額定電壓0.6/1kV及以下風能耐扭曲軟電纜的工藝控制

王 斌

（江蘇華光電纜電器有限公司，江蘇常州213119）

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額定電壓0.6/1kV及以下風能耐扭曲軟電纜的工藝控制

王 斌

（江蘇華光電纜電器有限公司，江蘇常州213119）

摘要：介紹了額定電壓0.6/1 kV及以下風能耐扭曲軟電纜的工藝控制，對電纜的結構、材料和工藝難點進行了探討，以滿足風能電纜的耐扭曲性能要求。

關鍵詞：風能；耐扭曲；同向絞合；導體氧化；擠橡連硫

0 引 言

風能是一種可再生、無污染的綠色能源，資源十分豐富，風能的大規模開發利用，能有效減少化石能源的使用，減少溫室氣體排放，保護環境。隨著最近幾年國內風電的高速發展，國內電線電纜行業大力研發風力發電設備專用電纜——風能耐扭曲軟電纜（以下簡稱風能電纜）。由于風能電纜長期運行于室外，垂直懸空敷設，頻繁扭轉（自動偏航對風），接觸油污，所以要求機械強度高、耐扭曲、耐油等，另外若在寒冷地區使用還要耐低溫（-40℃）。本文介紹額定電壓0.6/1 kV及以下風能耐扭曲軟電纜的電纜結構、材料和工藝難點，供大家參考。

1 性能要求

由于風能電纜尚無國家標準，所以大多數電纜企業參照國家電線電纜質量監督檢驗中心的技術規范TICW1，進行風能電纜的設計和生產。我公司參照歐盟標準HD 22.1/HD 22.4，以TICW1—2009為依據，編制了企業標準《額定電壓0.6/1 kV及以下乙丙橡膠絕緣風力發電用耐扭曲軟電纜》，表1為乙丙橡膠絕緣風力發電用耐扭曲軟電纜的主要技術性能，將企標與歐盟標準HD 22.1/HD 22.4、技術規范TICW1—2009進行比較。

2 產品結構及材料選用

2.1 產品結構

額定電壓0.6/1 kV及以下風能電纜，典型的兩種結構如圖1所示。

圖1　額定電壓0.6/1 kV及以下風能電纜結構

2.2 材料選用

（1）導體

由于風能電纜應用于頻繁移動的場合，要求電纜柔軟性和耐彎曲性能優良，需要重點考慮導體的力學性能和柔軟性，所以導體采用GB/T 3956中第5種或第6種結構。對導體的伸長率要控制適當，導體伸長率較小，導體抗拉強度好，但抗扭轉性能差，易斷裂；導體伸長率較大，生產、加工難度增加，且在往復的扭轉過程中，線芯回位差，易鼓包。

表1　乙丙橡膠絕緣風力發電用耐扭曲軟電纜技術參數

（2）絕緣

風能電纜對絕緣材料的性能提出了較高的要求，尤其是電氣性能，同時考慮到低煙無鹵性，電纜在燃燒時不釋放有毒、有害氣體及煙霧。眾所周知，乙丙橡膠的電氣性能和耐高溫性能均較好，能滿足風能電纜的使用要求。相對而言，硅橡膠的工藝性能不如乙丙橡膠成熟，而且由于分子間引力較小，且為非晶體結構，因此力學性能要比普通橡膠差。通過比較，選擇三元乙丙橡膠絕緣，其既有優異的柔軟度、耐臭氧性、耐熱性和耐低溫等特性，又具有優良的電絕緣性能和耐老化性能。

（3）護套

護套材料選用氯丁橡皮或低煙無鹵乙烯-醋酸乙烯（EVA）。風能電纜對護套材料的柔軟度、耐油、耐臭氧、阻燃性能都有很高的要求。我們采用具有優異機械性能及耐低溫性能（包括低溫拉伸性能、低溫彎曲性能以及低溫沖擊性能）的氯丁橡皮和低煙無鹵EVA，選用優質的進口材料和各種配合劑，通過改進硫化體系，使電纜柔軟度和低溫性能得到較大的提高，并且其耐油及耐臭氧性能也能滿足風能電纜的要求，能夠滿足電纜長期使用要求。

