专利名称：：具有高抗扭强度的电力电缆的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种电力电缆，尤其是一种用于风力机发电厂中的电力电缆。
背景技术：
：风力机包括塔架和位于塔架顶部上的机舱。机舱容置发电机系统、叶片和变压器、以及其它装置。机舱适于被枢转(相对于塔架轴线)，以跟随风向变化。电力电缆定位成从变压器(位于塔架顶部上)延伸到塔架基部(产生的电力从此处传输到配电网或直接输送到终端用户)，该电缆在塔架内部沿塔架的纵向延伸部分竖直定位。典型地，电力电缆是三极电缆，并且通常包括三个绝缘输电导线(各输电导线均包括导体+内部半导体层+绝缘部分+外部半导体层)和三个接地导线，各接地导线定位于在两个相邻输电导线之间所形成的间隙区内部。三个输电导线和三个接地导线螺旋地绞扭，且总组件由电缆外部护套连续地包覆。现有技术中已知的适用于风力机中的电缆设计典型地设置有进入存在于接地导线和电缆输电导线之间的间隙区内的外部护套(这是由于外部护套在整个输电导线/接地导线组件范围内被压力挤压的事实)。因此，在现有技术已知的电缆设计中，外部护套的厚度在电缆横截面内并不恒定，该厚度在间隙区的相应区比在电缆输电导线外部弧面处明显地大。由于机舱既沿顺时针方向也沿逆时针方向进行旋转运动，电力电缆经受交替的扭转应力循环。尤其是，扭转应力在自由地定位于塔架内部的电缆长度(即从变压器引出并在固定到塔架侧壁之前在塔架内4部悬垂的电缆长度(该电缆长度是约18至20m，而塔架高度典型地是60至100m))内出现。通常，操作风力机以沿给定方向(例如顺时针方向)绕5个完整的圏(各圏360°)，然后反向旋转(沿相反方向例如逆时针方向绕5圏)。平均而言，因为风向通常不会在24小时内改变超过180。，因此风力机每天转一圏。当采用现有技术的电力电缆时，可能发生交替扭转应力导致接地导线的过早断裂。因为接地导线中的一些电线的断裂通常导致接地导线的电阻的显著变化，因此电力电缆需要被替换且风力机需要停机以对其进行特别维修。
发明内容本发明的目的是提供一种在其操作过程中(尤其在具有约9(TC导线温度的风力机发电厂中的操作过程中)对扭转应力具有增强的抗扭强度的电力电缆。本发明的另一目的是提供一种具有较长使用寿命的电缆，其使电缆在正常工作条件下保持功能超过20年，20年是风力机发电厂的正常使用寿命。本发明的另一目的是提供一种具有有限体积而结构紧凑的电力电缆。本发明的另一目的是提供一种具有简单机构并易于制造的电力电缆。为了解决上述问题，根据本发明，提供一种电力电缆，其包括至少两个输电导线、至少一个接地导线以及围绕输电导线和接地导线的管形外部护套，各输电导线包括导电芯线以及围绕该导电芯线的绝缘层，输电导线以彼此接触的方式绞扭，接地导线具有小于输电导线直径的直径并且定位于两个相邻的输电导线和外部护套之间的间隙区内，接地导线沿两个相应的接触线接触两个输电导线，其特征在于，外部护套具有大致恒定厚度，并且沿面向电缆外部的外部弧面部分接触接地导线，接地导线的侧表面在与输电导线的该接触线和与外部护套接触的该外部弧面部分之间无约束。点，下文将借助于附图举例描述应用了该原理的可行实施方式。图中图1示出包括本发明的电缆的用于发电的风力机；以及图2示出本发明的电缆的横截面。具体实施例方式参见附图，图1示出用于产生电力的风力机11。风力机11包括安装在塔架13顶部上的机舱12。机舱能枢转地安装在塔架上，以跟随风向变化。机舱12容置发电机系统、叶片和变压器、以及其它装置。电力电缆14定位成从变压器(容置于机舱12内部)延伸到塔架基部15(产生的电力从此处传输到配电网或直接输送到终端用户)，该电缆在塔架13内部部沿塔架13的纵向延伸部分竖直地悬垂。图2示出根据本发明实施方式的电力电缆14的横截面，该电力电缆14是包括三个输电导线16至18的三相电缆。各输电导线16至18包括由绝缘层22至24围绕的内部导电芯线19至21。有利地，如图2所示，内部导电芯线19至21包括由内部半导体层19b至21b包覆的金属导体19a至21a。外部半导体层22a至24a围绕绝缘层22至24。输电导线16至18以彼此相切接触的方式沿电缆螺旋地绞扭。依据图2，输电导线16至18限定中央空隙和三个外部间隙区；外部间隙区中的每一个均容纳直径小于输电导线16至18的接地导线25至27。各接地导线25至27可包括由外部半导体层31至33围绕的内部导电芯线28至30。