CN102360594B - 风电机组用中压抗扭电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及
一种风电机组用中压抗扭电缆，包括中压绝缘线芯、接地线芯、半导电橡布带以及护套，接地线芯包括接地导体、导电橡胶，导电橡胶包含
乙华平
700HV
、三元乙丙橡胶、乙烯
-
甲基丙烯酸甲酯共聚物、氢氧化镁、碳酸镁钙、包覆红磷、硅烷偶联剂
A-172
、聚二甲基硅氧烷、导电炭黑卡博特
BP2000
过氧化物交联剂、抗氧剂
1010/168
、助交联剂
TAIC
。
本发明采用特殊的导电橡胶作为复合绝缘体包覆接地导体置于多芯电缆缝隙替代以前的金属屏蔽层结构，解决了风机电缆在低温环境下经过长期频繁扭转使用过程中，金属屏蔽层易造成破坏，损伤绝缘造成局部放电，大大缩短电缆使用寿命的技术难题，使得风电机组内部使用的中压抗扭型电缆的使用寿命大大增加。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组用中压抗扭电缆。
背景技术
随着我过国民经济的飞速发展，不可避免地带来能源供不应求的局面，而我国传统的煤炭和石油资源并不多，所以更应进行可再生能源的开发利用。风力被称为“蓝天白煤”，是取之不尽的清洁能源。就目前而言，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式。
近年来海上风电的开发进一步加快了大容量风电机组的发展，2010年底世界上已经运行的最大风电机组单击容量已经达到6MW，风轮直径达到127m。目前已经开始8～10MW风电机组的设计和制造。传统结构的中压电缆结构明显不能满足此环境的使用要求。为此需要有新型的高性能中压耐扭曲电缆与之配套。
传统中压软电缆，其结构是在绝缘结构外设计金属屏蔽层，由“导体+导体屏蔽+绝缘+绝缘屏蔽+金属屏蔽层”，
1、由于风机电缆在使用过程中，在低温环境下经过长期频繁扭转，金属屏蔽层易造成破坏，损伤绝缘造成局部放电，大大缩短电缆使用寿命。
2、电缆安装期间承受拉力、压力、弯折、摩擦等强力冲击后，电缆机械性能有所下降；
3、采用此种结构不但增加了成品电缆的外径，造成材料的浪费，而且还一定限制了电缆的弯曲半径，更不能长期移动使用。
由于以上缺陷不能满足现代大容量风力发电机组对中压抗扭电缆的需求，因此迫切寻求一种新型中压抗扭风能电缆，以满足我国风电行业发展的需要。
发明内容
本发明目的是提供一种风电机组用中压抗扭电缆，该电缆可广泛运用风力发电机组、港口机械、起重设备等工程设施中。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种风电机组用中压抗扭电缆，包括至少一根中压绝缘线芯、与所述的中压绝缘线芯相绞合的至少一根接地线芯、包绕在所述的中压绝缘线芯、接地线芯外部的半导电橡布带以及护套，所述的接地线芯包括接地导体、包覆在所述的接地导体外部的导电橡胶，其中：
所述的导电橡胶包含以下成分：乙华平700HV：55-65份、三元乙丙橡胶：15-25份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物：15-25份、氢氧化镁：95-105份、碳酸镁钙：25-45份、包覆红磷：6-10份、硅烷偶联剂A-172：3份、聚二甲基硅氧烷：5-7份、导电炭黑卡博特BP2000： 45-55份、过氧化物交联剂：3份、抗氧剂1010/168：1份、助交联剂TAIC：3份。
优选地，所述的中压绝缘线芯包括导体、包覆在所述的导体外部的导体屏蔽层、包覆在所述的导体屏蔽层外部的绝缘层以及包覆在所述的绝缘层外部的绝缘屏蔽层。
进一步优选地，所述的绝缘层为乙丙橡胶绝缘层。
优选地，所述的中压绝缘线芯、接地线芯绞合后通过填充层填充，所述的填充层为所述的导电橡胶。
优选地，所述的护套包括内护套、外护套，所述的内护套为低烟无卤橡胶护套，所述的外护套为聚醚性无卤阻燃热塑性聚氨酯护套。
优选地，所述的氢氧化镁的粒径小于等于1微米；所述的碳酸镁钙的粒径小于等于1微米；所述的包覆红磷的粒径小于等于1微米。
优选地，所述的中压绝缘线芯设置有3根。
优选地，所述的接地线芯设置有3根。
本发明的设计原理如下：
结构设计方面：
采用特殊的导电橡胶作为复合绝缘体包覆接地导体置于多芯电缆缝隙替代以前的金属屏蔽层结构。
金属屏蔽层起的作用为：1、将电缆通电时产生的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，以减少对外界产生的电磁干扰 ；2、将系统产生的设计范围内的故障电流安全引入接地系统，保护系统安全运行。
