PV1-F型双芯可分离光伏电缆的研制

2015-02-18张红艳王海岭韩惠福刘登瑞

电线电缆 2015年4期

张红艳，王海岭，韩惠福，刘登瑞

(1.安徽龙庵电缆集团有限公司，安徽无为238300;2.安徽新亚特电缆集团有限公司，安徽无为238300;3.安徽华电线缆集团有限公司，安徽无为238300)

0 引言

太阳能光伏发电是一种清洁、环保、绿色、安全的可再生能源。目前，开发利用太阳能发电已成为世界上许多国家可持续发展的重要战略决策。大规模太阳能光伏发电站的建设给光伏电缆生产企业带来了无限商机，作为太阳能光伏发电系统的关键传输组件，光伏电缆在太阳能的利用中起着至关重要的作用。目前的光伏电缆都是单芯结构，在安装敷设后，其正负极在太阳能板下面悬空分离、散开，显得凌乱不堪，甚是影响美观。对此，很多客户选择双芯可分离光伏电缆来代替单芯电缆。正是鉴于此，本公司经过不断的试验、摸索，在2 Pfg 1169/08—2007技术规范单芯电缆的基础上研制开发了PV1-F型双芯可分离光伏电缆。

1 性能要求

因为太阳能系统及其光伏组件使用环境恶劣，经常受高温、低温、臭氧、紫外线照射及酸雨侵蚀等的考验，所以PV1-F双芯可分离光伏电缆须具有以下性能:

(1)优异的耐高低温性能，能在环境温度为－40～+90℃的条件下正常工作，不发生绝缘及护套开裂，其导体的最高长期允许温度为125℃，最高允许短路温度5 s内为250℃;

(2)额定工作电压为AC U0/U 0.6/1 kV，DC 0.9 kV(导体对地)或最高允许直流1.8 kV(线芯对线芯，空载);

(3)优异的耐臭氧、耐紫外线、耐湿热、耐酸碱、耐凹痕性能;

(4)无卤阻燃，使用寿命不低于25年;

(5)通过护套连接筋平行排列，可分离，且在－40～+90℃环境中反复弯曲连接筋不开裂;

(6)其它性能应符合德国莱茵TV公司内部2 Pfg 1169/08—2007技术规范。

2 结构与材料

2.1 产品结构

根据上述要求，我们设计的PV1-F双芯可分离光伏电缆的结构如图1所示。

2.2 材料的选用

(1)导体

图1 PV1-F双芯可分离光伏电缆的结构

导体选用第5种镀锡软铜导体，以防止铜丝的氧化，其结构及性能指标符合GB/T 3956—2008标准的规定。

(2)绝缘

绝缘采用125℃光伏电缆专用辐照交联聚烯烃绝缘料，平行的两芯电缆绝缘采用红和蓝两色进行区分。此绝缘料须具有耐高温125℃、低温－40℃性能，以满足电缆苛刻的环境使用温度，并且绝缘还应具有耐酸碱性能和优异的电气绝缘性能，更重要的是绝缘必须具有优异的抗氧化性能，以达到25年的使用寿命。

(3)隔离剂

在挤包护套时，为了避免护套和绝缘粘连，在绝缘表面必须涂覆一层隔离剂进行隔离。为了环保，不让隔离剂对电缆造成污染，选用1250目环保型滑石粉进行涂覆隔离。

(4)护套

由于电缆是长期暴露在室外恶劣环境中，其护套必须具有耐高低温交替变化、耐湿热、阻燃、耐老化、耐臭氧、耐紫外线照射、耐酸雨及碱性物质的侵蚀、耐磨等性能，才能满足电缆25年的使用寿命要求。鉴于此，护套料应选用125℃光伏电缆专用辐照交联聚烯烃护套料。

3 工艺要求

该电缆的工艺流程为:镀锡导体束绞→挤包绝缘→两芯绝缘表面涂覆滑石粉并平行挤包护套→辐照交联。

为了使双芯可分离光伏电缆获得较好的性能，必须在生产中对各工序工艺进行严格控制。

(1)导体绞制

在导体束绞时应采用一次性束绞，这样有利于以后的快速生产，另外束绞必须紧密，不得有松散的现象，否则两芯电缆绝缘及护套的偏心度难以保证，而且电缆也很难通过动态穿透试验，影响绝缘厚度和绝缘电阻。现以2×4 mm2PV1-F型光伏电缆为例，导体采用56根直径为0.30 mm镀锡铜线绞合，绞合节距为40～44 mm，束绞外径为2.60 mm为好。