（4）隔離劑

采用小參數展開到3階的方法解析研究了位于球坐標空間的無黏、 無旋、 不可壓縮流體在常壓支撐下的球面RT不穩定性前4次諧波的幅值演化. 為了更好地理解由不穩定性初始擾動界面曲率所引起的BP效應, 以及包括平面、 柱面和球面RT不穩定性的空間效應對RT不穩定性的影響, 將球面情況下的諧波幅值和平面以及柱面RT不穩定性諧波幅值做了對比.

多芯風能電纜要防止線芯之間、線芯與填充、絕緣和護套之間的粘連。絕緣線芯過冷水槽后，在其表面涂一層隔離劑，避免使用滑石粉，能有效避免粘連現象，保證絕緣線芯之間的滑移性，增加電纜的抗扭性能。

3 工藝控制

按照風能電纜的結構和技術要求，制訂了相應的工藝流程，并在生產中嚴格控制。

（1）單芯風能電纜工藝流程：單絲拉制→導體絞合→導體繞包→擠橡連硫雙層共擠。

（2）多芯風能電纜工藝流程：單絲拉制→導體絞合→導體繞包→絕緣擠橡連硫→成纜繞包→護套擠橡連硫。

3.1 導體絞合

相鄰絞合層采用相同的絞合方向。風能電纜扭轉時會對導體施加扭力，導體結構要維持穩定，必須始終保持原始的整體結構，相鄰絞合層之間應保持緊密接觸，不發生相對位移。絞合層的外層與內層作同向絞合，當導體受到扭力時，其外絞合層節圓和內絞合層節圓同步擴大或縮小，仍能維持緊密接觸，不發生相對位移。如相鄰絞合層中的外層絞合方向與扭力方向相反，內層絞向與扭力方向相同，則外層節圓會向外擴大，內層節圓會向內縮小，從而使外層與內層之間發生松動，外層導線會松散、移位。同理，如相鄰絞合層中的外層絞合方向與扭力方向相同，內層絞向與扭力方向相反，則外層節圓會向內縮小，內層節圓會向外擴大，則內層導線會隆起、錯位。

絞合節距的控制。絞合節距不一樣，抗扭轉性能的差異也不一樣。節距越大，往復的扭轉性能越好，但是同時增加了生產加工的難度，導體易松散。節距越小，雖然結構緊密，但抗扭轉性能差，易造成斷絲、鼓包。綜合考慮以上因素，內層絞合節距不大于外層絞合節距，最外層節徑比控制在12倍以內，確保導體結構的緊密；內層絞合的節徑比大于外層的節徑比，有利于導體的抗扭轉性能。

3.2 導體氧化控制

橡膠硫化工藝需防范導體氧化。導體氧化的原因是多種因素造成的，不僅僅是橡膠的配方問題，還與導體本身、橡膠硫化工藝、生產控制等諸多因素有關。銅與無機物質反應，生成的都是黑色物質，銅離子與硫離子易生成黑色CuS，橡膠硫化時溫度達180℃以上，銅表面易生成黑色氧化銅膜。

生產過程中銅絲應經過抗氧劑鈍化處理，包括拉絲、退火、束絞工序，能改善銅絲氧化現象。特別是在束絞時增加抗氧劑鈍化處理，滴加抗氧劑，能明顯改善因硫化而引起的銅絲變色問題。

乙丙橡膠用過氧化物作硫化體系，小截面導體絕緣時縱包絲綿紙，大截面繞包復合帶，控制硫化溫度和速度，能減輕銅絲氧化現象。

3.3 成纜工藝

多芯電纜成纜過程中，絕緣線芯之間有空隙，需用填充材料，以保證成纜后電纜圓整、結構穩定。合理選用并線模可使絕緣線芯和絕緣線芯之間、絕緣線芯和填充條之間更加緊密，圓整度較好。