在风力发电机组机舱内部，各种电子计算机及仪表控制系统，设计时都考虑自身抗电磁干扰和屏蔽的，因此中压抗扭动力电缆所产生的电磁场对外界干扰其影响不大。风电机组内使用的动力电缆不是远距离传输，一般可以不考虑此影响。同时，导电橡胶内填充的导电颗粒当填充一定体积份数时，相互接触，形成电子连续状态，当外界电磁场到导电橡胶外部时，强烈的电磁波打到导电颗粒自由电子上，自由电子自由运动，自由电子在运动过程中形成与外界电磁场相反的电磁场，内外电磁场相互抵消，达到削弱电磁干扰。从而一定程度上部分满足金属屏蔽层的第一条作用。
由导电橡胶和接地导体组成的复合接地系统能够为电缆短路时提供短路电流路径，因而从结构上保证了金属屏蔽层的第二条作用。
配方的研制方面：
消弱电磁波的方法有三种：屏蔽、吸波和滤波。导电橡胶由于其导电颗粒的作用，电子在运动过程中，可产生与外界相反的磁场，起到屏蔽的作用，但吸波的原理与屏蔽相似，同样是用到微观粒子。当填充的导电颗粒达到纳米级别时，不只是达到粒径是纳米，更重要的是具有较高的比表面积、空隙率，这样的纳米粒子将具有更好的纳米效应，纳米效应即可有吸波作用。导电颗粒填充的导电橡胶，可起到屏蔽与吸波的作用。体积电阻可能只是从某一侧面反映屏蔽的大小，但无法衡量吸波能力的大小，而导电炭黑填充的导电橡胶虽然体积电阻较大，但由于其纳米粒径与纳米效应，可具有吸波功能。
导电橡胶通常是指体积电阻在10的9次欧姆厘米以内，由于橡胶是优良的绝缘体，体积电阻大于10的14次左右。导电橡胶分为防静电级别导电橡胶，体积电阻在10的5次至10的9次方之间，导电炭黑填充的导电橡胶，体积电阻通常可保持在几千欧，甚至更低至一二百欧，再低低于50欧姆厘米的已经是难度非常大。当体积电阻低于10欧姆厘米以下时，导电橡胶即具有电磁屏蔽功能。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明采用特殊的导电橡胶作为复合绝缘体包覆接地导体置于多芯电缆缝隙替代以前的金属屏蔽层结构，解决了风机电缆在低温环境下经过长期频繁扭转使用过程中，金属屏蔽层易造成破坏，损伤绝缘造成局部放电，大大缩短电缆使用寿命的技术难题，使得风电机组内部使用的中压抗扭型电缆的使用寿命大大增加。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的工艺流程图。
其中：1、导体；1’、接地导体；2、导体屏蔽层；3、乙丙橡胶绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、导电橡胶；6、半导电橡布带；7、低烟无卤橡胶护套；8、聚醚性无卤阻燃热塑性聚氨酯护套；9、填充层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示的一种风电机组用中压抗扭电缆，该电缆由3根中压绝缘线芯、3根接地线芯以及填充层9绞合成缆芯，缆芯外部包绕半导电橡布带6以及护套。具体的说：
中压绝缘线芯包括导体1、包覆在导体1外部的导体屏蔽层2、包覆在导体屏蔽层2外部的乙丙橡胶绝缘层3以及包覆在乙丙橡胶绝缘层3外部的绝缘屏蔽层4。
接地线芯包括接地导体1’、包覆在接地导体1’外部的导电橡胶5，其中：导电橡胶5满足20℃时体积电阻率≤10Ω·cm，
配方的具体组分如下：
| 材料 | 份数 | 质量百分比 |
| 乙华平 700HV | 60 | 19.1% |
| 三元乙丙橡胶 | 20 | 6.4% |
| 乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 | 20 | 6.4% |
| 氢氧化镁粒径1微米 | 100 | 31.8% |
| 碳酸镁钙粒径1微米 | 40 | 12.7% |
| 包覆红磷粒径5微米 | 8 | 2.5% |
| 硅烷偶联剂A-172 | 3 | 1.0% |
| 聚二甲基硅氧烷 | 6 | 1.9% |
| 高导电炭黑卡博特BP2000 | 50 | 15.9% |
| 过氧化物交联剂 | 3 | 1.0% |
| 抗氧剂1010/168 | 1 | 0.3% |
| 助交联剂TAIC | 3 | 1.0% |
上述份数总计314份，质量百分比为100%。
在本实施例中：填充层9也为导电橡胶5。
护套包括内护套、外护套，内护套为低烟无卤橡胶护套8，外护套为聚醚性无卤阻燃热塑性聚氨酯护套9。
以下具体阐述下本实施例的工作流程：
如图2所示：以ZB-FDEPU 3*25+3*8 6/10KV为例：
