电缆和风轮机。
背景技术
电动设备常常包括多个用于输送电力的柔性电力电缆。
使用领域的包括移动环境的一个例子是现代风轮机，其中旋转部分如风轮机转子和轮毂包括大量带有伴随电力电缆的电动设备。
电力电缆常常跟随风轮机中电动设备的运动，例如连续的向前和向后线性运动。同时电动设备和电力电缆与旋转部分一起实施旋转运动。因此电缆面对着来自不同运动的线性和旋转力。
现代电力电缆通常包括被PVC材料制成的绝缘覆盖层包围的导线。电缆收尾于电缆终端套管或类似连接装置，以便能将电缆连接到电动设备上。电缆终端套管用机械力加到电缆的端部上，其中电缆端部起初已剥去绝缘覆盖层。
现代电力电缆在连接到电动设备上的情况下存在的问题是，可能因线性运动和旋转运动而发生金属疲劳断裂。疲劳断裂尤其是在电缆和电缆终端套管之间的连接中机械变形的位置处发生。因此，电缆必须比仅面对前后线性运动的电缆更经常地更换。
本发明的目的是提供一种没有上述问题的柔性电力电缆。另外，本发明的目的是提供一种具有有利地适于使用位置的柔性电力电缆的风轮机。
发明内容
本发明提供一种用于在动态环境中输送电力的柔性电力电缆，所述电力电缆包括：
导线，该导线具有多个芯和绝缘体，所述多个芯用于传导电流，而所述绝缘体用于保护所述芯，
连接件，该连接件用于包围所述导线的端部以及将所述导线的端部与一个或多个设备连接，
其中所述连接件包括至少两个连接区，该两个连接区包括：
一个或多个电连接区，该电连接区在连接件和所述多个芯之间建立电连接，和
一个或多个机械连接区，该机械连接区在连接件和导线之间建立机械连接，
其中所述连接区还设置成相互延续并且独立(分开)，和
其中所述一个或多个机械连接区的横截面和所述一个或多个电连接区的横截面具有不同的形状，其中一个或多个适配部分连接所述连接区，并始终在所述连接区之间紧密地围绕该电缆。
因此通过建立机械连接区而保证导线面对较小的来自振动和动态负载的机械应力，该机械连接区具有在电连接区之前对导线的环绕的保持，即在与连接件的最后电连接之前的过渡区。该过渡区能在连接件和导线之间建立光滑而平稳的连接。通过连接件增加对负载的抑制，因此电缆能承受更大的动态机械负荷和振动，例如连续的动态机械负荷。
另外，一个或多个适配部分保证从通常是圆形的导线转到通常是四边的连接件的端部的有利转换。该转换保证电缆例如在连接件的开始处不会由于多个朝不同方向的运动产生的疲劳而断裂。在整个连接件上的平稳的转换是通过让电连接区用一个或多个用于将连接件连接到一个或多个设备上的连接孔构成连接器部分而实现的。这样，电缆的芯始终持续穿过连接件，因此利用连接件的大部分长度来转换。
这样能实现使连接件较短的可能性，连接件较短由于至少两个原因而很重要。首先和最重要的是，如果利用电力电缆来传导雷电的电流，则重要的是保持电流路线的每个部分都尽可能短，因此保持雷电电流所遇到的电阻尽可能小，以便保证电流的主要部分实际上沿着预定路线通过其路线上的避雷针流到地面。其次，在许多应用中，空间条件可能限定对不同部件的尺寸的限制。
具有这种连接件的电缆增强了电缆的从连接件的一端到另一端的柔性，当进行同样的损耗和疲劳试验时，它显示出比利用常规连接件的电缆显著更少的断裂损坏。
在本发明的一方面，所述电连接区包括一个或多个贯通的连接孔，该贯通连接孔用于将所述连接件连接到一个或多个设备上。
在本发明的另一方面，所述一个或多个连接孔贯穿电力电缆的芯。
通过在电连接区中设置优选穿过电缆的芯的一个或多个连接孔，可保证电流从接触表面到电缆自身的路径最短。
在本发明的一方面，所述绝缘体持续穿过至少一个机械连接区。因此保证电缆的绝缘体和连接件的至少一个机械连接区之间的最大机械连接的强度。
在本发明的一方面，所述绝缘体用绝缘模塑材料制成，其中所述多个芯被模塑到该材料例如硅橡胶模塑材料中。绝缘体与多个芯相比是较软的材料，因此机械连接区和导线一起起到弹簧的作用，该弹簧抑制在到达随后的电连接区之前的振动力，其中通过卷边加工非常刚性地保持导线芯。
使用模塑的绝缘体能在机械连接区中形成更受控的过渡。
在本发明的一方面，所述多个芯和绝缘体建立所述导线的圆形横截面。
在本发明的一方面，机械连接区的横截面具有圆形形状，电连接区的横截面具有基本四边形的形状。机械连接区的圆形形状与大多数电缆的形状相对应，而电连接区的基本四边形例如矩形的形状是优选的，因为在本发明的优选实施例中，电连接区构成连接件的一部分，该连接件应该贴着设备的通常是平面的表面安装。
