一种风力发电塔筒用导体电缆
阅读说明：本技术 一种风力发电塔筒用导体电缆 (Conductor cable for wind power generation tower cylinder ) 是由 仲月 翟立锋 王怡瑶 李磊 李帅 王剑飞 景国强 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种风力发电塔筒用导体电缆,包括：绞合导体、绝缘层、第一阻燃包带层、疏绕金属丝、反向金属带、第二阻燃包带层和外护套；所述绞合导体采用梯形单线同心绞合结构；所述绞合导体外包裹绝缘层；所述绝缘层外包裹第一阻燃包带层；所述第一阻燃包带层外包裹疏绕金属丝；所述疏绕金属丝外包裹反向金属带；所述反向金属带外包裹第二阻燃包带层；所述第二阻燃包带层外包裹外护套。本发明所述的一种风力发电塔筒用导体电缆,可减少受振动引起的弯曲变形和热膨胀变形,耐受野外环境高低温变化、耐油、耐磨、耐腐蚀、耐长期日光老化性能,同时具有较好的防雷特性和无卤低烟高阻燃特性,降低故障率,提高使用寿命。(The invention relates to a conductor cable for a wind power generation tower, which comprises: the cable comprises a stranded conductor, an insulating layer, a first flame-retardant wrapping layer, a loosely wound metal wire, a reverse metal belt, a second flame-retardant wrapping layer and an outer sheath; the stranded conductor adopts a trapezoidal single-wire concentric stranded structure; the strand conductor is wrapped by an insulating layer; the insulating layer is wrapped with a first flame-retardant wrapping tape layer; the first flame-retardant wrapping layer is wrapped with loosely wound metal wires; the sparse winding metal wire is externally wrapped with a reverse metal belt; the reverse metal belt is wrapped with a second flame-retardant wrapping belt layer; the second flame-retardant wrapping layer is wrapped with an outer sheath. The conductor cable for the wind power generation tower cylinder can reduce bending deformation and thermal expansion deformation caused by vibration, can resist high and low temperature change of a field environment, has oil resistance, wear resistance, corrosion resistance and long-term sunlight aging resistance, has better lightning protection property and halogen-free low-smoke high-flame-retardant property, reduces failure rate and prolongs service life.)
技术领域
本发明涉及风力发电用电缆技术领域，具体为一种风力发电塔筒用导体电缆。
背景技术
风能是世界上清洁能源利用中最具商业价值的能源之一，是未来可再生能源领域里重要一员。风力发电机组是靠风轮转动吸取风能的,将气流动能转为机械能,再转化为电能输送到电网。风力发电在替代传统能源的过程中，发电成本是考虑的重点。随着国家政策的转变，平价上网是风电发展的大趋势。而风力发电受地理位置和风资源的限制，风场的选址成本和风场建设成本很难控制，为了降低风力发电成本，风机主体和施工成本两方面成了各主机商主要考虑的方向。
