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2017光伏电缆技术要点分析

类别:行业新闻    2017-10-12

  伏电缆时常暴露在阳光之下,太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温和紫外线辐射。在欧洲,晴天时将导致太阳能系统的现场温度高达100°C。目前,我们可采用的各种材料有PVC、橡胶、TPE和高质量交叉链接材料,但遗憾的是,额定温度为90°C的橡胶电缆,还有即便是额定温度为70°C的PVC电缆也常常在户外使用,目前国家金太阳工程频频上马,有许多承建商为了节省成本,不选择太阳能系统专用电缆,而是选择普通的pvc电缆来替代光伏电缆,显然,这将大大影响系统的使用寿命。

  1、光伏电缆与普通电缆的区别

  1、普通电缆由表中可以看出所用导体和光伏电缆一致。

  2、普通电缆绝缘和护套由表中可以看出不同于光伏电缆。

  3、普通电缆只适用于普通环境铺设使用。

  4、光伏电力电缆的优点:耐高温、耐寒、耐油、耐酸碱盐、防紫外线、阻燃、环保,光伏电力电缆主要用于环境较恶劣的气候下,使用寿命25年以上。

  2、光伏电缆主要技术指标

  太阳能光伏发电是将光辐射能通过光伏效应直接转为电能的发电技术。光伏电缆用于联接太阳能电池板、蓄电池或其他集电单元,由于是户外敷设,同样需要长期经受风吹雨打、日暴夜寒、霜雪冰冻、紫外线等自然条件的侵蚀,因此需要具备抗臭氧、抗紫外线、耐酸碱、耐高温、耐严寒、耐凹痕、无卤、阻燃等特性,具备与标准的接头、连接系统的兼容性等特点。与常规电缆相比,光伏电缆应具备以下特性:

  1、具有良好的耐紫外线,抵御恶劣气候环境和经受机械冲击;

  2、具备良好的抗臭氧和耐化学腐蚀特性;

  3、承受温差变化大,一般从-40℃~120℃,最高温度甚至超过150℃;

  4、具备良好耐湿热(90℃85%湿度,1000h)性能;

  5、良好低温卷绕和低温弯曲性能;

  6、具备阻燃性能和低烟无卤性能;

  7、通过耐凹痕、热收缩、动态穿透试验;

  8、较长使用寿命,120℃工作条件下,要求正常使用寿命超过25年。

  3、光伏电缆的性能试验

  电性能:

  1、直流电阻

  成品电缆20℃时导电线芯直流电阻不大于5.09Ω/km。

  2、浸水电压试验

  成品电缆(20m)在(20±5)℃水中浸入时间1h后经5min电压试验(交流6.5kV或直流15kV)不击穿。

  3、长期耐直流电压

  样品长5m,放入(85±2)℃的含3%氯化钠(NaCl)的蒸馏水中(240±2)h,两端露出水面30cm。线芯与水间加直流0.9kV电压(导电线芯接正极,水接负极)。取出试样后进行浸水电压试验,试验电压为交流1kV,要求不击穿。

  4、绝缘电阻

  成品电缆20℃时绝缘电阻不小于1014Ω˙cm, 成品电缆90℃时绝缘电阻不小于1011Ω˙cm。

  5、护套表面电阻

  成品电缆护套表面电阻应不小于109Ω。

  其他性能:

  1、高温压力试验(GB/T 2951.31-2008)

  温度(140±3)℃,时间240min, k=0.6,压痕深度不超过绝缘与护套总厚度的50%。并进行AC6.5kV、5min电压试验,要求不击穿。

  2、湿热试验

  样品在温度90℃、相对湿度85%的环境下放置1000h,冷却至室温后与试验前相比,抗拉强度变化率≤-30%,断裂伸长率的变化率≤-30%。

  3、耐酸碱溶液试验(GB/T 2951.21-2008)

  两组样品分别浸于浓度为45g/L的草酸溶液和浓度为40g/L的氢氧化钠溶液中,温度为23℃,时间168h,与浸溶液前相比,抗拉强度变化率≤±30%,断裂伸长率≥100%。

  4、相容性试验

  电缆整体经7×24h,(135±2)℃老化后,绝缘老化前后抗拉强度变化率≤±30%,断裂伸长率变化率≤±30%;护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%,断裂伸长率变化率≤±30%。

  5、低温冲击试验(GB/T 2951.14-2008中的8.5)

  冷却温度-40℃,时间16h,落锤质量1000g,撞击块质量200g,下落高度100mm,表面不应有目力可见裂纹。

  6、低温弯曲试验(GB/T 2951.14-2008中的8.2)

  冷却温度(-40±2)℃,时间16h,试棒直径为电缆外径的4~5倍,绕3~4圈,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

  7、耐臭氧试验

  试样长度20cm,干燥器皿内放置16h。弯曲试验所用试棒直径为电缆外径的(2±0.1)倍,试验箱:温度(40±2)℃,相对湿度(55±5)%,臭氧浓度(200±50)×10-6%,空气流量:0.2~0.5倍试验箱容积/min。样品放置试验箱72h,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

  8、耐气候性/紫外线试验

  每个周期:洒水18min,氙灯干燥102min,温度(65±3)℃,相对湿度65%,波长300~400nm条件下的最小功率:(60±2)W/m2。持续720h后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的4~5倍,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

  9、动态穿透试验

  室温条件下,切割速度1N/s,切割试验数:4次,每次继续试验样品须向前挪动25mm,并顺时针旋转90°后进行。记录弹簧钢针与铜线接触瞬间的穿透力F,所得均值≥150˙Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)