应该注意，具有圆形部分和基本四边形的部分-这两部分通过适配部分连接-的连接器是现有技术中公知的。然而，在这些连接器中，圆形部分不像本发明的连接件那样构成电连接区及机械连接区，此处所述电连接区和机械连接区分别设置成相互连续和独立。
在本发明的一方面，适配部分在一端处具有与机械连接区的形状相对应的圆形形状，而在另一端处具有与电连接区的形状相对应的四边形形状。因此保证从圆形形状到四边形形状的过滤通过最大程度地支承电缆而在整个连接件上有尽可能小的应力。
在本发明的一方面，芯的直径为小于0.58毫米，例如单个芯的直径为0.1毫米。因此由于小的芯直径以及从而在电缆中有较大数量的芯而使电缆具有增加的柔性。本发明的电缆中的具有较小直径的芯与较大直径的更硬的芯相比不太容易断裂。
在本发明的一方面，电缆的横截面大于20mm2，例如为50mm2。因此保证电缆能处理和经受至少200KA以内的电流，该电流是在与避雷系统相关地使用时可以预期通过电缆的电流。
在本发明的一方面，电连接区的前面用锌或类似的导电金属材料密封。因此保证避免在电连接区的前面产生任何毛细效应，从而使电缆防水。
在本发明的一方面，机械链接区的朝向导线的起始处具有漏斗形保护帽。
在本发明的一方面，机械和/或电连接区通过卷边过程形成。
在卷边过程之前，将绝缘体从电力电缆的一端除去，并将无绝缘的端部插入柱形外壳。
术语“卷边过程”是指这样的过程：它包括用大的力将外壳的一端(四边形刚性电连接区)压在一起的步骤，由于外壳的另一端保持处于它的圆形形状，因此形成具有其特征形状(在一端中是四边形，在另一端中是圆形)的适配部分。
在卷边过程开始之前，外壳已在端部处设有“套环”，电缆穿过该套环插入，以便避开电缆入口处的锋利边缘。将电缘的绝缘体一路插入，但不插入压在一起形成刚性部分的部分中，以保证优化由适配部分所提供的从一种形状到另一种形状的逐渐转变。
在卷边过程完成之后，可以穿过刚性部分加工(钻出)连接孔，从而保证从接触表面到电缆的电流路径最短。
与已知方法相比，这种方法的优点正是用最有效的方式将电流从接触表面输送到电缆自身。若用标准方法，则电流大多通过某些较小的接触片输送到电缆的较少数量的芯。
在本发明的另一方面，将机械连接区、电连接区和适配部分制成一个整体部件，该整体部件构成始终穿过连接件紧密围绕电缆的外壳。因此保证贯穿连接件在它的路线上最大程度地支承电缆。
本发明还涉及一种风轮机，该风轮机包括：
固定部分，该固定部分包括风轮机塔架和机舱，
旋转部分，该旋转部分包括风轮机转子和轮毂，
其中，至少一个如上所述的柔性电力电缆在旋转部分中连接风轮机设备，以便输送电力。
在本发明一个方面，所述柔性电力电缆当设置在风轮机的轮毂中时是防雷系统或变桨系统的一部分，例如输送雷电电流或供应电流的电力。
在本发明的一个方面，所述柔性电力电缆在一个或多个连接件处自由地悬伸超出连接部分。
附图说明
下面将参照附图说明本发明，在附图中：
图1示出大型现代风轮机的前视图，
图2示意性示出从侧面看去并具有不同风轮机部件的风轮机，
图3a和3b示出在风轮机的旋转部分内使用的不同位置，
图4a和4b示出本发明的柔性电力电缆优选实施例的两个侧视图，
图5a和5b分别示出从上面和下面看的本发明的柔性电力电缆的优选实施例，以及
图6示意性示出本发明的柔性电力电缆的内装物。
具体实施方式
图1示出现代风轮机1的前视图，该风轮机1具有一塔架2，该塔架2设置在基座8上。风轮机机舱3和轮毂4设置在塔架的顶部上。
风轮机转子6包括至少一个叶片，例如如图所示地包括三个风轮机叶片5，所述风轮机转子6通过变桨机构7连接到风轮机轮毂4上。每个变桨机构都包括叶片轴承和变桨致动机构，该变桨致动机构使得叶片能够变桨(俯仰，pitch)。
图2示意性示出从侧面看去并具有不同风轮机部件的风轮机。直接连接到机舱3上的风轮机部件包括风轮机轮毂4、齿轮箱9和发电机10，该发电机10示出为具有与公用电网的电连接。
图3a示出在风轮机的旋转部件内本发明的柔性电缆的两个使用位置。
