PV1-F型雙芯可分離光伏電纜的研制

張紅艷，王海嶺，韓惠福，劉登瑞

(1.安徽龍庵電纜集團(tuán)有限公司，安徽 無為238300;2.安徽新亞特電纜集團(tuán)有限公司，安徽 無為238300;3.安徽華電線纜集團(tuán)有限公司，安徽 無為238300)

0 引言

太陽能光伏發(fā)電是一種清潔、環(huán)保、綠色、安全的可再生能源。目前，開發(fā)利用太陽能發(fā)電已成為世界上許多國家可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電站的建設(shè)給光伏電纜生產(chǎn)企業(yè)帶來了無限商機(jī)，作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵傳輸組件，光伏電纜在太陽能的利用中起著至關(guān)重要的作用。目前的光伏電纜都是單芯結(jié)構(gòu)，在安裝敷設(shè)后，其正負(fù)極在太陽能板下面懸空分離、散開，顯得凌亂不堪，甚是影響美觀。對此，很多客戶選擇雙芯可分離光伏電纜來代替單芯電纜。正是鑒于此，本公司經(jīng)過不斷的試驗、摸索，在2 Pfg 1169/08—2007技術(shù)規(guī)范單芯電纜的基礎(chǔ)上研制開發(fā)了PV1-F型雙芯可分離光伏電纜。

1 性能要求

因為太陽能系統(tǒng)及其光伏組件使用環(huán)境惡劣，經(jīng)常受高溫、低溫、臭氧、紫外線照射及酸雨侵蝕等的考驗，所以PV1-F雙芯可分離光伏電纜須具有以下性能:

(1)優(yōu)異的耐高低溫性能，能在環(huán)境溫度為－40～+90℃的條件下正常工作，不發(fā)生絕緣及護(hù)套開裂，其導(dǎo)體的最高長期允許溫度為125℃，最高允許短路溫度5 s內(nèi)為250℃;

(2)額定工作電壓為AC U0/U 0.6/1 kV，DC 0.9 kV(導(dǎo)體對地)或最高允許直流1.8 kV(線芯對線芯，空載);

(3)優(yōu)異的耐臭氧、耐紫外線、耐濕熱、耐酸堿、耐凹痕性能;

(4)無鹵阻燃，使用壽命不低于25年;

(5)通過護(hù)套連接筋平行排列，可分離，且在－40～+90℃環(huán)境中反復(fù)彎曲連接筋不開裂;

(6)其它性能應(yīng)符合德國萊茵TV公司內(nèi)部2 Pfg 1169/08—2007技術(shù)規(guī)范。

2 結(jié)構(gòu)與材料

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述要求，我們設(shè)計的PV1-F雙芯可分離光伏電纜的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 材料的選用

(1)導(dǎo)體

圖1 PV1-F雙芯可分離光伏電纜的結(jié)構(gòu)

導(dǎo)體選用第5種鍍錫軟銅導(dǎo)體，以防止銅絲的氧化，其結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)符合GB/T 3956—2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

(2)絕緣

絕緣采用125℃光伏電纜專用輻照交聯(lián)聚烯烴絕緣料，平行的兩芯電纜絕緣采用紅和藍(lán)兩色進(jìn)行區(qū)分。此絕緣料須具有耐高溫125℃、低溫－40℃性能，以滿足電纜苛刻的環(huán)境使用溫度，并且絕緣還應(yīng)具有耐酸堿性能和優(yōu)異的電氣絕緣性能，更重要的是絕緣必須具有優(yōu)異的抗氧化性能，以達(dá)到25年的使用壽命。

(3)隔離劑

在擠包護(hù)套時，為了避免護(hù)套和絕緣粘連，在絕緣表面必須涂覆一層隔離劑進(jìn)行隔離。為了環(huán)保，不讓隔離劑對電纜造成污染，選用1250目環(huán)保型滑石粉進(jìn)行涂覆隔離。

(4)護(hù)套

由于電纜是長期暴露在室外惡劣環(huán)境中，其護(hù)套必須具有耐高低溫交替變化、耐濕熱、阻燃、耐老化、耐臭氧、耐紫外線照射、耐酸雨及堿性物質(zhì)的侵蝕、耐磨等性能，才能滿足電纜25年的使用壽命要求。鑒于此，護(hù)套料應(yīng)選用125℃光伏電纜專用輻照交聯(lián)聚烯烴護(hù)套料。

3 工藝要求

該電纜的工藝流程為:鍍錫導(dǎo)體束絞→擠包絕緣→兩芯絕緣表面涂覆滑石粉并平行擠包護(hù)套→輻照交聯(lián)。

為了使雙芯可分離光伏電纜獲得較好的性能，必須在生產(chǎn)中對各工序工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(1)導(dǎo)體絞制

在導(dǎo)體束絞時應(yīng)采用一次性束絞，這樣有利于以后的快速生產(chǎn)，另外束絞必須緊密，不得有松散的現(xiàn)象，否則兩芯電纜絕緣及護(hù)套的偏心度難以保證，而且電纜也很難通過動態(tài)穿透試驗，影響絕緣厚度和絕緣電阻?，F(xiàn)以2×4 mm2PV1-F型光伏電纜為例，導(dǎo)體采用56根直徑為0.30 mm鍍錫銅線絞合，絞合節(jié)距為40～44 mm，束絞外徑為2.60 mm為好。