(2)绝缘挤出

绝缘采用红、蓝两色进行区分，绝缘挤出时采用挤压式模具，挤出时必须严格控制挤出温度，并选用合适的模具，以控制好伸长率。如果挤出后绝缘伸长率过大或过小，均会导致绝缘在老化试验及热寿命试验后断裂伸长率变化率和抗拉强度变化率增大，出现试验不合格现象。根据我们的生产试制经验，绝缘挤出时伸长率控制在200%～300%范围内较好［1］。

虽然2 Pfg 1169/08—2007技术规范只规定了绝缘的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度。但根据试制经验，如果绝缘厚度太薄，其机械物理性能及电性能难以满足标准要求;若绝缘厚度太厚，会造成电缆外径较大以及材料成本的浪费。经过多次计算和试制，绝缘的平均厚度为0.85 mm，最薄点厚度为0.75 mm，绝缘外径为4.30～4.40 mm最好［1］。

(3)滑石粉涂覆

由于光伏电缆的绝缘及护套材料的基料相同，性能基本相近，在挤包护套前在绝缘表面涂抹一层滑石粉，可以对绝缘及护套起到很好的隔离。如果不在绝缘表面涂覆一层滑石粉，往往会造成绝缘和护套黏连，无法实现在不损伤绝缘的情况下护套剥离。但是涂覆滑石粉的量必须控制好，不可过多或过少，以自然覆盖整个绝缘线芯表面即可，因为过多会导致绝缘线芯和护套层松动和分离，过少起不到隔离作用。

(4)护套挤出

护套采用黑色聚烯烃材料，双芯光伏电缆是“∞”型，所以护套挤出时必须采用挤压式模具，护套挤出时也像绝缘一样，必须严格控制挤出温度及选用合适的模具，以控制好伸长率。其伸长率过大或过小均会导致电缆出现不合格现象，所以护套挤出时伸长率控制在300%左右为好。虽说标准规定护套的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度，但如果护套的厚度太薄，势必造成绝缘及护套总厚度减小，则电缆难以通过整线高温压力试验及耐凹痕试验。若护套厚度太厚，则电缆外径较大，会造成电缆与光伏接线盒不匹配以及材料成本的浪费。平均厚度为0.90 mm，最薄点厚度为0.80 mm，每芯电缆挤出护套外径为6.10～6.20 mm［1］，这样不但能满足电缆的使用性能要求，而且还能保证电缆的最终外径不超出光伏接线盒接线端子的尺寸。

(5)护套连接筋

PV1-F型双芯可分离光伏电缆护套连接筋的设计及挤出非常关键，连接筋的尺寸直接关系到双芯电缆的外观和分离性能。如果连接筋过宽，会加大双芯光伏电缆的宽度，给安装敷设造成不便;连接筋厚度过大，两芯安装时难以分离，如果用较大力气分离，有时会把护套撕裂而连接筋却完好无缺，所以连接筋的结构尺寸要求非常关键。我们经过多次试制及试验得出，两芯之间连接筋的宽度以0.7～0.8 mm为宜，厚度以两边厚中间薄，即两边厚度与护套厚度相当，中间厚度为护套厚度的二分之一弧状结构为好。这样的结构既好分离，又不损伤护套，并且此双芯光伏电缆在－40～+90℃环境中以短轴方向反复弯曲连接筋也不会开裂。

(6)辐照交联

由于光伏电缆的动态穿透试验和热寿命试验均对电缆的要求较高，但两者指标相互矛盾，故生产时对其必须加以平衡。如果电缆交联度较高，虽然电缆很容易通过动态穿透试验，但很难通过5000 h的热寿命试验，因此根据生产经验，绝缘及护套挤出后印字并一次性辐照交联，其绝缘的载荷下伸长率应控制在40%～50%，护套应控制在30%～40%为宜［1］。

4 产品主要性能指标

我公司试制的0.6/1 kV电压等级的PV1-F双芯可分离光伏电缆是在单芯光伏电缆的基础上进行改型升级，除了生产工艺和结构上的不同，其电缆技术性能指标是一样的，电缆的主要性能要求见表1。

5 结束语

该光伏电缆经用户使用后反映良好，其性能可与单芯同类产品相媲美，达到标准及客户使用要求，可以替代单芯产品，并且此双芯光伏电缆的两芯护套是一次性挤出，相对单芯光伏电缆生产成本较低，产品在市场上具有较大的竞争优势，市场的使用量也越来也大，前景广阔。目前德国莱茵公司已把此种型号的双芯光伏电缆作为T V自愿性认证范围。