第一使用位置包括通过避雷装置13进行的传输，该避雷装置13在防雷系统的旋转部分和固定部分之间形成电接触。旋转部分可以是风轮机叶片的外表面上的金属带，其电连接到叶片的内部下引线上。固定部分可以是在风轮机机舱的前面的圆形金属表面。避雷装置包括与防雷系统的旋转部分和固定部分有关的两个衬垫。每个衬垫都位于柔性力传输机构的端部处，该力传输机构连接到底板上。避雷装置的底板安装在轮毂内的风轮机叶片的一部分凸缘上。使用柔性电力电缆，以便在两个衬垫之间形成电连接，并将雷电电流从防雷系统的旋转部分传送到固定部分，并随后传送到地电位。
第二使用位置包括变桨控制系统15，其中叶片变桨液压缸的控制机构用柔性电力电缆连接到控制室。
图3b示出避雷装置的放大图，该避雷装置已在国际专利申请WO2005/050008A1中进一步公开。该国际专利申请的要点包括在本申请中作为参考。
避雷装置的衬垫和叶片变桨液压缸的控制机构可以实施为风轮机的旋转部分的一部分。
图4a和4b示出本发明所述的柔性电力电缆14的优选实施例的两个侧视图。
图4a示出电力电缆的具有电缆终端套管的一端，该电缆终端套管作为连接件18附装，所述连接件能在电缆的一端和例如如上所述的设备之间形成连接。电缆的相对端也可以是由其它连接机构固定或连接的连接件18。
连接件18在机械连接区19中包括初始圆形的形状，该连接区19通过适配部分21在电连接区20中转变成四边形。电连接区包括连接孔22。
连接件18还在机械连接区19的开始处包括一向外弯或漏斗形的保护帽23，以便保证导线16不因贴着连接件的边缘摩擦而损坏。
图5a和5b分别示出从上面和从下面看的本发明的柔性电力电缆的优选实施例。
图5a示出当从上面看时的电缆，并示出电连接区20前的芯端部24。另外，适配部分21示出为它把导线16和机械区的圆形形状转变成电连接区20的四边形。另外，导线的绝缘体17用虚线示出。
图5b示出当从下面看时的电缆，并示出绝缘体17、导线16的多个芯25及适配部分21。
图6示意性地示出当从侧面看时本发明的柔性电力电缆的内容物。
圆形导线16示出为具有模制的绝缘体17和用虚线表示的一些芯25。绝缘体伸展穿过机械区19并部分地进入适配部分21。机械区19被用工具成圆形地强压在导线上，以使圆形导线保持处于紧密而防水的夹紧。所述多个芯(仅示出一个芯)在绝缘体终止于适配部分之后继续延伸到电连接区20中，并处于连接孔22的两侧。通过工具强制使电连接区20变成四边形，以便保持芯处于紧密夹紧并形成牢固的电连接。
如有必要，电连接区20的前面可以用熔融的锌或类似金属材料密封，该熔融的锌或类似材料浇注在芯端部之间，以使电连接区防水。
在本发明的优选实施例中，柔性电缆是单绝缘的硅橡胶(无卤素)铜电缆，其截面积为50mm2，外径为约15.5毫米。单个芯的直径为0.1毫米，而硅橡胶绝缘体具有2.5毫米的厚度。
连接件的长度优选地至少是导线直径的两倍，以便对电气和机械连接区同适配部分实施例如长度大于30毫米的过渡，该适配部分与导线的约15.5毫米的外径有关。
上面已经参照电缆的特定例子说明了本发明。然而，应该理解，本发明不限于这些特定的实施例，而是可在如权利要求书所述的本发明的范围内例如在材料的使用和尺寸上进行各种设计和改变，以便形成用于规定应用的柔性电力电缆。使用的位置可以在风轮机的旋转部分之外的其它场合，例如在机器人领域内的不同应用。
标号明细表
在附图中，涉及下列标号：
1、风轮机；
2、风轮机塔架；
3、风轮机机舱；
4、风轮机轮毂；
5、风轮机叶片；
6、具有至少一个叶片的风轮机转子；
7、叶片变桨机构；
8、风轮机基座；
9、风轮机齿轮箱；
10、风轮机发电机；
11、雷电下引线；
12、叶片俯仰轴承的凸缘；
13、防雷系统的避雷装置；
14、柔性电力电缆；
15、桨距控制系统；
16、导线；
17、绝缘体，例如模塑在多个芯或线上的硅橡胶材料；
18、连接件，例如电缆终端套管；
19、围绕导线的机械连接区；
20、围绕多个芯的电连接区；
21、连接电和机械连接区的适配部分；
22、连接件中的连接孔；
23、漏斗形保护帽；
24、导线的芯或线端部；
25、在电缆内例如在铜材料中的多个芯或线。

Claims (17)

1.用于在移动环境中输送电力的柔性电力电缆(14)，所述电力电缆包括：
导线(16)，该导线具有多个用于传导电流的芯(25)和用于保护导线的绝缘体(17)，
连接件(18)，该连接件用于围绕和连接所述导线的端部和一个或多个设备，