(2)絕緣擠出

絕緣采用紅、藍(lán)兩色進(jìn)行區(qū)分，絕緣擠出時采用擠壓式模具，擠出時必須嚴(yán)格控制擠出溫度，并選用合適的模具，以控制好伸長率。如果擠出后絕緣伸長率過大或過小，均會導(dǎo)致絕緣在老化試驗及熱壽命試驗后斷裂伸長率變化率和抗拉強(qiáng)度變化率增大，出現(xiàn)試驗不合格現(xiàn)象。根據(jù)我們的生產(chǎn)試制經(jīng)驗，絕緣擠出時伸長率控制在200%～300%范圍內(nèi)較好［1］。

雖然2 Pfg 1169/08—2007技術(shù)規(guī)范只規(guī)定了絕緣的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度。但根據(jù)試制經(jīng)驗，如果絕緣厚度太薄，其機(jī)械物理性能及電性能難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;若絕緣厚度太厚，會造成電纜外徑較大以及材料成本的浪費。經(jīng)過多次計算和試制，絕緣的平均厚度為0.85 mm，最薄點厚度為0.75 mm，絕緣外徑為4.30～4.40 mm最好［1］。

(3)滑石粉涂覆

由于光伏電纜的絕緣及護(hù)套材料的基料相同，性能基本相近，在擠包護(hù)套前在絕緣表面涂抹一層滑石粉，可以對絕緣及護(hù)套起到很好的隔離。如果不在絕緣表面涂覆一層滑石粉，往往會造成絕緣和護(hù)套黏連，無法實現(xiàn)在不損傷絕緣的情況下護(hù)套剝離。但是涂覆滑石粉的量必須控制好，不可過多或過少，以自然覆蓋整個絕緣線芯表面即可，因為過多會導(dǎo)致絕緣線芯和護(hù)套層松動和分離，過少起不到隔離作用。

(4)護(hù)套擠出

護(hù)套采用黑色聚烯烴材料，雙芯光伏電纜是“∞”型，所以護(hù)套擠出時必須采用擠壓式模具，護(hù)套擠出時也像絕緣一樣，必須嚴(yán)格控制擠出溫度及選用合適的模具，以控制好伸長率。其伸長率過大或過小均會導(dǎo)致電纜出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，所以護(hù)套擠出時伸長率控制在300%左右為好。雖說標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定護(hù)套的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度，但如果護(hù)套的厚度太薄，勢必造成絕緣及護(hù)套總厚度減小，則電纜難以通過整線高溫壓力試驗及耐凹痕試驗。若護(hù)套厚度太厚，則電纜外徑較大，會造成電纜與光伏接線盒不匹配以及材料成本的浪費。平均厚度為0.90 mm，最薄點厚度為0.80 mm，每芯電纜擠出護(hù)套外徑為6.10～6.20 mm［1］，這樣不但能滿足電纜的使用性能要求，而且還能保證電纜的最終外徑不超出光伏接線盒接線端子的尺寸。

(5)護(hù)套連接筋

PV1-F型雙芯可分離光伏電纜護(hù)套連接筋的設(shè)計及擠出非常關(guān)鍵，連接筋的尺寸直接關(guān)系到雙芯電纜的外觀和分離性能。如果連接筋過寬，會加大雙芯光伏電纜的寬度，給安裝敷設(shè)造成不便;連接筋厚度過大，兩芯安裝時難以分離，如果用較大力氣分離，有時會把護(hù)套撕裂而連接筋卻完好無缺，所以連接筋的結(jié)構(gòu)尺寸要求非常關(guān)鍵。我們經(jīng)過多次試制及試驗得出，兩芯之間連接筋的寬度以0.7～0.8 mm為宜，厚度以兩邊厚中間薄，即兩邊厚度與護(hù)套厚度相當(dāng)，中間厚度為護(hù)套厚度的二分之一弧狀結(jié)構(gòu)為好。這樣的結(jié)構(gòu)既好分離，又不損傷護(hù)套，并且此雙芯光伏電纜在－40～+90℃環(huán)境中以短軸方向反復(fù)彎曲連接筋也不會開裂。

(6)輻照交聯(lián)

由于光伏電纜的動態(tài)穿透試驗和熱壽命試驗均對電纜的要求較高，但兩者指標(biāo)相互矛盾，故生產(chǎn)時對其必須加以平衡。如果電纜交聯(lián)度較高，雖然電纜很容易通過動態(tài)穿透試驗，但很難通過5000 h的熱壽命試驗，因此根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，絕緣及護(hù)套擠出后印字并一次性輻照交聯(lián)，其絕緣的載荷下伸長率應(yīng)控制在40%～50%，護(hù)套應(yīng)控制在30%～40%為宜［1］。

4 產(chǎn)品主要性能指標(biāo)

我公司試制的0.6/1 kV電壓等級的PV1-F雙芯可分離光伏電纜是在單芯光伏電纜的基礎(chǔ)上進(jìn)行改型升級，除了生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)上的不同，其電纜技術(shù)性能指標(biāo)是一樣的，電纜的主要性能要求見表1。

5 結(jié)束語

該光伏電纜經(jīng)用戶使用后反映良好，其性能可與單芯同類產(chǎn)品相媲美，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)及客戶使用要求，可以替代單芯產(chǎn)品，并且此雙芯光伏電纜的兩芯護(hù)套是一次性擠出，相對單芯光伏電纜生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)品在市場上具有較大的競爭優(yōu)勢，市場的使用量也越來也大，前景廣闊。目前德國萊茵公司已把此種型號的雙芯光伏電纜作為T V自愿性認(rèn)證范圍。

表1 PV1-F 2×4 mm2主要性能

［1］王海嶺.淺淡光伏電纜的研制［J］.光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2013(6):16-20.

［2］2 Pfg 1169/08—2007 Requirements for cables for use in photovoltaic-systems［S］.