直流电缆.docx
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直流电缆
太阳能技术将成为未来的绿色能源技术之一，太阳能或光伏（PV）在中国应用日渐广泛,除政府支持的光伏发电厂发展迅速之外，私人投资者也正积极建厂，计划投产在全球销售的太阳能组件。
但就目前而言，许多国家仍处于学习阶段。
毫无疑问，为了获取最佳利润，业内企业，都需要向那些已在太阳能应用方面具有多年经验的国家和公司学习。
建造经济高效的盈利性的光伏发电厂，代表了所有太阳能制造商最重要的目标和核心竞争力。
事实上，盈利能力不仅仅取决于太阳能组件自身的效率或高性能，也离不开一系列表面看来与组件无直接关系的部件。
但所有这些部件（如电缆、连接器、接线盒）应依据招标人的长期投资目标进行选择。
所选部件的高质量可以避免因高昂的维修和维护费用而导致太阳能系统无法盈利。
例如，人们通常不会将连接光伏组件和逆变器的布线系统视为关键部件,
但是，如果未能采用太阳能应用的专用电缆，将会影响到整个系统的使用寿命。
实际上，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，显然，这将大大影响系统的使用寿命。
HUBER+SUHNER太阳能电缆的生产已有20多年的历史。
欧洲采用此类电缆的太阳能设备也已使用了20余年，而且至今仍然处于很好的工作状态。
电缆的环境应力
就光伏应用而言，户外使用的材料应根据紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。
在该种环境应力下使用低档材料，将导致电缆护套易碎，甚至会分解电缆绝缘层。
所有这些情况都会直接增加电缆系统损失，同时发生电缆短路的风险也会增大，从中长期看，发生火灾或人员伤害的可能性也更高。
光伏电缆是一种电子束交叉链接电缆，额定温度为120°C，在所属设备中可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。
根据国际标准IEC216，RADOX®太阳能电缆，在户外环境下，其使用寿命是橡胶电缆的8倍，是PVC电缆的32倍。
这些电缆和部件不仅具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的的温度变化（例如：
从–40°C至125°C）。
为应对高温导致的潜在危险，制造商倾向于使用双层绝缘橡胶护套电缆（例如：
H07RNF）。
但此类电缆的标准版本仅允许用于最高工作温度为60°C的环境下。
而在欧洲，屋顶上即可测得出的温度值却高达100°C。
电缆的使用环境
光伏电缆的额定温度为120°C（可使用20000小时）。
这一额定值相当于在90°C的持续温度条件下可使用18年；而当温度低于90°C时，其使用寿命更长。
通常，要求太阳能设备的使用寿命应达到20至30年以上。
基于上述种种原因，在太阳能系统中使用专用太阳能电缆和部件是非常有必要的。
电缆的抗机械载荷
实际上，在安装和维护期间，电缆可在屋顶结构的锐边上布线，同时电缆须承受压力、弯折、张力、交叉拉伸载荷及强力冲击。
如果电缆护套强度不够，则电缆绝缘层将会受到严重损坏，从而影响整个电缆的使用寿命，或者导致短路、火灾和人员伤害危险等问题的出现。
经辐射交叉链接的材料，具备较高的机械强度。
交叉链接工艺改变了聚合物的化学结构,可熔性热塑材料转换为非可熔性弹性体材料,交叉链接辐射显著改善了电缆绝缘材料的热学特性、机械特性和化学特性。
作为全球最大的太阳能市场，德国已遇到所有与电缆选择相关的问题。
如今在德国，50%以上的设备都采用专用于太阳能应用的HUBER+SUHNERRADOX®电缆。
现在，正是我们汲取经验的时候。
•完美的缆芯同心度
•护套厚度均匀
•直径较小•缆芯分布不同心
•电缆直径较大（比RADOX电缆直径大40%）
•护套厚度不均（造成电缆表面缺陷）
太阳能光伏直流输送电缆的选型
在太阳能光伏发电系统中低压直流输送部分使用的电缆，因为使用环境和技术要求不同，对不同部件的连接有不同的要求，总体要考虑的因素有：
电缆的绝缘性能、耐热阻燃性能、搞老化性能及线径规格等。
具体要求如下。
1、太阳能电池组件与组件之间的连接电缆，一般使用组件接线盒附带的连接电缆直接连接，长度不够时还可以使用专用延长电缆。
