风力电缆概述

70· 2009年第9期解决方案随着世界煤炭、石油等矿物能源的减少，人类环保意识的增强，人们正在积极探索利用再生能源实现社会的可持续发展。

而在众多的新能源中，目前发展最快、最经济适用，并且具有绿色、环保的新能源应该是风力发电。

风力发电作为一种新能源，近年来，在世界范围内得到快速的发展，同时得到人们的青睐。

风力电缆主要用于风机的连接线，使用环境非常恶劣，不仅要具有优异的电气性能和抗扭转性能，还要有优异的耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候、高防水性透湿性、防风、抗菌、防霉、抗紫外线和环保等特性。

要生产出优质的风力电缆，必须根据使用场所的条件和要求，严格选择电缆型号和原材料，并控制好生产环节，同时严格进行出厂检验和各种型式及抽样检验，以确保风力电缆的长期安全稳定的运行。

1 主要型号风力电缆的选型非常重要，根据各个风电场的环境条件，我们可以选择不同型号的电缆，以满足使用风力电缆概述的要求，确保电缆的长期稳定运行，保证风力发电的正常工作，起到事半功倍的作用；反之，电缆不能长期稳定的运行，严重影响风机的正常运行，造成不必要的经济损失。

表1是风力电缆的主要型号及使用环境条件，请根据使用环境要求进行选用。

由于风力电缆的使用环境恶劣，特别是低温环境对电缆的使用寿命影响非常大，所以选择电缆型号时，必须要考虑风电场的外界环境条件，这样电缆与之配套的设备才能安全长期稳定的运行。

2 原材料2.1 导体材料导体材料的选择至关重要，导体不仅传递电能和传递信号，而且必须有足够的强度、韧性及抗扭转性能。

对于风力电缆用导体材料应选用优质退火无氧铜（含铜量99.99%），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，导体直流电阻完全满足GB/T3956标准的要求，导体表面镀层均匀、光亮，无氧化、毛刺等现象。

■ 韩惠福/安徽新亚特电缆集团有限公司 宋国玉/大庆石化公司化工二厂供电车间表 125 铜芯乙丙橡皮、绝缘氯丁橡皮护套，风力发电用耐扭曲软电缆 －2525 铜芯乙丙橡皮、绝缘氯磺化聚乙烯橡皮护套，风力发电用耐扭曲软电缆 －2525 铜芯乙丙橡皮、绝缘热塑弹性体护套，风力发电用耐扭曲软电缆 －2540 铜芯乙丙橡皮、绝缘氯丁橡皮护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯乙丙橡皮、绝缘氯磺化聚乙烯橡皮护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯乙丙橡皮、绝缘热塑弹性体护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯硅橡胶、绝缘硅橡胶护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯硅橡胶、绝缘聚氨酯弹性体护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯乙丙橡皮、绝缘聚氨酯弹性体护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4040 铜芯乙丙橡皮、绝缘硅橡胶护套，风力发电用耐寒耐扭曲软电缆 －4055 铜芯硅橡胶、绝缘硅橡胶护套，风力发电用耐严寒耐扭曲软电缆 －5555 铜芯硅橡胶、绝缘聚氨酯弹性体护套，风力发电用耐严寒耐扭曲软电缆 －5555 铜芯乙丙橡皮、绝缘聚氨酯弹性体护套，风力发电用耐严寒耐扭曲软电缆 －5555铜芯乙丙橡皮、绝缘硅橡胶护套，风力发电用耐严寒耐扭曲软电缆－55712009年第9期·解决方案2.2 绝缘材料绝缘材料的选择不仅要考虑电缆的绝缘电气性能，而且要考虑电缆的力学性能及低温性能。