成纜的另一個難點和關鍵點在于外徑的控制，適當縮小成纜并線模的尺寸是一個很直接的并且很實用的控制成纜外徑的手段，還能使成纜線緊密、結實，但要注意絕緣線芯不被壓破。并線模的選擇遵循表2。

表2　并線模的選擇　　（單位：mm）

3.4 擠橡連硫工藝

橡膠電纜絕緣及護套生產采用擠橡硫化工藝，擠橡連硫是使剛擠制橡膠絕緣或護套的線芯或電纜通過壓力蒸汽管進行硫化，硫化后又通以大量高壓水進行冷卻。因絞合導體間、成纜線芯間、纜芯與護套間客觀上存在間隙，加上硫化蒸汽壓力高，故極易造成電纜在硫化過程中，壓力蒸汽從端口進入并縱向延伸，導致電纜進水（其長度通常達100 m左右），引起電纜導體氧化、線芯進水；安裝使用中電纜內的水會在重力作用下，流至電纜端口或接線盒中，發生短路甚至爆炸，危及設備及人身安全。電纜進水是采用該生產方式都會面臨的行業難題，防止電纜進水，必須防止高壓蒸汽從導體或線芯間隙進入。擠出時必須密封住電纜端頭，將導體端部幾米進行壓緊壓實處理，可使用液壓鉗等工具，使此壓緊部分接近于實心體，消除水蒸氣進入空隙，起到阻止水蒸氣進入的作用。特別是對于多芯橡套電纜，壓緊前先填實相近于擠出膠料的橡膠膠料或粘結劑，這樣密封性更好。待上述過程完成后，開動主機排膠，調整偏心，啟動生產線，保證膠料的端頭壓在牽引線上或封頭上，并用布帶扎緊，當牽引接頭通過模心確認封頭達到要求后關閉連接盒開始正常生產（若膠料端頭未壓在封頭上或來不及扎緊布帶則必須停車重新封頭）。經實際應用試驗，檢測電纜端部基本無水蒸氣。

4 結束語

我公司生產的風能電纜無論從電纜結構設計、原材料的選用、配方的設計，還是工藝控制，都充分考慮到風能電纜的特性，并在生產中加強各工序的控制。該電纜性能達到設計要求，具有柔軟耐扭轉、耐油、抗鹽霧、阻燃等特性，同時具有優良的機械性能和低煙無鹵性能，產品各項性能滿足客戶要求。

參考文獻：

[1] TICW1—2009 額定電壓1.8/3 kV及以下風力發電用耐扭曲軟電纜[S］.

[2] HD 22.1S4：2002 Cables of rated voltages up to and including 450/750V and having cross-linked insulation Part1：General requirements[S］.

[3] HD 22.4S4：2004 Rubber insulated cables of rated voltages up to and including 450/750 V Part4：Cords and flexible cables[S］.

作者地址：江蘇常州市橫山橋星辰路5號[213119］.

中圖分類號：TM246.9

文獻標識碼：A

文章編號：1672-6901（2016）04-0016-04

收稿日期：2015-10-19

作者簡介：王 斌（1972-），男，工程師.

Manufacturing Process for Torsion Resistance Flexible Cable for W ind Energy of Rated Voltages up to and Including 0.6/1 kV

WANG Bin
（Jiangsu Huaguang Cable and Electrical Appliance Co.，Ltd.，Changzhou 213119，China）

Abstract：This paper introduces themanufacturing for torsion resistance flexible cables for wind energy with rated voltages up to and including 0.6/1 kV，and probes into the structure，materials and manufacturing process of cables. The wind cable successfully meets requirements of torsion resistance.

Key words：wind energy；torsion resistance；one-direction inter-twisting；oxidation of conductor；rubber extruding and sulfuring