光伏组件MC4 插头连接6 mm2 单芯铝线、4 mm2 多股铜线性能比对试验分析

王向莲 周智敏

（青海黄河电力技术公司，青海 西宁810006）

1 导电性能对比试验

1.1 直流电阻测试验证对比

使用横截面积为4mm2多股铜线、6mm2单芯铝线与光伏组件MC4 插头连接制作长度为1 米的试验样品各5 根，使用BZC3391B直流电阻测试仪对这10 根样品进行直流电阻测试对比试验。试验过程中保持实验室温度、湿度的恒定，直流电阻测试数值如表1。

1.2 接触电阻测试验证对比

使用横截面积为4mm2多股铜线、6mm2单芯铝线分别制作光伏组件MC4 插头各5 组（20 根），使用HLC5502 回路电阻测试仪对这5 组光伏组件MC4 插头进行接触电阻测试进行对比试验。试验过程中保持实验室温度、湿度的恒定，选择相同的测试部位，接触电阻测试数值如表2。

表2

表3

1.3 对比分析

1.3.1 通过理论计算得出1 米4mm2铜线连接MC4 插头直流电阻为4.978 mΩ，1 米6mm2铝线连接MC4 插头直流电阻为5.333mΩ。对比分析可以看出6mm2铝线连接MC4插头直流电阻比4mm2铜线连接MC4 插头直流电阻值大6.9%。

1.3.2 直流电阻试验数据（表1）中1 米4mm2铜线连接MC4插头直流电阻为5.0464mΩ，1 米6mm2铝线制成的MC4 插头直流电阻为5.3938mΩ。对比分析得到出6mm2铝线连接MC4 插头直流电阻比4mm2铜线连接MC4 插头直流电阻值大6.7%（图1-2）。

1.3.3 接触电阻试验数据（表2）中，4mm2铜线连接MC4 插头母头接触电阻平均值为194.0μΩ，4mm2铜线连接MC4 插头公头接触电阻平均值为133.6μΩ，6mm2单芯铝线连接MC4 插头母头接触电阻平均值为346.5μΩ，6mm2单芯铝线连接MC4插头公头接触电阻平均值为153.1μΩ。铜线连接MC4 插头（公、母头）接触电阻小于铝线连接MC4 插头（公、母头）接触电阻。

2 温升对比试验

2.1 使用大电流发生器将电流调至光伏组件额定电流9.2A，分别测试其铜、铝导线及MC4 插头10 分钟、30 分钟、60分钟发热情况，记录最高温度。

图1 铜、铝线MC4 插头直流电阻测试值对比图

图2 铜、铝线MC4 温度曲线

2.2 使用大电流发生器将电流调至光伏组件短路电流11.5A（1.25 倍的额定电流），分别测试其铜、铝导线及MC4 插头10 分钟、30 分钟、60 分钟发热情况，记录最高温度。

2.3 使用大电流发生器将电流调至光伏组件的极限电流20A，分别测试其铜、铝导线及MC4 插头10 分钟、30 分钟、60 分钟发热情况，记录最高温度。

2.4 对比分析：

2.4.1 通过数据对比和图表2 可以清晰看到，6mm2铝线连接MC4 插头样品温升大于铜芯线样品，因此重点分析使用铝线时的温度是否满足设备的长期允许工作温度。

2.4.2 分析使用铝线时的温度是否满足设备的长期允许工作温度；使用大电流发生器将电流调至光伏组件额定电流9.2A，60 分钟时铝芯线样品温度稳定，平均温升5℃，最大温升6℃；使用大电流发生器将电流调至光伏组件短路电流（1.25 倍的额定电流）11.5A，60 分钟时铝芯线样品温度稳定，平均温升5℃，最大温升6℃；使用大电流发生器将电流调至光伏组件的极限电流20A，60 分钟时温度稳定，铝芯线样品平均温升12.4℃，最大温升14℃；型号为BLV 的铝芯线长期允许工作温度应不超过70℃，MC4 插头工作温度范围-40℃至125℃；忽略环境温度上升对温升的影响，使用铝线芯样品即使在极端条件下其工作温度为54℃，低于型号为BLV 的铝芯线和MC4 插头的长期允许工作温度。