依据组件功率大小的不同，该类连接电缆有截面积为2.5m㎡、4.0m㎡、6.0m㎡等三种规格。
这类连接电缆使用双层绝缘外皮，具有优越的防紫外线、水、臭氧、酸、盐的侵蚀能力，优越的全天候能力和耐磨损能力。
2、蓄电池与逆变器之间的连接电缆，要求使用通过UL测试的多股软线，尽量就近连接。
选择短而粗的电缆可使系统减小损耗，提高效率，增强可靠性。
3、电池方阵与控制器或直流接线箱之间的连接电缆，也要求使用通过UL测试的多股软线，截面积规格根据方阵输出最大电流而定。
名部位直流电缆截面积依据下列原则确定：
太阳能电池组件与组件之间的连接电缆、蓄电池与蓄电池之间的连接电缆、交流负载的连接电缆，一般选取的电缆额定电流为各电缆中最大连续工作电流的1.25倍；太阳能电池方阵与方阵之间的连接电缆、蓄电池（组）与逆变器之间的连接电缆，一般选取的电缆额定电流为各电缆中最大连续工作电流的1.5倍。
PV-电缆（光伏组件用电缆）
1、技术规范
PV-电缆（光伏组件用电缆）目前尚无国家或行业标准，本试验技术规范所涉及到的要求来自于德国标准化委员会PV-系统用电线K411.2.3工作组的初稿。
这个初稿将作为德国国家标准报批稿进行发布。
德国莱茵TUV（上海）将用此技术规范对PV-电缆的性能进行检测和评估。
在德国莱茵TUV公司内部此技术规范的文件编号为2PfG1169/08.2007。
2、使用范围
2PfG1169/08.2007适用于最高允许1.8kV（线芯对线芯，非接地系统）直流电压、在光伏系统中CD侧使用的单芯软电缆（电线）。
该产品适合于Ⅱ类安全等级下使用。
电缆运行的环境温度最高到90℃。
电缆可以多根并联使用。
3、特殊名词术语
PV系统（photovoltaicsystem）：
光伏系统（太阳能系统）。
DC侧（DCside）：
光伏装置中从光伏电池到光伏换流器直流端子之间的部分。
标准试验条件下的开路电压（UOCSTC）：
在标准试验条件下，未加载（开路）的光伏组件、光伏电线、光伏列阵、光伏发电机或光伏换流器直流侧的电压。
标准试验条件下的短路电流（ISCTC）：
在标准试验条件下，光伏组件、光伏电线、光伏列阵或光伏发电机的短路电流。
4、无卤PV-电缆的基本信息
4.1电缆型号
PV1-F
4.2电缆特性
●额定电压：
ACU0/U=0.6/1kV
DC1.8kV（线芯对线芯，非接地系统,没有负载下的回路）
如果电缆使用在直流系统中，其导体间的额定电压应不大于电缆AC额定值U的1.5倍。
在单相接地直流系统中，此数值应乘以0.5的系数。
●温度范围：
环境温度：
-40℃到+90℃
导体最高工作温度：
120℃
电缆运行的环境温度最高到90℃。
依据EN60216-1标准进行考核，其绝缘和护套的温度指数是120℃。
期望使用寿命是25年
5秒钟的短路温度是200℃
4.3电缆结构
●导体
导体芯数：
1
导体是EN60228（IEC60228、GB/T3956）中的第5类导体，而且必须是镀锡的。
●导体的截面
1.5，2.5，4，6，10，16，25，35mm2。
●导体隔离层
在导体周围可以使用一层合适的无卤材料作为隔离层。
●绝缘
绝缘应是挤出型的无卤材料，应是一层或紧密粘附着的几层组成。
绝缘应是实心且材质均匀，在剥离绝缘时必须尽可能不要损伤绝缘本身、导体和镀锡层。
绝缘厚度由生产商规定，但最小值必须≥0.5mm。
建议的绝缘厚度
标称截面（mm2）
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
绝缘标称厚度（mm）
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.2
1.2
●导体隔离层
在绝缘周围可以使用一层合适的无卤材料作为隔离层。
●护套
绝缘线芯必须有护套包覆，护套应是合适的无卤材料。
护套应是挤出型的无卤材料，应是一层或紧密粘附着的几层组成。
护套厚度由生产商规定，但最小值必须≥0.5mm。
建议的护套厚度
标称截面（mm2）
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
护套标称厚度（mm）
0.8
0.8
0.9
0.9
0.9
1.1
1.2
1.2
●外径
