CN102509583A - 风力电缆 - Google Patents

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孙义兴
张腊生
谭会良
许建国
廖郑洪
李炳惠
张华�
李涛
陈曲
谢河彬
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Chengdu Hengtong Optical Communication Co Ltd
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Abstract

本发明涉及的一种新型风力电缆具有优异的抗扭转、高低温性能、绝缘电气性能、力学性能以及具有强度高、韧性好、耐磨、耐寒、抗扭转、耐油、耐水、耐老化、耐气候、防风、抗菌、防霉、抗紫外线和环保等特性,完全能够满足风力电缆的使用要求。

Description

风力电缆
技术领域
本发明涉及一种电力电缆产品,具体涉及一种风电场用风力电缆。 
背景技术
风能作为一种可再生资源,逐渐受到世界各国的青睐,风力发电正在成为世界上增长最快的能源项目。中国风能储量丰富,分布广阔,对发展风力发电有着广阔的市场前景,同时我国已经实施了促进风电发展的国家风电特许权示范项目,规定风机国产化率不低于70%,而且总装必须在国内完成。国家计划至2010年实现风电装机至少达到400万kW,国家发改委提出了2020年风电实现总装机2000万kW,可再生能源开发利用量超过1亿t标准煤的产业化目标,风电的年均市场容量达96亿元。 
虽然我国风电行业在近年来发展迅速,并得到国家的大力支持,但与国外发达国家相比,还存在一定的差距。主要表现在用于风电行业的设备主要依靠进口,对外依赖性强。作为风力发电的配套产品-风力电缆,由于风电场特殊的使用环境,对其要求很高。风电场用风力电缆不仅要具有优异的绝缘电气性能、力学性能,还必须具备强度高、韧性好、耐磨、抗扭转、耐油、耐水、耐老化、耐气候、防风、防寒、抗菌、防霉、抗紫外线以及环保等特性。而在目前国内已经投产和在建的各风电场中,普通的软电缆还被广泛的应用,风力发电专用电缆主要依靠进口,价格昂贵,成本大大提高,不利于风力发电事业的发展。 
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点,一种光缆,其特征在于,光缆具有1~5芯结构(包括3+1芯、4+1芯和3+2芯),GB/T3956规定的第5种镀锡软铜导体 为缆芯,抗拉撕硅橡胶绝缘材料和聚氨酯复合护套,绝缘材料为阻水填充纱。 
更进一步的方案是:所述护套具有50-650%的断裂伸长率。 
附图说明
图1是本发明实施方式电缆截面图。 
具体实施方式
根据风力电缆的使用要求,设计的电缆结构为1~5芯结构(包括3+1芯、4+1芯和3+2芯),结构如图1所示,包括导体1,护套2,绝缘材料3,保护套4。对于风力电缆而言,结构设计的合理性是至关重要的。由于电缆长期在恶劣的环境中使用,必须确保电缆在长期使用中能够稳定的运行。应此,电缆的设计结构必须考虑到这些方面的要求。通过长期的试验、验证,圆形结构比较合理,同时对各部分的结构都有一定的要求。由于风力发电的环境恶劣,风机使用年限又要求很长,且电缆随风机不断旋转,旋转度达±720°,故对电缆结构有特殊的要求,设计时必须考虑以下问题。(1)结构的柔软性。为了达到电缆结构的柔软性,我们选用GB/T3956规定的第5种镀锡软铜导体,并对绞合结构进行了优化设计,以确保电缆的柔软性能。(2)电缆的使用环境。由于电缆的使用环境非常恶劣,所以对于绝缘、护套材料的选择至关重要,必须要选择能够在各种恶劣环境中都能保持优异性能的材料。我们选用的抗拉撕硅橡胶绝缘材料和聚氨酯复合护套材料,完全能够达到使用要求。导体材料选用优质退火无氧铜,根据使用条件,选用符合GB/T3956标准要求的第5种镀锡软铜导体,导体表面镀层均匀、光亮、无氧化和毛刺等现象。图1新型风力电缆结构图导体绝缘填充内衬层护套绝缘材料,绝缘材料根据设计要求和使用环境选用美国G&E公司生产的抗拉撕硅橡胶绝缘材料。硅橡胶的分子主链为硅氧链,硅原子上连接有 一个或两个有机基团,其分子结构通式为:从分子结构可以看出硅橡胶绝缘具有很高的耐热性、优异的耐寒性、优良的电绝缘性能、良好的耐老化性能和优异的耐油性能,并且无毒无臭,是优良的环保材料。填充及绕包材料主要理化性能(参数值)包括:抗张强度/(N/mm2)10.82,断裂伸长率(%)560,撕裂强度/(kN/m)40,硬度ShoreA61,体积电阻率/Ω·m9.0×1012,相对介电常数3.1,介质损耗角正切值/tanδ0.005,击穿场强/(kV/mm)20。