3 拉力试验

试验条件:

使用横截面积为4mm2多股铜线、6mm2单芯铝线与光伏组件MC4 插头连接制作长度为1 米的试验样品各4 根，做拉伸试验，对样品施加持续增大的拉力，直至样品被拉断或拉开，记录样品拉断或拉开的瞬时拉力，即样品能承受的最大拉力。

3.1 最大应力是样品能承受的最大拉力与导线标称面积的比值，此处的最大应力与材料的抗拉强度类似。如下公式：

σ:材料应力；F:材料所受的力；S：受力的横截面积铜线的标称面积4mm2，铝线的标称面积6mm2。

3.2 拉力测试数据如表3。

3.3 4mm2铜线样品强度大于6mm2铝线样品强度，4mm2铜线和6mm2铝线强度均大于MC4 插头样品强度。

3.3.1 拉断或拉开4mm2铜线连接MC4 插头制成样品的最大拉力为359N,平均值为335.95N，4mm2铜线所能承受的拉力（800～1000N）是铜线样品（铜线连同MC4 插头）的所能承受最大拉力的（2.23～2.79）倍。

3.3.2 拉断或拉开6mm2铝线连接MC4 插头制成样品的最大拉力为274.1N, 平均值为245.35N，6mm2铝线所能承受的拉力（480～660N）是铝线样品（铝线连同MC4 插头）所能承受最大拉力的（1.75～2.41）倍、铜线样品（铜线连同MC4 插头）的所能承受最大拉力的（1.34～1.84）倍。

3.4 导线与MC4 插头连接的制作工艺及MC4 插头强度决定样品的强度。样品拉断或拉开情况主要有:MC4 插头的紧固卡子断裂、MC4 插头与线脱开、MC4 公插头与母插头脱开、铝线样品还存在MC4 插头连接压制处断裂。

3.5 由于单芯铝线表面光滑且铝的塑性、硬度都要小于铜，单芯铝线与MC4 插头连接制作工艺很重要，既要求插头与单芯铝线压紧、加大接触面积，又不能使铝线的横截面积变形过大，减小铝线强度。单芯铝线与插头连接压制时若压力太小，插头与导线结合不紧固，拉力试验时插头与导线易脱开；若与MC4插头连接压制时施加过大的压力，线芯变形过大会减小单芯铝线的强度，在试验时易被拉断。

4 结论

通过对4mm2铜线和6mm2铝线制作的MC4 插头对比分析，导电性能方面4mm2铜线线制作的MC4 插头略优于6mm2铝线制作的MC4 插头，两者并无特别明显的差别。4mm2铜线制作样品的直流电阻小于6mm2铝线制作样品的直流电阻，直流电阻的大小在运行中主要体现在导体的温升上，若以环境温度40℃考虑，忽略环境温度上升对温升的影响，对铝线芯样品施加光伏组件的极限电流20A，以持续60 分钟最大温升14℃计算，使用6mm2铝线即使在极端条件下其工作温度低于型号为BLV 的铝芯电缆和MC4 插头的长期允许工作温度。

通过对4mm2铜线和6mm2铝线制作的MC4 插头的拉力试验进行对比分析可知抗拉方面4mm2铜线线制作的MC4 插头优于6mm2铝线制作的MC4 插头。6mm2铝线与MC4 插头连接的制作工艺及MC4 插头决定样品的强度，只要6mm2单芯铝线与MC4 插头连接紧固且铝线芯不损伤，6mm2单芯铝线及其连接部位抗拉能力就不低于MC4 插头的抗拉能力。