外径的平均值应在生产商规定的范围内。
●多芯结构
在多芯结构中每一个单芯电缆都应符合本技术文件的要求；在多芯结构中每一个附加元件都应符合本技术文件的要求。
4.4电缆载流量的要求
环境温度：
60℃，导体最高工作温度：
120℃
标称截面（mm2）
安装种类
单芯电缆空气中自由敷设（A）
单芯电缆敷设在设备表面（A）
在设备表面相邻敷设（A）
1.5
30
29
24
2.5
41
39
33
4
55
52
44
6
70
67
57
10
98
93
79
16
132
125
107
25
176
167
142
35
218
207
176
偏离环境温度是载流量的换算因子（依据IEC60364-5-52）
环境温度
换算因子
℃
≤60
1.00
70
0.91
80
0.82
90
0.71
100
0.58
110
0.41
5、绝缘和护套材料性能要求
●老化前后拉力（取之于成品上的试件）
单位
绝缘
护套
试验方法
抗张强度 最小
N/mm2
6.5
8.5
EN60811
断裂伸长率 最小
%
125
125
EN60811
空气烘箱中老化试验
EN60811
老化温度
℃
150±2
150±2
老化时间
h
168
168
抗张强度变化率
%
-30
-30
断裂伸长率变化率
%
-30
-30
●热固型混合物热延伸试验（取之于成品上的试件）
单位
绝缘
护套
试验方法
试验温度
℃
200±3
200±3
EN60811
负荷
N/cm2
20
20
挂重时间
Min.
15
15
负载下伸长率 最大
%
100
100
冷却后永久伸长率 最大
%
25
25
●低温拉伸试验（取之于成品上的试件）
单位
绝缘
护套
试验方法
试验温度
℃
-40±2
-40±2
EN60811
冷却后永久伸长率 最小
%
30
30
●湿热试验（取之于成品上的试件）
单位
绝缘
护套
试验方法
湿热试验条件
EN60068
老化温度
℃
90±2
90±2
老化时间
h
1000
1000
老化湿度
%
85
85
抗张强度变化率
%
-30
-30
断裂伸长率变化率
%
-30
-30
●耐酸碱试验（护套）
单位
草酸（N-Oxalic-acid）
氢氧化钠
（N-sodiumhydroxide）
化学浓度（重量浓度）
%
4.5
4
处理温度
℃
23
23
处理时间
h
168
168
抗张强度变化率
%
±30
±30
老化后断裂伸长率
%
100
100
●耐UV（紫外线）老化试验（成品电缆）
试验方法：
HD605/A1或UL1581
总试验时间：
720h
一个周期内：
洒水18min，氙灯干燥102min
箱体测试温度：
63℃
箱体湿度：
65％
疝灯条件：
波长300－400nm条件下的最小功率为（60±2）W/m²
紧接着进行室温条件下的8弯曲试验
要求：
电缆表面无裂缝
●耐臭氧试验（成品电缆）
试验方法：
EN50396或IEC60245
弯曲试样所用试棒直径为线芯直径的（2±0,1）倍
试验箱温度（40±2）℃，
试验箱湿度（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
样品放置试验箱时间：
72h
要求：
电缆表面无开裂
●寿命特性试验
要求：
绝缘和护套材料的温度指数为120℃
寿命：
25年
可以用二种方法进行评定
EN50305：
防火铁路电缆-试验方法（卷绕电压法）
IEC60216-2：
电气绝缘耐热特性的确定
建议采用IEC60216-2的方法进行热寿命评定。
在求取温度指数时，为了获得失效时间与热力学（绝对）温度倒数之间的阿累尼乌斯关系，试样应该在分布范围足够宽的（不少于3个，最好是4个）老化温度下进行老化试验。
老化温度选取原则：
a）在求温度指数时,最低老化温度应使测得的平均失效时间不低于5000h的温度。
求温度指数时，耐热线的外推不应超过25℃。
b）最高老化温度应是使测得的平均失效时间不小于100h的温度。
c）如果预计在整个老化范围内老化机理相同，则各相邻老化温度之间的温度差值应取等值，通常取20℃。
根据该产品使用材料的特性，我们建议选择3个温度点进行热寿命评定。
145℃、165℃、185℃
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