一般来说,风场位于特殊气候条件的恶劣环境中,例如,强风、强紫外线和含盐度很高的空气等。正因如此,风电应用中的电缆性能无疑比其它应用更高。而风机内的运动部件进一步提高了正确选择电缆的重要性。"
现有风场的维护和新的大规模风场开发都需要考虑采用高等级的电力电缆、数据与控制电缆和通信电缆,它们决定了电网和通信系统的互连质量。单个风电机组所需的电缆数量比人们想像的要多。例如,一台90米高的1.25MW风力发电机需要约1km的电力电缆。这样算,50MW装机容量的风场将需要40km的电缆。
风电机组工作在恶劣环境,这种环境一般具有宽温度范围(约-40℃至50℃)、并且暴露在较强紫外线的照射下。因此,要达到预期的使用寿命,所使用的特殊电缆需要能够承受-40℃的低温及可抵御紫外线的辐射。对风机内的运动部件而言,电缆应具有优异的扭转和弯曲柔韧性,并具有很小的弯曲半径。电缆还需要能抗燃料、抗冷冻剂、耐油、耐腐蚀性化学品及抗磨损。如果风场是靠近海岸的陆地或位于海上,电缆都还必须耐高含盐水的侵蚀。出于安全考虑,除上述要求外,还要求电缆具有阻燃性。在某些情况下,还要求低烟、零卤素(LSZH)材料和EMI保护等其它特性。
电线电缆在机电安装工程中占据了重要的地位,作为其主要原材料的铜,占了电缆产品总成本的70%~80%,铜电缆的价格随着铜价的上涨而急剧增长,对投资方和施工方在工程造价控制方面带来较大的困难,为此,铜包铝电缆研究和应用迅速增长。铜包铝线缆是指以铝芯线代替铜成为线缆主体,外面包一定比例的铜层的电线电缆。铜包铝电缆就其用途来分,基本可分为两类:一类是信号或通讯用途的铜包铝电缆,另一类是供电用的铜包铝电缆。就其特性,将铜包铝和纯铜电缆进行以下的比较。
铜包铝通讯电缆机械特性。纯铜导体强度、伸长率比铜包铝导体大,也就是说纯铜在机械性能方面比铜包铝好。从电缆设计的角度来看,纯铜导体比铜包铝导体机械强度好的优点,在实际应用过程中不一定需要。铜包铝导体比纯铜轻很多,因此铜包铝的电缆在整体重量上比纯铜导体电缆要轻,这样会给电缆的运输和电缆的架设施工带来方便。另外铜包铝比纯铜软一点,用铜包铝导体生产的电缆在柔软性方面比纯铜的电缆好一点。
电气性能。因为铝的导电性比铜差,使得铜包铝导体的直流电阻比纯铜导体大,这点有无影响主要看电缆是否会被用来供电,如给放大器提供电源,如果被用来供电的话,铜包铝导体将会导致额外的电力消耗,电压降低较多。当频率**过5MHz时,此时的交流电阻衰减在这两种不同的导体下没有明显的区别。当然,这主要是因为高频电流的集肤效应,频率越高,电流的流动就越接近导体表面,在铜包铝导体的表面实际上纯铜材料,当频率高到一定时候,整个电流镀在铜材质里面流动了。在5MHz情况下,电流在近表面的约0.025毫米厚度中流动,而铜包铝导体的铜层厚度比此厚度多约一倍。对于同轴电缆,因为传输的信号是在5MHz以上,因此铜包铝导体和纯铜导体传输效果是相同的。在实际测试电缆的衰减可以证明这一点。铜包铝较纯铜导体软,在生产过程中容易进行矫直处理,因此在一定程度上可以说用铜包铝的电缆要比用纯铜导体的电缆回波损耗指标好。
对于具有轴向对称性的圆形线芯其云母带绕包后的各个方向紧密,所以对于耐火电缆的导体结构宜采用圆形紧压导体。其原因如下:
1.有的用户提出导体为束绞软结构导体,这就需要企业从电缆使用的可靠性方面与用户沟通改为圆形紧压导体,软结构束线、复绞易造成云母带损伤,作为耐火电缆导体不可取,但有的厂家认为用户需要什幺样的耐火电缆,制造厂家就应满足用户需求,我认为用户毕竟对电缆的相关细节性问题并不十分明白,电缆是与人的生命息息相关的,所以电缆制造企业必须将相关技术问题与用户讲清楚。
2.扇形导体也不宜采用,因扇形导体其云母带的绕包压力是分布不均匀的,如图所示,从图中可以看出扇形芯绕包云母带其三个扇形角处的压力是较大的,由于云母是片状硅酸盐聚合物,其层间分子吸引力远比晶体内的s1-0 共价键的键力微弱.层间易滑动,靠硅粘合,但粘合强度也低,在外力刮磨、挤压时较易脱落、裂开,特别是采用扇形结构时,绕包后的线芯通过导轮、分线杆以及排线至工装轮侧板边缘,以及后道工序挤包绝缘进入模芯时,均易刮伤及碰伤从而导致电性能下降. 另外,从成本角度来讲扇形导体结构的截面周长大于圆形导体截面周长,进而增加了贵重材料云母带,虽然圆形结构电缆外径有所增大.聚氯乙烯护套料用量增多,但是产品材料与总成本相比,综合成本来讲圆形结构电缆仍节约。基于上述说明,从技术和经济分析,耐火电力电缆的导体采用圆形结构为较佳。