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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

2021-01-20王向莲周智敏

科学技术创新 2021年1期
关键词:铜线温升插头

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。

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