如图2所示，根据本发明的实施方式，接地导线25至27的轴线位于具有半径R,的螺旋轮廓上，其中半径R,与由输电导线16至18的轴线所限定的螺旋轮廓半径R2不同。半径A对应于螺旋所在的原始圆柱体的半径，即Rt对应沿螺旋缠绕的(接地导线25至27的)导体的轴线的缠绕半径。这同样适用于相对于包括内部导电芯线19至21的输电导线的半径R2。特别地，由接地导线轴线限定的螺旋轮廓的半径R,比由输电导线轴线限定的螺旋轮廓的半径R2大。电缆14还包括外部管形护套34，其围绕输电导线16至18以及接地导线25至27。各接地导线25至27保持定位于两个相邻输电导线和外部护套34的壁之间，沿两个相应的接触线接触两个对应的输电导线。各接地导线25至27也沿着面向电缆14外部的外弧面部分接触外部护套34。外部护套34具有大致恒定厚度，使得接地导线25至27与输电导线16至18之间的间隙区保持空置。具体地，参照接地导线26,其侧面35、36在与输电导线16、17的接触线和由外部护套34接触的外弧面之间无约束。这同样适用于其余的接地导线25和27。有利地，半导体带40能绕输电导线16至18和接地导线25至27螺旋地缠绕，半导体带40有助于导线的外部接地表面之间的电接触。在这种情况下，在带40介于其间的情况下，外部护套34与接地导线25至27的外弧面部分接触。带40的存在能有助于输电导线16至18、接地导线25至27以及外部护套34之间的相互运动。此外，各输电导线16至18优选地设置有螺旋地缠绕在外部半导体层22a至24a的外部表面上的半导体带41至43。这种布置能在电缆14扭转时有助于输电导线16至18与相邻接地导线25至27之间的相互运动。本申请人已观察到，尤其是在电缆输电导线(具体是指各电缆输电导线的中心即中轴线)位于与接地导线(具体是指各接地导线的中心即中轴线)所在的螺旋直径不同的螺旋直径上时，电缆上的扭矩能在电缆输电导线内部和接地导线内部产生不同大小的应力。在现有技术的电缆中，外部护套材料存在于输电导线和接地导线之间的间隙区内，覆盖接地导线的面对输电导线的表面，因此"冻结7了"电缆输电导线和接地导线的相互位置。结果，在因机舱枢转运动而引起的电缆扭转过程中，接地导线基本上被阻止进行任何径向和/或周向运动这种情形可能导致在接地导线内部产生轴向应力(源于由于机舱的旋转而施加到电缆上的扭转应力)，在给定数量的扭转循环之后，由于拉伸应力或压应力，轴向应力可能导致接地导线断裂(或接地导线的性能下降，例如因为接地导线的一个或多个电线断裂)。根据本发明，通过容许接地导线沿径向和/或沿周向移动而增强了电缆对扭转应力的抗扭强度。本申请人已经发现并提供了带有外部护套的电缆，其中外部护套的材料不进入输电导线和接地导线之间的电缆间隙区内，因此使得接地导线的面对输电导线的侧表面无约束。因为相对于现有技术中已知的外部护套材料进入间隙区内的电缆而言，外部护套施加到接地导线上的力明显减小，因此这就容许接地导线相对于电缆输电导线沿径向和/或周向移动。在风力机的操作过程中，(在电缆结构内部)接地导线相对于电缆输电导线的相互位置的改变容许在电缆使用时经受交替扭转循环过程中传递到电缆(尤其是电缆的接地导线)的应力进行有利分布。实际上，通过容许接地导线相对于电缆输电导线改变它们的位置，接地导线能更好地承受扭转应力和轴向应力，因为能适当地避免危险的应力集中(拉伸应力或压应力一一根据施加到电缆的绞扭方向一一局限于接地导线的有限区域)，因而有利地延长电缆使用寿命。电缆设置有具有大致恒定厚度的外部护套34。优选地，通过挤压成管件形状而获得外部护套。优选地，在电缆的横截面中，外部护套34在输电导线16至18和相邻的接地导线25至27的外部弧面之间具有大致直线形轮廓。在本发明的实施方式中，外部护套34的轮廓在两个相邻的输电导线16至18之间也是大致直线形，并且在位于两个相邻的输电导线之间的接地导线25至27的窄纵向表面上与接地导线25至27的外部弧面部分相切。下列表格中公布了根据本发明的电缆的实施方式的技术数据。相(或输电导线)3x25mm2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>如表中所示，组件"接地导线/输电导线"由半导体带40缠绕。对本发明电缆所实施的抗扭强度测试令人惊讶地示出了针对扭转应力的良好结果。通过扭转循环对电缆进行测试，每一次循环包括沿顺时针方向绕四圏、沿逆时针方向绕四圏以到达中性位置、沿逆时针方向绕四圏、然后沿顺时针方向绕四圏以再次到达中性位置。