根据设计要求和使用环境一般选用优质硅橡胶绝缘（G ）和三元乙丙橡皮绝缘（EPR ），这里主要介绍一下硅橡胶绝缘料的力学和电气性能。

硅橡胶绝缘应选用进口或国产的优质抗拉撕硅橡胶绝缘材料，不仅应具有优异的力学性能而且应具有优异的绝缘电气性能及高低温性能。

抗拉撕硅橡胶绝缘具有很高的耐热性、优异的耐寒性、优良的电气绝缘性能、良好的耐老化性能、优异的耐油性能，并且无毒无臭，是优良的环保材料。

主要理化性能如表2所示。

2.3 护套材料护套材料根据使用环境和电缆正常运行温度，我们选择氯丁橡胶、热塑性弹性体、氯磺化聚乙烯、硅橡胶和聚氨酯弹性体材料中的一种。

在这里我重点介绍一下新型聚氨酯弹性体材料，风力电缆护套选用的是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、环保等性能。

主要理化性能如表3所示。

3 结构及技术要求风力电缆的结构一般有导体、绝缘层和护套组成。

现对其结构和主要技术要求简单介绍如下。

3.1 导体导体材料选用第5种柔软圆形绞合铜导体，导体材料应为镀锡单线，导体单线直径及20℃时导体直流电阻符合GB/T3956的规定。

3.2 绝缘层风力电缆的绝缘材料根据环境条件和使用要求，选用硅橡胶绝缘和三元乙丙橡胶绝缘料中的一种。

绝缘层表面应平整、色泽均匀，无机械损伤，其断面无目力可见的气泡和杂质，外观圆整且容易与导体剥离。

绝缘层平均厚度应不小于标称值，其最薄处的厚度应不小于（标称值×90%－0.1）mm 。

绝缘层应按照GB/T3048的规定进行火花试验，绝缘层不击穿，试验机的运行速度应保证绝缘层每点经受电压作用时间不小于0.1 s 。

3.3 护套风力电缆的护套材料根据使用环境和使用要求，选用氯丁橡胶、热塑性弹性体、氯磺化聚乙烯、硅橡胶和聚氨酯弹性体材料中的一种，护套材料应与绝缘材料的工作温度等级相适应，多芯电缆护套不应与绝缘相粘连。

电缆护套应紧密包在缆芯上，表面应平整、光滑、颜色均匀、断面应无目力可见的气泡和杂质。

护套厚度的平均值应不小于标称值，最薄处的厚度应不小于（标称值×85%－0.1）mm 。

4 风力电缆的试验风力电缆除了进行常规的出厂例行试验（包括导体直流电阻、绝缘电阻和耐压试验等）、抽样试验（包括外观、结构尺寸等）、常规型式试验（绝缘、护套力学性能、冲击电压、4 h 电压试验等）外，还必须做一些特殊型式试验（包括常温扭转试验、低温扭转试验、高温扭转试验、负载扭转试验、负重试验、低温弯曲试验、人工气候老化试验、盐雾试验、燃烧试验等），以满足电缆的使用要求。

在这里主要介绍以下两种特种型式试验：低温扭转试验和低温弯曲试验。

表 31 抗张强度/（ N/mm 2） 30.02 断裂伸长率/% 6503 撕裂强度/（kN/m ） 404 硬度/（Shore A ） 835 磨损量/ mm 3 1056 回弹性（%） 407 脆化点/℃－708氧指数（%） 30表 21 抗张强度/（N/mm 2） 10.82 断裂伸长率（%） 5603 撕裂强度/（kN/m ） 404 硬度（Shore A ） 615 体积电阻率/Ω·m 9.0×10126 相对介电常数 3.17 介质损耗角正切值 tg δ 0.005 8击穿场强/（kV/mm ） 20解决方案4.1 低温扭转试验首先从被试电缆上截取12.5m长的电缆样品，然后把整个试样安装在温度可控的箱体内，试样顶端固定在扭转试验装置的转轮上，扭转装置应放置在距离下端固定支架7～9 m的高度，试样下端固定在支架上，受扭试样长度约12 m。