塔筒是风电机组中的主要支撑部件,是具有薄壳型筒状的高耸结构,它长期处于自然大气环境中,受大气湍流、风剪切、风向变化和塔影效应制约,而敷设于机组塔筒内直线段的电缆，由于是固定敷设在塔筒内部的动力电缆，为降低成本，通常直接用普通的铝导体电缆或铝合金电缆来代替，但是由于风场环境、安装场所及塔筒自身高度的影响，这部分电缆仍长期面临雷击、振动、高低温变化、日光老化等威胁，普通电缆难以在25年寿命周期中承受上述环境影响，导致风电场事故频发，维修成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电塔筒用导体电缆，采用铝合金型线同心绞合导体结构和铝合金丝疏绕加反向铝合金带绕包的金属屏蔽设计，使电缆在25年的设计寿命周期内具有长期抗振动疲劳性能，可减少受振动引起的弯曲变形和热膨胀变形，耐受野外环境高低温变化、耐油、耐磨、耐腐蚀及耐长期日光老化性能，同时具有较好的防雷特性和无卤低烟高阻燃特性，降低故障率，提高使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风力发电塔筒用导体电缆，包括：绞合导体、绝缘层、第一阻燃包带层、疏绕金属丝、反向金属带、第二阻燃包带层和外护套；所述绞合导体采用梯形单线同心绞合结构；所述绞合导体外包裹绝缘层；所述绝缘层外包裹第一阻燃包带层；所述第一阻燃包带层外包裹疏绕金属丝；所述疏绕金属丝外包裹反向金属带；所述反向金属带外包裹第二阻燃包带层；所述第二阻燃包带层外包裹外护套。
进一步地，所述绞合导体的导体根数为：37～61根。
进一步地，所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘层。
进一步地，所述疏绕金属丝的间隙为：1mm～4mm。
进一步地，所述外护套的材质为聚醚型聚氨酯弹性体。
进一步地，所述绞合导体、疏绕金属丝和反向金属带的材质均采用铝合金。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1.本发明的绞合导体采用梯形单线同心绞合结构，增大了导体截面利用率，减小了导体直径，极大地提升了导体结构的稳定性，使电缆具有耐长期抗振动疲劳性能，可减少受振动引起的弯曲变形；直径小、重量轻，有利于狭窄空间敷设；
2.本发明的屏蔽结构采用铝合金丝疏绕加反向铝合金带绕包屏蔽，可依据实际线路对短路电流的不同要求，通过改变铝合金丝的直径和根数，来满足不同线路的使用要求；同时该结构可以使弯曲变形小，热膨胀变形也少，接触电阻不至于成倍增加，所有的这些情况都有利于改善运行电缆的电性能、机械性能和热性能，降低故障率；且结构简单、材质轻、成本低，生产效率高并容易实现；
3.本发明的阻燃包带层采用的阻燃包带，第一层包带主要是保护绝缘和阻燃作用，电缆在进行金属丝疏绕工序时可保护绝缘不被刮伤；第二层包带主要是阻燃增强层和有利于护套挤出，金属丝疏绕+反向金属带绕包后表面存在缝隙，影响护套挤出；采用无卤低烟阻燃环保型绕包带，可有效增强电缆的阻燃性能，电缆燃烧时不会释放有害气体危机人身安全，不会形成浓烟影响人员逃生和救援；
4.本发明的外护套采用聚醚型聚氨酯弹性体材质，拉伸强度高，摩擦系数低，具有极好的耐磨、耐油、耐高温、耐低温、耐长期日光老化性能和无卤低烟高阻燃特性，能有效保护电缆免受野外恶劣环境影响和侵蚀，降低了电缆故障率，提高了使用寿命。
附图说明
图1一种风力发电塔筒用导体电缆切面结构示意图。
附图标记说明：1、绞合导体；2、绝缘层；3、第一阻燃包带层；4、疏绕金属丝；5、反向金属带；6、第二阻燃包带层；7、外护套。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种风力发电塔筒用导体电缆，包括：绞合导体、绝缘层、第一阻燃包带层、疏绕金属丝、反向金属带、第二阻燃包带层和外护套；所述绞合导体采用梯形单线同心绞合结构；所述绞合导体外包裹绝缘层；所述绝缘层外包裹第一阻燃包带层；所述第一阻燃包带层外包裹疏绕金属丝；所述疏绕金属丝外包裹反向金属带；所述反向金属带外包裹第二阻燃包带层；所述第二阻燃包带层外包裹外护套。
进一步地，所述绞合导体的导体根数为：37～61根。
进一步地，所述绝缘层为交联聚乙烯绝缘层。
进一步地，所述第一阻燃包带层和所述第二阻燃包带层的型号为：H-WDZR-10阻燃包带或H-WDZR-20阻燃包带。
进一步地，所述疏绕金属丝的间隙为：1mm～4mm。
进一步地，所述外护套的材质为聚醚型聚氨酯弹性体。
进一步地，所述绞合导体、疏绕金属丝和反向金属带的材质均采用铝合金。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1.本发明的绞合导体采用梯形单线同心绞合结构，增大了导体截面利用率，减小了导体直径，极大地提升了导体结构的稳定性，使电缆具有耐长期抗振动疲劳性能，可减少受振动引起的弯曲变形和热膨胀变形；直径小、重量轻，有利于狭窄空间敷设；
2.本发明的屏蔽结构采用铝合金丝疏绕加反向铝合金带绕包屏蔽，可依据实际线路对短路电流的不同要求，通过改变铝合金丝的直径和根数，来满足不同线路的使用要求；同时该结构可以使弯曲变形小，热膨胀变形也少，接触电阻不至于成倍增加，所有的这些情况都有利于改善运行电缆的电性能、机械性能和热性能，降低故障率；且结构简单、材质轻、成本低，生产效率高并容易实现；
