CN223808944U - 复合型中高压风能电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合型中高压风能电缆，包括有复合缆芯以及包覆在所述复合缆芯外侧的外护套；所述复合缆芯包括有绞合设置的三根动力单元、两根地线单元以及一根控制单元；所述动力单元包括有由内至外依次设置的动力线导体、导体屏蔽层、高压绝缘层以及绝缘屏蔽层；所述地线单元包括有由内至外依次设置的地线导体以及屏蔽层；所述绝缘屏蔽层设置控制线导体、控制线绝缘层、控制线护套、金属屏蔽层以及半导电屏蔽层，所述金属屏蔽层兼作地线。

Description

复合型中高压风能电缆

技术领域

本实用新型涉及电缆结构，尤其涉及一种复合型中高压风能电缆。

背景技术

海上风电的发展是一个全球性的趋势，各国都在积极推动海上风电的发展。随着深远海技术的发展，大功率风电机组占比越来越高，最大容量已达到了20MW以上。其中，大功率风电机组采用一根中高压动力电缆代替几十根低压动力电缆，提高风机输出效率，降低线路损耗，从而降低生产成本。

风机塔筒内使用的扭转中高压动力风能电缆配套控制电缆由顶部变压器侧敷设至底部开关柜，其中动力电缆与控制电缆敷设在一起，风机偏航过程，电缆会随之发生扭转。中高压风能电缆外径达到100mm以上，而控制电缆外径一般8-15mm，在使用过程受到动力电缆挤压以及反复扭转弯曲等影响，易出现电缆断芯问题，导致风机无法正常运行，造成较大的经济损失。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种复合型中高压风能电缆。

该电缆通过在中高压电缆结构中集成控制单元，以避免传统动力电缆与控制电缆相互挤压导致的断芯问题，并通过采用耐扭转地线单元和多股细线绞合导体结构，进一步提高电缆的柔性与使用寿命。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种复合型中高压风能电缆，包括有复合缆芯以及包覆在所述复合缆芯外侧的外护套；所述复合缆芯包括有绞合设置的三根动力单元、两根地线单元以及一根控制单元；所述动力单元包括有由内至外依次设置的动力线导体、导体屏蔽层、高压绝缘层以及绝缘屏蔽层；所述地线单元包括有由内至外依次设置的地线导体以及屏蔽层；所述绝缘屏蔽层设置控制线导体、控制线绝缘层、控制线护套、金属屏蔽层以及半导电屏蔽层，所述金属屏蔽层兼作地线。

进一步具体的，任一动力单元均与其他两根动力单元相切设置，两根地线单元和一根控制单元均匀设置在三根动力单元外侧，任一地线单元与两动力单元相切设置，所述控制单元与两动力单元相切设置。

进一步具体的，所述控制线导体设置为5类镀锡铜导体，镀锡铜单丝的直径设置为0.2~0.31mm。

进一步具体的，所述控制线绝缘层设置为乙丙橡胶绝缘材料。

进一步具体的，所述控制线护套设置为低烟无卤橡胶材料。

进一步具体的，所述金属屏蔽层设置为铝合金金属屏蔽层。

进一步具体的，所述地线导体采用5类铝合金导体，铝合金单丝的直径设置为0.2~0.51mm。

进一步具体的，所述动力线导体采用5类镀锡铜导体，镀锡铜单丝的直径设置为0.3~0.51mm。

进一步具体的，所述屏蔽层设置为半导电屏蔽层；所述导体屏蔽层也设置为半导电屏蔽层。

进一步具体的，所述高压绝缘层设置为乙丙橡胶绝缘材料；所述绝缘屏蔽层设置为半导电屏蔽层。

进一步具体的，所述外护套设置为低烟无卤阻燃橡胶材料。

本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：

通过将控制线单元、动力单元与地线单元复合于一体，既有效避免了分离式布线时的相互挤压与磨损，又减少了布线空间和材料成本；同时，采用5类镀锡铜导体和铝合金地线导体，兼顾海洋环境的防腐蚀、耐扭转及高压绝缘需求，极大提升了电缆整体的可靠性与经济性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1是本实用新型的剖视结构示意图；