安装完成后在电缆型号规定的最低环境适应温度（－25℃、－40℃、－55℃或用户要求的最低使用温度）下试验。

箱体内的温度应从试样安装好后算起的1 h内达到规定的试验温度。

试样在规定的试验温度下放置不少于4 h，然后开始扭转试验。

扭转过程为：转轮先顺时针扭转1 440°，然后逆时针扭转相同角度使试样恢复到初始状态继续逆时针扭转1 440°后再顺时针扭转相同角度使试样恢复到初始状态，此为一个周期。

转轮的转速范围一般为360°～1 080°/min。

用户没有特殊要求时，进行2000个周期的试验。

在进行2 000个周期的低温扭转试验后，检查试样表面应无裂纹及扭曲现象，然后将低温扭转后的试样（成品电缆）进行2.5U0、15 min交流电压试验和20℃时导体直流电阻试验，电缆应不击穿，20℃时导体直流电阻符合GB/T3956的要求，则该电缆低温扭转试验通过，达到使用要求。

4.2 低温弯曲试验首先从被试电缆上截取两根适当长度的电缆样品，然后把整个试样安装在低温卷绕试验装置上，试验装置在试验前及试验中应放置在合适的低温箱中。

装好试样的设备应在规定温度（－25℃、－40℃、－55℃或用户要求的最低使用温度）的合适低温箱内放置不少于16 h，16 h的冷却时间包括冷却设备所必需的时间。

如果试验设备已预冷，只要试样达到规定的试验温度，则允许缩短冷却时间，但不得少于4h。

如果试验设备和试样均已预冷，则每个试样固定在试验设备上后冷却1 h就足够了。

规定的冷却时间结束后，应按以下条件进行卷绕试验：电缆外径小于12.5 mm时，按照GB/T2951.14的规定把试样整齐地在试棒上卷绕成紧密的螺旋状，试棒的直径应为试样直径的4～5倍，试棒应以约5s转一圈的速率匀速旋转，卷绕圈数应符合GB/T2951.14的规定；电缆外径大于12.5 mm时，按照4～5倍电缆外径弯曲180°。

弯曲试验结束后，将试样保持在试棒上，使其恢复到接近环境温度，用正常视力或矫正过的视力而不用放大镜进行检查时，两个试样的绝缘和护套表面均应无任何裂纹，则低温卷绕试验通过，达到使用要求。

5 国内外风力电缆发展现状20世纪70年代，石油危机发生以后，西方发达国家为了寻求新能源代替石化燃料能源，开始对风力发电投入大量的人力和资金，并进行了深入的研究，开创了风能利用的新时期。

目前，中、大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其他电源增长率高的趋势仍然继续。

作为风力发电的配套产品——风力电缆近年来获得快速的发展，特别是一些欧洲国家（例如：德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙等）已经共同制定了风力电缆欧洲标准，并对风力电缆的使用和性能进行了深入的研究，以满足风力发电事业蓬勃快速发展的需要。

我国幅员辽阔，风力资源丰富，特别是近年来国家对风力发电的大力支持，目前许多大的风电场已经建起或正在建设，到“十一五”末，我国的风力发电技术水平和风力发电装机量将达到世界前列。

风力电缆随着风电事业也得到快速的发展，目前我国的许多电缆厂都投入了大量的人力和资金，积极引进人才，参照欧洲先进标准，根据国内风电场的环境条件和使用情况，开发新型风力发电用专用电缆，其市场前景美好，效益乐观。

6 结束语随着风力发电的快速发展，风力电缆作为一种新型的电缆产品必将获得广阔的发展空间。

但由于风电场的环境恶劣，要求风力发电配套的相关设备必须具有优异的耐恶劣环境条件的能力，以保证风力发电的正常运行。

风力电缆作为风力电机的连接线，必须要具有非常优异的耐扭转性、耐低温性和耐候性等一些特殊的性能，而目前所使用的产品，力学性能和绝缘电气性能还有待进一步改进，所以在今后的研究中，要积极研发一种新型高强度、无污染、高绝缘性，同时兼顾具有优异的耐恶劣环境能力的风力专用电缆，实现真正的高效、绿色、环保、节能。