3.本发明的阻燃包带层采用的阻燃包带，第一层包带主要是保护绝缘和阻燃作用，电缆在进行金属丝疏绕工序时可保护绝缘不被刮伤；第二层包带主要是阻燃增强层和有利于护套挤出，金属丝疏绕+反向金属带绕包后表面存在缝隙，影响护套挤出；采用无卤低烟阻燃环保型绕包带，可有效增强电缆的阻燃性能，电缆燃烧时不会释放有害气体危机人身安全，不会形成浓烟影响人员逃生和救援；
4.本发明的外护套采用聚醚型聚氨酯弹性体材质，拉伸强度高，摩擦系数低，具有极好的耐磨、耐油、耐高温、耐低温、耐长期日光老化性能和无卤低烟高阻燃特性，能有效保护电缆免受野外恶劣环境影响和侵蚀，降低了电缆故障率，提高了使用寿命。
结合图1所示，一种风力发电塔筒用导体电缆，电缆电压等级为1.8/3kV，包括：绞合导体1、绝缘层2、第一阻燃包带层3、疏绕金属丝4、反向金属带5、第二阻燃包带层6和外护套7；所述绞合导体1采用梯形单线同心绞合结构；所述绞合导体1外包裹绝缘层；所述绞合导体的导体根数为：37根；所述绝缘层2外包裹第一阻燃包带层3；所述绝缘层2为交联聚乙烯绝缘层；所述第一阻燃包带层3外包裹疏绕金属丝4；所述疏绕金属丝4外包裹反向金属带5；所述疏绕金属丝4与所述反向金属带5的间隙为：2mm；所述反向金属带5外包裹第二阻燃包带层6；所述第二阻燃包带层6外包裹外护套7；所述外护套7的型号为：H-WDZR-10阻燃包带或H-WDZR-20阻燃包带。所述绞合导体1、疏绕金属丝4和反向金属带4的材质均采用铝合金。
实施例：
电缆型号规格：FDT-WDZC-YJLHE 1.8/3kV 1×400mm2
电缆工艺流程：铝合金杆→型线拉制→型线绞合→时效退火→绝缘挤出→绕包/屏蔽→护套挤出。
电缆结构：
1)导体：导体结构符合表1规定，导体为型线绞合结构；导体的化学成分应符合GB/T 31840.1-2015附录A中表A.1规定的任一序号的合金化学成分；导体绞合后单线的抗张强度为98～159Mp,断裂伸长率大于10％，导体20℃直流电阻应符合GB/T3956的规定。
2)绝缘：采用交联聚乙烯绝缘材料，绝缘性能和标称厚度符合GB/T31840.1标准要求。
3)屏蔽：采用铝合金丝疏绕+铝合金带反向绕包重叠绕包屏蔽。为防止铝合金丝直接缠绕在绝缘表面会容易勒进去,严重时损伤到绝缘,导致电缆击穿，同时为保证电缆具备高阻燃性能，所以在线芯外绝缘上重叠绕包一层H-WDZR-10阻燃包带，重叠率不小于15％，宽度允许适当调整，以保证包带包覆平整。
铝合金丝屏蔽由疏绕铝合金丝表面采用反向铝合金带扎紧，相邻铝合金丝的平均间隙为2mm，铝合金丝要求排列均匀，方向与铝合金丝疏绕方向相反。
表1铝合金型线同心绞合排列结构
4)铝合金带外重叠绕一层H-WDZR-10阻燃包带，作为阻燃加强层。绕包重叠率5％-20％，宽度允许适当调整，以保证包带包覆平整。
5)护套：采用无卤低烟阻燃聚醚型聚氨酯弹性体，其阻燃性能按UL94可达到V-0级，氧指数按GB/T2406可达到29，烟密度按GB/T 8323有焰可达到85、无焰可达到130，氯化氢含量按GB/T 17650.1可达到0mg/g；在具备上述性能前提下，其抗拉强度大于25MPa、断裂伸长率大于500％；长期耐高温超过70℃；长期耐低温超过-55℃，可在-55℃条件下承受拉伸、卷绕和冲击而不开裂；另外还具有长期耐化学品耐油，良好的抗紫外线辐射及抗老化性能，其综合性能优异。
采用长径比为25，压缩比为3的普通单螺杆挤出机挤出，挤出机的加热温度为：下料口130℃，机身加热1区165℃、2区175℃、3区180℃，机颈区180℃，机头区170℃。护套表面应光滑圆整，色泽均匀，无裂缝、气泡、夹杂或其他机械损伤等。
表2与现有技术数据对比
综上，与现有技术相比，本发明的电缆：
1.本发明的绞合导体采用梯形单线同心绞合结构，增大了导体截面利用率，减小了导体直径，极大地提升了导体结构的稳定性，使电缆具有耐长期抗振动疲劳性能，可减少受振动引起的弯曲变形和热膨胀变形；直径小、重量轻，有利于狭窄空间敷设；
2.本发明的屏蔽结构采用铝合金丝疏绕加反向铝合金带绕包屏蔽，可依据实际线路对短路电流的不同要求，通过改变铝合金丝的直径和根数，来满足不同线路的使用要求；同时该结构可以使弯曲变形小，热膨胀变形也少，接触电阻不至于成倍增加，所有的这些情况都有利于改善运行电缆的电性能、机械性能和热性能，降低故障率；且结构简单、材质轻、成本低，生产效率高并容易实现；
3.本发明的阻燃包带层采用H-WDZR-10无卤低烟阻燃环保型绕包带，第一层包带主要是保护绝缘和阻燃作用，电缆在进行金属丝疏绕工序时可保护绝缘不被金属丝嵌入或损伤；第二层包带主要是阻燃增强层和有利于护套挤出，金属丝疏绕+反向金属带绕包后表面存在缝隙，影响护套挤出；采用无卤低烟阻燃环保型绕包带，可有效增强电缆的阻燃性能，电缆燃烧时不会释放有害气体危机人身安全，不会形成浓烟影响人员逃生和救援；
4.本发明的外护套采用聚醚型聚氨酯弹性体材质，拉伸强度高，摩擦系数低，具有极好的耐磨、耐油、耐高温、耐低温、耐长期日光老化性能和无卤低烟高阻燃特性，能有效保护电缆免受野外恶劣环境影响和侵蚀，降低了电缆故障率，提高了使用寿命。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限。
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