电缆填充材料选用与温度及环境相适应的材料阻水填充纱,成缆绕包材料选用阻水带绕包,以抵抗恶劣的风雨腐蚀。护套材料根据使用环境和电缆正常运行温度,选择一种聚醚型热塑性聚氨酯化合物护套材料。其具有优异的力学性能、韧度、化学耐受性、低温柔软性、水稳定性以及防风、防寒、抗菌、防霉、抗紫外线和环保等性能。主要理化性能(参数值)包括:抗张强度/(N/mm2)30.0,断裂伸长率(%)650,撕裂强度/(kN/m)40,硬度ShoreA83,磨损量/mm3105,回弹性(%)40,脆化点/℃-70,氧指数(%)30。对于风力电缆来说,关键的工序为:导体绞合、绝缘连续硫化、成缆绕包、聚氨酯护套的挤包工序,以下对这几道关键工序的生产工艺进行逐一探讨。导体绞合导体绞合工序对于风力电缆来说,是非常重要的。在试制过程中,我们按照我们的正常工艺要求来绞制导体线芯,经过试验发现:电缆的柔软度不够,抗扭转性能较差。为了解决这个问题,我们通过不断的摸索,调整了单丝直径、每股根数、绞合股数及绞合节距,经过一段时间的验证,其性能稳定,柔软度和抗扭转性大大提高。绝缘连续硫化硅橡胶绝缘连续硫化是关键的环节,本工序主要控制点:原材料的质量、挤出模具的配置、表观质量及硫化的程度。在开始试制时,绝缘和护套偏心严重,并且还经常造成脱节现象,通过不断的摸索,调整模芯、模套的配置,最终使生产出来的电缆同心度达到国家标准要求。对于绝缘的硫化,我们采用连续硫化的方式,即在硫化管中通过蒸 气硫化,开始试制时经常出现气泡、起泡等现象,经过我们认真仔细的观察,发现电缆的气泡主要是由于胶料在炼制过程中含有较多的空气造成的,经过对胶料配方的改进,避免了气泡现象的发生。对于起泡现象,是生产硅橡胶电缆经常遇到的问题,因为硅橡胶挤制到导体或缆芯后,要经过一段硫化管经过高温高压蒸气硫化,温度较高,这样如果胶料潮湿或电缆导体或绕包材料含有水分,经高温后水分挥发,而造成绝缘表面起泡,严重影响电缆的电气性能,为了避免此现象,我们对导体、绕包材料经过除湿防潮处理,这样经过严格的控制,电缆起泡现象得以避免。产品硫化的程度影响产品的质量,挤出速度是关键,速度快,硫化不足,力学性能和弹性不好;速度慢,放线前牵引挤出机连续硫化后牵引过硫化。我们经过不断的摸索,根据不同的绝缘和护套厚度调整挤出速度,产品硫化后经过测试,负载下伸长率在120%~140%之间,热延伸满足国家相关标准。成缆工序(仅对多芯电缆)对于新型风力电缆来说,线芯成缆环节的控制至关重要。我们调整好放线张力,选择规格合适的填充材料,同时通过改进放线装置,确保线芯放线张力一致,这样放出的缆芯紧密、圆整。阻水绕包带采用重叠绕包在缆芯外面,重叠率达20%以上。聚氨酯护套的挤包工序聚氨酯护套的挤出过程中,通过我们的试制,发现以下两点对挤出质量有重要的影响:原材料的干燥和挤出温度的控制。由于聚氨酯材料极性较强,具有很强的吸水性,在空气中极易吸收水分而变潮。这些吸潮后的原材料经过挤出机时,由于高温而产生挥发,导致产品表面出现毛孔、气泡及外径粗细不均等现象,并且严重影响护套的力学性能,所以对聚氨酯原料应避免长期暴露在空气中,在挤出前建议进行烘干处理。在烘干时,最好在具有吸湿剂的干燥设备中进行,也可以在干燥房中进行。温度一般控制在100~115℃之间,时间约为1~2h,其间防止粒子热粘成团,并经常搅拌,使其干燥均匀。聚氨酯材料由于黏体粘 度大,经过螺杆挤出过程中,由于产生摩擦而生热,使温度升高,所以在挤出过程中要调节温度,经验证明温度控制在120~160℃之间时挤出的护套表面良好,否则表面易起泡,影响产品质量。挤出螺杆的长径比控制在(25∶1)~(30∶1)之间,螺杆转速要缓慢递增,避免由于材料的黏度大,推压力大而损伤螺杆。实践证明,控制好挤出工艺才能生产出合格的产品,经过不断的摸索和调整,护套挤出质量稳定,各项性能完全达标。 
综上所述,本发明涉及的一种新型风力电缆具有优异的抗扭转、高低温性能、绝缘电气性能、力学性能以及具有强度高、韧性好、耐磨、耐寒、抗扭转、耐油、耐水、耐老化、耐气候、防风、抗菌、防霉、抗紫外线和环保等特性,完全能够满足风力电缆的使用要求。 

Claims (1)

1.一种光缆,其特征在于,光缆具有1~5芯结构(包括3+1芯、4+1芯和3+2芯),GB/T3956规定的第5种镀锡软铜导体为缆芯,抗拉撕硅橡胶绝缘材料和聚氨酯复合护套,绝缘材料为阻水填充纱,所述护套具有50-650%的断裂伸长率。 
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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