在测试中，因为是在比风力机塔架中通常存在的自由电缆长度短的电缆长度上进行的测试，因此对电缆绕了四圏(而不是如风力机操作中通常绕的五圏)。因此，测试中绕的四圏相当于在电缆使用中绕了五圈时施加到电缆的真实扭转应力。在2500次扭转循环(如上述)之后，电缆未示出任何松散或断裂的迹象。2005次的循环极限被视为相当于正常操作条件下25年的使用寿命(典型地，风力机发电厂具有20年的平均寿命)。对根据现有技术制造的电缆(具有挤压而成的外部护套以使外部护套占据输电导线和接地导线之间的间隙区)实施相同的抗扭强度测试，电缆在仅1250次扭转循环后就发生断裂。被测试的现有技术的电同是外部护套进入输电导线和接地导线之间的间隙区内。因此，现有技术的电缆的总挤压截面面积是约925mm2(而非本发明的电缆的680mm2)，且现有技术电缆的挤压间隙面积是约245mm2(而非本发明的电缆的近似零)。同等电缆具有对扭转应力的增强的抗扭强度。另外，根据本发明的电缆的使用寿命相当长，并且使由于其机械应力而引起的断裂的几率减小。此外，由于接地导线布置于相邻绞扭输电导线之间的间隙内，因此电力电缆的总组件极其紧凑，具有有限的总体积。的。例如，电缆可包括不同数量的输电导线，例如可考虑到具有两个输电导线的二相电缆。权利要求1.一种电力电缆，包括至少两个输电导线(16-18)、至少一个接地导线(25-27)以及围绕所述输电导线和所述接地导线的管形外部护套(34)，各所述输电导线包括导电芯线(19-21)以及围绕所述导电芯线的绝缘层(22-24)，所述输电导线以彼此接触的方式绞扭，所述接地导线(25-27)具有小于所述输电导线直径的直径并且定位于两个相邻的所述输电导线(16-18)和所述外部护套(34)之间的间隙区内，所述接地导线沿两个相应的接触线接触这两个所述输电导线，其特征在于，所述外部护套(34)具有大致恒定厚度，并且沿面向所述电缆外部的外弧面部分接触所述接地导线，所述接地导线(25-27)的侧表面(35、36)在与所述输电导线的所述接触线和与所述外部护套接触的所述外弧面部分之间无约束。2.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述输电导线(16-18)是三个。3.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，在两个相邻的所述输电导线(16-18)和所述外部护套(34)之间的每个间隙区内均设有接地导线(25-27)。4.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述接地导线(25-27)的轴线限定具有半径(R,)的螺旋，所述半径(Rj与所述输电导线(16-18)的轴线限定的螺旋的半径(R2)不同。5.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，在所述电缆的横截面内，所述外部护套(34)在两个相邻的所述输电导线(16-18)之间具有大致直线形轮廓，并且在位于这两个相邻的所述输电导线(16-18)之间的所述接地导线(25-27)的窄纵向表面上与所述接地导线(25-27)的外弧面相切。6.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述外部护套(34)在输电导线(16-18)和相邻接地导线(25-27)的外弧面之间具有大致直线形轮廓。7.如权利要求1所述的电力电缆，其特征在于，所述接地导线(25-27)是三个。全文摘要一种电力电缆包括至少两个输电导线(16-18)、至少一个接地导线(25-27)以及围绕输电导线和接地导线的管形外部护套(34)，各输电导线包括导电芯线(19-21)以及围绕该导电芯线的绝缘层(22-24)，输电导线以彼此接触的方式绞扭，接地导线(25-27)具有小于输电导线直径的直径并且定位于两个相邻的输电导线(16-18)和外部护套(34)之间的间隙区内，接地导线沿两个相应的接触线接触两个输电导线，沿面向电缆外部部的外弧面部分接触外部护套。外部护套(34)具有大致恒定厚度，接地导线(25-27)的侧表面(35、36)在与输电导线的该接触线和与外部护套接触的该外弧面部分之间无约束。文档编号H01B9/00GK101647073SQ200780051647公开日2010年2月10日申请日期2007年2月23日优先权日2007年2月23日发明者J·M·巴特列,M·坎普利奥,V·吉纳格里亚申请人:普雷斯曼电缆和系统有限公司