其中所述连接件(18)包括至少两个连接区，这两个连接区包括：
一个或多个电连接区(20)，该电连接区在连接件(18)和所述多个芯(25)之间建立电连接，以及
一个或多个机械连接区(19)，该机械连接区在连接件(18)和导线(16)之间建立机械连接，
其中所述连接区(19，20)还安放成相互连续和独立，以及
其中，所述一个或多个机械连接区(19)的横截面和所述一个或多个电连接区(20)的横截面具有不同的形状，其中一个或多个适配部分(21)连接所述连接区(19、20)，并在所述连接区(19、20)之间的整个路径上紧密地围绕该电缆(14)。
2.按照权利要求1所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述电连接区(20)包括一个或多个贯通的连接孔(22)，以用于将所述连接件(18)连接到所述一个或多个设备上。
3.按照权利要求2所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述一个或多个连接孔(22)穿过电力电缆(14)的芯。
4.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述绝缘体(17)持续延伸穿过至少一个机械连接区(19)。
5.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述绝缘体(17)用绝缘模塑材料制成，其中所述多个芯被模塑到该材料中，该材料例如为硅橡胶的模塑材料。
6.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述多个芯(25)和绝缘体(17)建立所述导线的圆形横截面。
7.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，机械连接区(19)的横截面具有圆形形状，电连接区(20)的横截面具有基本四边形的形状。
8.按照权利要求7所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，适配部分(21)在一端处具有与机械连接区(19)的形状相对应的形状，而在另一端处具有与电连接区(20)的形状相对应的形状。
9.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，所述芯的直径小于0.5毫米，例如单个芯的直径为0.1毫米。
10.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，电缆的截面积大于20mm2，例如为50mm2。
11.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，电连接区的前面用锌或类似导电金属材料密封。
12.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，机械连接区(19)的朝向导线的起始部分为漏斗形保护帽(23)。
13.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，机械和/或电连接区(19、20)通过卷边过程形成。
14.按照前述权利要求之一所述的柔性电力电缆(14)，其特征在于，机械连接区(19)、电连接区(20)和适配部分(21)制成一个整体部件，该整体部件构成在穿过连接件(18)的整个路径上紧密围绕电缆(14)的外壳。
15.风轮机(1)，包括：
固定部分，该固定部分包括风轮机塔架(2)和机舱(3)，
旋转部分，该旋转部分包括风轮机转子(6)和轮毂(4)，
其中，至少一个按照权利要求1-10之一所述的柔性电力电缆(14)在旋转部分中连接风轮机设备，以便传送电力。
16.按照权利要求15所述的风轮机(1)，其特征在于，所述柔性电力电缆(14)当设置在风轮机轮毂中时是防雷系统或变桨控制系统的一部分，以例如传输雷电的电力或供应电流。
17.按照权利要求15或16所述的风轮机，其特征在于，所述柔性电力电缆(14)在一个或多个连接件(18)处自由悬伸在连接部分外面。
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