  10、耐凹痕

  取3段样品,每段样品上相隔25mm,并旋转90°处共制作4个凹痕,凹痕深度0.05mm且与铜导线相互垂直。3段样品分别置于-15℃、室温、+85℃试验箱内3h,然后在各自相应的试验箱内卷绕于芯轴上,芯轴直径为(3±0.3)倍电缆最小外径。每个样品至少一个刻痕位于外侧。进行AC0.3kV浸水电压试验不击穿。

  11、护套热收缩试验(GB/T 2951.13-2008中的11)

  样品切取长度L1=300mm,在120℃烘箱内放置1h后取出至室温冷却,重复5次这样的冷热循环,最后冷却至室温,要求样品热收缩率≤2%。

  12、垂直燃烧试验

  成品电缆在(60±2)℃放置4h后,进行GB/T 18380.12-2008规定的垂直燃烧试验。

  13、卤素含量试验

  PH及导电率

  样品置放:16h,温度(21~25)℃,湿度(45~55)%。试样二个,各(1000±5)mg,碎至0.1mg以下的微粒。空气流量(0.0157˙D2)l˙h-1±10%,燃烧舟与烧炉加热有效区边缘之间距≥300mm,燃烧舟处的温度须≥935℃,离燃烧舟300m处(顺空气流动方向)温度须≥900℃。

  试验样品所产生气体通过含有450ml(PH值6.5±1.0;导电率≤0.5μS/mm)蒸馏水的气体洗瓶收集,试验周期:30min。要求:PH≥4.3;导电率≤10μS/mm。

  Cl及Br含量

  样品置放:16h,温度(21~25)℃,湿度(45~55)%。试样二个,各(500~1000)mg,碎至0.1mg。

  空气流量(0.0157˙D2)l˙h-1±10%,样品被均匀加热40min至(800±10)℃,并保持20min。

  试验样品所产生气体通过含有220ml/个 0.1M氢氧化钠溶液的气体洗瓶吸取;将两个气体洗瓶的液体注入量瓶,同时应用蒸馏水清洗气体洗瓶及其附件并注入量瓶加至1000ml,冷却至室温后,用吸管将200ml被测溶液滴入量瓶中,加入浓硝酸4ml,20ml 0.1M硝酸银,3ml硝基苯,然后搅拌至白色絮状物沉积;加入40%硫酸铵水溶液及几滴硝酸溶液予以完全混合,用磁性搅拌器搅拌,加入硫氢酸铵滴定溶液。

  要求:两个样品测试值的均值:HCL≤0.5%;HBr≤0.5%;

  每个样品测试值≤两个样品测试值的均值±10%。

  F含量

  25~30mg样品材料放入1L氧气容器中,滴2~3滴烷醇,加入5ml 0.5M氢氧化钠溶液。使样块燃尽,将残留物通过轻微的冲洗倒入50ml的量杯中。

  将5ml缓冲液混合于样品溶液及冲洗液中,并达到标线。绘制校准曲线,侧得样品溶液的氟浓度,通过计算获得样品中的氟百分比含量。

  要求:≤0.1%。

  14、绝缘、护套材料机械性能

  老化前绝缘抗拉强度≥6.5N/mm2,断裂伸长率≥125%,护套抗拉强度≥8.0N/mm2,断裂伸长率≥125%。

  经(150±2)℃、7×24h老化后,绝缘及护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%,绝缘及护套老化前后断裂伸长率变化率≤-30%。

  15、热延伸试验

  20N/cm2负重下,样品经(200±3)℃、15min的热延伸试验后,绝缘及护套伸长率的中间值应不大于100%,试件从烘箱内取出冷却后标记线间距离的增加量的中间值对试件放入烘箱前该距离的百分比应不大于25%。

  16、热寿命

  根据EN 60216-1、EN60216-2阿列纽斯曲线进行,温度指数为120℃。时间5000h。绝缘及护套断裂伸长率保留率:≥50%。之后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的2倍,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。要求寿命:25年。

  4、光伏电缆的选取要点

  系统中电缆的选择主要考虑如下因素: 

  1、电缆的绝缘性能; 

  2、电缆的耐热阻燃性能; 

  3、电缆的防潮,防光; 

  4、电缆的敷设方式; 

  5、电缆芯的类型(铜芯,铝芯); 

  6、电缆的大小规格。

  光伏系统中不同的部件之间的连接,因为环境和要求的不同,选择的电缆也不相同。以下分别列出不同连接部分的技术要求:

  1、 组件与组件之间的连接 必须进行UL测试,耐热90℃,防酸,防化学物质,防潮,防曝晒。

  2、方阵内部和方阵之间的连接 可以露天或者埋在地下,要求防潮、防曝晒。建议穿管安装,导管必须耐热90℃。

  3、蓄电池和逆变器之间的接线 可以使用通过UL测试的多股软线,或者使用通过UL测试的电焊机电缆。

  4、室内接线(环境干燥) 可以使用较短的直流连线。

  电缆大小规格设计,必须遵循以下原则:

  1、蓄电池到室内设备的短距离直流连接,选取电缆的额定电流为计算电缆连续电流的1.25倍。

  2、交流负载的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。

  3、逆变器的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍。

  4、方阵内部和方阵之间的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍。

  5、考虑温度对电缆的性能的影响。

  6、考虑电压降不要超过2%。

  7、适当的电缆尺径选取基于两个因素,电流强度与电路电压损失。完整的计算公式为:

  线 损 = 电流 × 电路总线长 × 线缆电压因子

  式中线缆电压因子可由电缆制造商处获得。

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