1、拉丝：铜拉机拉丝制得0.401mm、0.25mm铜单丝，电阻率不大于0.017241Ω·mm
2
/m；
2、退火、镀锡：将拉丝制的铜丝进行退火、镀锡处理，保证单丝伸长率大于25%，电阻率不大于0.01777Ω·mm
2
/m；
3、绞线：接地线芯的导体：8 mm
2
导体结构为24根0.25mm镀锡铜单丝束合而成，绞合结构为(1+6)×24，第一笼上1盘24/0.25mm镀锡铜束丝股线；第二笼上6盘24/0.25mm镀锡铜束丝股线，绞合方向为左向，绞合模具为圆形钨钢模，模具尺寸3.7mm，公差±0.1mm；复绞节距控制在45~52mm；
绝缘线芯的导体：25 mm
2
导体结构为26根0.401mm镀锡铜单丝经绞合而成，绞合结构为(1+6)×26，第一笼上1盘26/0.401mm镀锡铜束丝股线；第二笼上6盘26/0.401mm镀锡铜束丝股线，绞合方向为左向，绞合模具为圆形钨钢模，模具尺寸6.4mm，公差±0.1mm；复绞节距控制在77~90mm；
4、绝缘：采用特勒斯特进口蒸汽硫化三层共挤生产线，导体1屏蔽单点厚度不小于0.6mm；乙丙橡胶绝缘平均厚度不小于3.5mm，最薄点厚度不小于2.96mm，偏芯率不大于15%；绝缘屏蔽单点厚度不小于0.6mm；
5、接地线芯：采用上述的导电橡胶5，平均厚度不小于2.5mm，最薄点不小于2.1mm；
6、填充层挤出：填充层9为和接地线芯一样导电橡胶5，能屏蔽电磁场以及电缆短路时提供短路电流路径；
7、内护套：使用特勒斯特进口蒸汽硫化线150挤出系统在缆芯表面挤面一个平均厚度不小于3.8mm的EVA型低烟无卤橡胶护套8，最薄点厚度不小于3.15mm；
8、外护套：采用150挤出机在内护套外一个平均厚度不小于2.0mm厚的聚醚性无卤阻燃热塑性聚氨酯护套，该种材料高抗撕，耐候性、无卤阻燃性能以及优异的耐水解、抗微生物和耐磨性能，从而弥补了EVA型低烟无卤橡胶护套8先天抗撕性和耐微生物和耐磨性能差的不足。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1. 一种风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：包括至少一根中压绝缘线芯、与所述的中压绝缘线芯相绞合的至少一根接地线芯、包绕在所述的中压绝缘线芯、接地线芯外部的半导电橡布带以及护套，所述的接地线芯包括接地导体、包覆在所述的接地导体外部的导电橡胶，其中：
所述的导电橡胶包含以下成分：乙华平700HV：55-65份、三元乙丙橡胶：15-25份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物：15-25份、氢氧化镁：95-105份、碳酸镁钙：25-45份、包覆红磷：6-10份、硅烷偶联剂A-172：3份、聚二甲基硅氧烷：5-7份、导电炭黑卡博特BP2000： 45-55份、过氧化物交联剂：3份、抗氧剂1010/168：1份、助交联剂TAIC：3份。
2.根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的中压绝缘线芯包括导体、包覆在所述的导体外部的导体屏蔽层、包覆在所述的导体屏蔽层外部的绝缘层以及包覆在所述的绝缘层外部的绝缘屏蔽层。
3. 根据权利要求2所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的绝缘层为乙丙橡胶绝缘层。
4. 根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的中压绝缘线芯、接地线芯绞合后通过填充层填充，所述的填充层为所述的导电橡胶。
5. 根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的护套包括内护套、外护套，所述的内护套为低烟无卤橡胶护套，所述的外护套为聚醚性无卤阻燃热塑性聚氨酯护套。
6. 根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的氢氧化镁的粒径小于等于1微米；所述的碳酸镁钙的粒径小于等于1微米；所述的包覆红磷的粒径小于等于1微米。
7. 根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的中压绝缘线芯设置有3根。
8. 根据权利要求1所述的风电机组用中压抗扭电缆，其特征在于：所述的接地线芯设置有3根。
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