图2是本实用新型的动力单元的剖视结构示意图；

图3是本实用新型的地线单元的剖视结构示意图；

图4是本实用新型的控制单元的剖视结构示意图；

图中：1、动力单元；11、动力线导体；12、导体屏蔽层；13、高压绝缘层；14、绝缘屏蔽层；2、地线单元；21、地线导体；22、屏蔽层；3、控制单元；31、控制线导体；32、控制线绝缘层；33、控制线护套；34、金属屏蔽层；35、半导电屏蔽层；4、外护套。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

应当理解，附图仅用于对本申请进行示例性说明。

现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

一种复合型中高压风能电缆，如图1所示，包括有复合缆芯以及包覆在所述复合缆芯外侧的外护套4；所述复合缆芯包括有绞合设置的三根动力单元1、两根地线单元2以及一根控制单元3；任一动力单元1与其他两根动力1单元均相切设置，两根地线单元2和一根控制单元3均匀设置在三根动力单元1外侧，任一地线单元2与两动力单元1相切设置，所述控制单元3与两动力单元1相切设置。将原来的三根地线单元2中的一根换成控制单元3，既能解决控制线容易断的问题，又能保证电缆的尺寸不变。

如图1、图2所示，所述动力单元1包括有由内至外依次设置的动力线导体11、导体屏蔽层12、高压绝缘层13以及绝缘屏蔽层14。

所述动力线导体11采用5类镀锡铜导体，导体由若干单丝组成，每一镀锡铜单丝的直径设置为0.3~0.51mm，断裂伸长率不小于20%。通过采用多股单丝绞合形成的5类镀锡铜导体，一方面可以在中高压场合保证足够的载流能力，另一方面可增强扭转和拉伸工况下的柔性及抗疲劳性能；镀锡工艺则可有效防止风机塔筒内高湿度环境对导体造成的氧化和腐蚀，断裂伸长率不小于20%，能进一步降低在偏航过程中因重复扭转和弯曲而造成芯线断裂的风险。

所述导体屏蔽层12设置为半导电导体屏蔽层，所述半导电导体屏蔽层设置为半导电尼龙带，所述半导电尼龙带绕包在所述动力线导体11外侧。通过在动力单元1外部绕包半导电屏蔽材料，可实现对导体表面及绝缘界面的电场均匀分布，减少中高压场景下因电场集中而产生的局部放电风险，进而延长电缆整体在风机塔筒扭转环境中的使用寿命；半导电屏蔽材料拥有优良的导电性能和附着力，与乙丙橡胶高压绝缘层13配合使用时能够进一步增强电缆的绝缘可靠性，并在深远海环境中为电缆提供稳定的电气保护。

所述高压绝缘层13设置为乙丙橡胶绝缘材料，所述绝缘屏蔽层14设置为半导电绝缘屏蔽层，进一步的，所述高压绝缘层13设置为中高压洁净乙丙橡胶绝缘材料，抗张强度≥8.5Mpa，断裂伸长率≥300%。通过在动力单元1外部采用乙丙橡胶绝缘料，实现较高的介电强度和良好的耐老化性能，能够在中高压环境下有效提升电缆的绝缘可靠性，同时使线芯在反复扭转工况中具备优异的弹性和韧性；再配合外部的半导电绝缘屏蔽层，可使电场沿线芯表面更加均匀分布，进一步降低局部放电及电力损耗的风险，并在风机塔筒偏航时维持安全稳定的传输特性。结合此前所述扭转环境下的结构设计，该高压绝缘层13与绝缘屏蔽层14的协同配合在海上风电机组长期运行中有效增强了整根复合型电缆的使用寿命与电气性能，降低了停机与检修成本。

如图1、图3所示，所述地线单元2包括有由内至外依次设置的地线导体21以及屏蔽层22。

所述地线导体21采用5类铝合金导体，铝合金单丝的直径设置为0.2-0.51mm，单丝抗张强度98-159Mpa，断裂伸长率不小于10%。通过选用多股单丝铝合金导体并将单丝直径控制在0.2-0.51mm范围内，不仅能够根据故障电流容量灵活设计地线导体21截面，而且可在长期扭转环境下保持较高的机械强度和导电性能；由于铝合金的比重小于铜，并且具有较强的防腐蚀特性，即使在长期扭转及海上高湿度环境下出现少量断丝现象，也不会对地线功能及电缆整体寿命造成显著影响。该结构还显著减轻了电缆重量并降低了材料成本，使复合型中高压风能电缆在深远海风电机组塔筒内安装时更加便捷，并在风机偏航过程中保证良好的耐扭转特性与运行安全性。

所述屏蔽层22设置为半导电屏蔽，通过在地线单元2外部均挤包半导电屏蔽材料，可实现对导体表面及绝缘界面的电场均匀分布，减少中高压场景下因电场集中而产生的局部放电风险，进而延长电缆整体在风机塔筒扭转环境中的使用寿命。

如图1、图4所示，所述控制单元3包括有由内至外依次设置的控制线导体31、控制线绝缘层32、控制线护套33、金属屏蔽层34以及半导电屏蔽层35，所述金属屏蔽层34兼作地线。

所述控制线导体31设置为5类镀锡铜导体，所述镀锡铜导体由若干镀锡铜单丝构成，镀锡铜单丝的直径设置为0.2-0.31mm，断裂伸长率不小于20%。通过采用5类镀锡铜导体并将单丝直径控制在0.2-0.31mm的范围内，控制线导体31呈多股细线绞合结构，可在风机偏航及电缆随之扭转的工况下提供更佳的柔韧性和耐弯曲性能，且镀锡工艺可有效降低海上高湿度环境中的氧化与腐蚀风险，从而进一步提升控制信号传输的可靠性并减少芯线断裂的可能性。

所述控制线绝缘层32设置为乙丙橡胶绝缘材料，乙丙橡胶绝缘材料抗张强度≥6.5Mpa,断裂伸长率≥200%。通过采用乙丙橡胶绝缘层，控制线芯在海上风电机组长期扭转及弯曲工况下可以保持较高的弹性和韧性，同时该材料在中高压环境中具有良好的绝缘特性及耐老化性能，能够有效提升控制回路的安全性和使用寿命，并在湿热海洋环境中持续保持稳定的电气性能。

在所述镀锡铜导体的外侧挤包一层乙丙橡胶绝缘层形成绝缘线芯，四根所述绝缘线芯绞合成缆并在其外侧绕包一层无纺布，在所述无纺布外侧挤包一层控制线护套33。

所述控制线护套33设置为低烟无卤橡胶材料。通过在绞合好的控制线绝缘芯外挤包低烟无卤橡胶护套，可在满足机械强度要求的同时显著降低燃烧时的烟雾及有毒气体排放量，并有效提升海上风电机组塔筒内的消防安全系数，满足环保及阻燃要求，从而在发生火灾或短路故障时为设备和人员提供更高保障，并符合相应的环保规范与安全标准。

所述金属屏蔽层34设置为铝合金金属屏蔽层。将多根铝合金单丝绞合成束后均匀缠绕于控制线护套33外以形成铝合金金属屏蔽层，该金属屏蔽层34兼作地线，既能实现对控制线的有效电磁屏蔽，又可降低整体重量和材料成本，还能实现既作地线又作控制线；铝合金具备良好的防腐蚀和耐扭转性能，适应海上风电机组塔筒内的高湿度、频繁偏航等严苛环境，并在长期使用过程中兼顾地线功能和防护性能，有效提升电缆整体的电气安全性和经济性。

在所述铝合金金属屏蔽层外侧挤包一层半导电屏蔽层35。

三根动力单元1、两根地线单元2以及一根控制单元3绞合后形成复合缆芯，在复合缆芯外部绕包一层无纺布，有效扎紧复合缆芯，避免复合缆芯松散，在所述无纺布外侧设置外护套4。

所述外护套4设置为低烟无卤阻燃橡胶材料，其中抗张强度≥10N/mm²，断裂伸长率≥200%，抗撕强度≥5N/mm。通过在复合缆芯外部挤包低烟无卤阻燃橡胶护套，可在保证抗张强度、断裂伸长率及抗撕强度满足海上风电机组塔筒内扭转和弯曲需求的同时，大幅降低电缆在燃烧或故障情况下所产生的烟雾和有毒气体排放量，并提升阻燃安全性能；所述外护套4设计能够在深远海环境中抵御盐雾腐蚀及其他恶劣气候影响，为电缆内部的动力单元1、地线单元2及控制单元3提供更为可靠的综合保护，从而延长电缆使用寿命并减少停机检修风险。

结合扭转工况下大功率风机塔筒内对电缆的使用需求，通过将所述控制单元3与动力单元1、地线单元2组合成复合缆芯的方式，避免了传统动力电缆和控制电缆分别敷设时在扭转过程中产生的相互挤压和磨损；其中所述三根动力单元1、两根地线单元2以及一根控制单元3采取“3+2+1”的排列形式成缆，并在缆芯外层包覆低烟无卤阻燃材料制成的外护套4，以在满足中高压传输性能的同时提升电缆整体的抗弯曲和耐扭转寿命。

通过所述地线单元2的合理布设和控制单元3与动力单元1的集成设计，可以在有限空间内实现动力传输与控制信号传输的综合布线，简化了敷设流程并降低了成本，并且在风机偏航过程中能够有效减小内部线芯的相互挤压风险；当外径较大的动力线芯和外径相对较小的控制线芯同轴分布于同一缆芯结构时，可利用绞合设计提高线芯间的紧密度与柔韧性，从而在长期反复扭转环境中保持稳定的电性能。电缆整体具有良好的绝缘与屏蔽性能，并能兼顾故障保护与电磁兼容，显著降低了风电机组停机检修风险。基于上述结构，在海上风电机组塔筒内的实际运行中可有效延长使用寿命，提升风能电缆在大功率和深远海环境中的可靠性和经济性。

本实用新型的复合型中高压风能电缆在满足海上风电机组中高压输电需求的同时，成功将控制单元3整合在同一电缆内，显著减小了动力单元1与控制单元3相互挤压所导致的断芯风险；所述地线单元2采用铝合金导体，可根据故障电流容量进行截面设计，在降低线缆重量和材料成本的同时满足安全要求；整体低烟无卤阻燃护套及各芯线均采用耐扭材料和屏蔽结构，确保电缆在严酷海洋环境与风机偏航工况下的运行安全与长期可靠性，为大功率风电机组提供高效与稳定的电力与控制传输。

以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种复合型中高压风能电缆，其特征在于：包括有复合缆芯以及包覆在所述复合缆芯外侧的外护套(4)；

所述复合缆芯包括有绞合设置的三根动力单元(1)、两根地线单元(2)以及一根控制单元(3)；

所述动力单元(1)包括有由内至外依次设置的动力线导体(11)、导体屏蔽层 (12)、高压绝缘层(13)以及绝缘屏蔽层 (14)；

所述地线单元(2)包括有由内至外依次设置的地线导体(21)以及屏蔽层(22)；

所述控制单元(3)包括有由内至外依次设置的控制线导体(31)、控制线绝缘层(32)、控制线护套(33)、金属屏蔽层(34)以及半导电屏蔽层(35)，所述金属屏蔽层(34)兼作地线。

2.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：任一动力单元(1)均与其他两根动力单元(1)相切设置，两根地线单元(2)和一根控制单元(3)均匀设置在三根动力单元(1)外侧，任一地线单元(2)与两动力单元(1)相切设置，所述控制单元(3)与两动力单元(1)相切设置。

3.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述控制线导体(31)设置为5类镀锡铜导体，镀锡铜单丝的直径设置为0.2~0.31mm。

4.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述控制线绝缘层(32)设置为乙丙橡胶绝缘材料，所述控制线护套(33)设置为低烟无卤橡胶材料。

5.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述金属屏蔽层(34)设置为铝合金金属屏蔽层。

6.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述地线导体(21)采用5类铝合金导体，铝合金单丝的直径设置为0.2~0.51mm。

7.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述动力线导体(11)采用5类镀锡铜导体，镀锡铜单丝的直径设置为0.3~0.51mm。

8.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述屏蔽层(22)设置为半导电屏蔽材料；所述导体屏蔽层 (12)设置为半导电导体屏蔽层。

9.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述高压绝缘层(13)设置为乙丙橡胶绝缘材料；所述绝缘屏蔽层(14)设置为半导电绝缘屏蔽层。

10.根据权利要求1所述的复合型中高压风能电缆，其特征在于：所述外护套(4)设置为低烟无卤阻燃橡胶材料。