摘要:光伏電纜適用于直流端線一線Z高電壓 DC1.8kV 的光伏系統,具有的耐風雨性、耐紫外線和臭氧侵蝕性,而且能承受更大 范圍的溫度變化,生產光伏電纜必須嚴格控制好生產工藝,在質量上確保*。

關鍵詞:低煙無鹵、光伏電纜、生產工藝、輻照、惡劣環境

1.引言

在金融危機的影響下,我國政府把發展新能源作為振興經濟的重要手段。 2009年 7月 16 日三部委財政部、科技部、能源局 聯合印發了《關于實施金太陽示范工程的通知》 ,隨后又公布了具體的《金太陽示范工程財政補助資金管理暫行辦法》 ,決定綜合采取財 政補助、科技支持和市場拉動方式,加快國內光伏發電的產業化和規模化發展。無疑太陽能技術將成為未來的綠色能源技術之一,太陽 能或光伏(PV )在中國應用日漸廣泛,除政府支持的光伏發電廠發展迅速之外,私人投資者也正積極建廠,計劃投產在銷售的太陽 能組件。建造經濟的盈利性的光伏發電廠,代表了所有太陽能制造商Z重要的目標和核心競爭力。事實上,盈利能力不僅僅取決于 太陽能組件自身的效率或高性能,也離不開一系列表面看來與組件無直接關系的部件 —— 光伏電纜。

實際上,太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用,如高溫、紫外線輻射、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕等。這就要求光伏電纜具有 的耐風雨性、耐紫外線和臭氧侵蝕性,而且能承受更大范圍的的溫度變化,在所屬設備中可抵御惡劣氣候環境和經受機械沖擊。

 1 使用性能

額定電壓為:U 0/U: 600/1000V AC

1800V DC;

使用溫度范圍:-40℃一+90℃,電纜表面能耐Z高溫度為 120℃;

允許 5S 內短路時溫度達 200℃;

敷設時的環境溫度在-40℃及以上;

敷設時的Z小彎曲半徑:不小于 4D (為電纜外徑) ;

具有無鹵低煙低毒特性,為環保型產品;

使用壽命為 30年。

2 .導體設計

由于太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用,如高溫、紫外線輻射、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕等,所以在設計導體時,這些因 素是不容忽視的。

2. 1導體的結構

光伏系統所用電線電纜,均以單根線芯為主。導體應符合 2Pfg 1169/08.2007及 EN60228的規定,采用多根鍍錫銅單絲精絞而成, 而不采用股線復絞結構。為避免惡劣的天氣因素(風吹、雨雪沖擊等)而影響到使用壽命,我們研究了多種單絲排列結構的穩定性,Z 終決議多根單絲束絞時結構采用正規排列結構。

2. 2導體節距設計

在單絲束絞時, 每層的節徑比參數選取很關鍵, 直接影響到導體結構的穩定性, 依據束絲設備參數,結合多次束絞導體得出的經驗數據, 我們采用了節徑比 “ 加 2規律 ” ,即:從Z外層向內,每層節徑比依次為 9、 11、 13、 15、 17、 19、 21、 23、 25…… 。這樣的導體外觀光 滑。結構穩定、有彈性。

2. 3模具的選配

束絞單絲模具的選配很關鍵,直接關系到導體的外觀質量,從而影響到電纜的性能。模具孔徑偏大,會造成單絲跳絲,節距不均勻, 導體不圓整,導體外徑波動比較大;而模具孔徑偏小,會導致單絲擁堵,絲徑變細,拉斷,穿絲難,甚至出現導體呈竹節狀,錫層脫落, 直流電阻不合格。經過多次計算、試制,我們選配模具時,選擇模具孔徑尺寸為理論計算導

體外徑的 1. 05—— 1. l 倍。這樣絞合出的導體,表面光亮、節距均勻,導體外徑圓整、均勻,無跳絲、毛刺、斷絲、拉細現象。 2. 4張力的控制

導體束絞時,必須給單絲和芯線施加張力,且每根施加張力要均勻,張力過大容易出現單絲拉細、拉斷;張力過小,單絲容易跳絲,節 距不均勻,結構不緊湊。張力不均勻會導致束絞導體上單絲呈蛇形。張力的調節,需要根據絞線設備及放線架的情況現場而定。

2. 5導體隔離層

根據生產、 客戶需求, 導體外可以繞包隔離層, 隔離層必須是低煙無鹵材料, 適用環境條件與絕緣、 護套材料相匹配, 我公司規定 10mm 2及以上導體繞包隔離層。

3 .絕緣和護套設計

太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用,戶外使用的材料應根據紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕情況而定。 在該種環境應力 下使用低檔材料,將導致電纜護套易碎,甚至會分解電纜絕緣層。所有這些情況都會直接增加電纜系統損失,同時發生電纜短路的風險 也會增大,從中長期看,發生火災或人員傷害的可能性也更高。所以應選擇、高性能好的低煙無鹵阻燃絕緣和護套材料。

3. 1絕緣層

絕緣層采用擠制的低煙無鹵阻燃聚烯烴材料, 由于低煙無鹵絕緣料生產工藝性能差, 擠出困難, 生產過程中容易造成設備事故,所以生 產低煙無鹵絕緣料時應注意一下幾點:

3.1.1使用壓縮比較小的低煙無鹵螺桿;檢查絕緣料生產日期,若生產日期超過一個月應先烘干處理;

3.1.2設備加熱冷卻系統工作正常,各區溫度符合工藝要求。

3.1.3開車前保溫時間不得少于 40分鐘 (保溫時間指儀表指示溫度達到工藝要求溫度后到開車生產這段時間) ; 中間換規換色如果停機時 間超過 10分鐘應將螺桿絕緣料推出。

3.1.4開車應緩慢升速,升速過程中注意觀察電機負荷,若發現設備運轉不正常應立即停車。

3.1.5模具選配:絕緣擠制采用擠壓式,配模參照如下:

D 1=d +(0.01~0. 15)

D 2=d +(0.01~0.25)

d ——————————— 一導體外徑 mm

D 1—————————— 一模芯孔徑 mm

d 1—————————— *緣外徑 mm

D 2—————————— 一模套孔徑 mm 。

3. 2護套層

熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料是以聚烯烴樹脂為基料加入經活化處理或含結晶水的無鹵阻燃劑及其他改性劑經過高速混 合、雙螺桿塑化、造粒而成,若儲存時間過長容易吸濕受潮,擠出后導致護套斷面有氣孔,表面毛糙,因此在擠制前要進行預熱。由于 低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料性能與擠出加工特殊性,護套擠制時應注意以下幾點:

3.2.1應選用性能優異,擠出性能良好的低煙無鹵阻燃聚烯烴材料,且密度控制在 1.41-土 0.02g /Cm 2

3.2.2擠制前應在 60 ±5 ℃下預熱 4h ,去除材料表面吸附的水分,以避免護套斷面氣孔現象;

3.2.3適當調整擠出濾網(2層、 40+60目) ,減少機身壓力,使物料能順暢擠出;選用長徑比、壓縮比適當的擠塑機也尤為關鍵; 3.2.4根據設備負荷,調整出線速度和螺桿轉速,把螺桿轉速調至額定轉速的 90%,主機電流調至額定電流的 80%,使物料在機身 的壓力不太高,塑化充分的條件下擠出;

3.2.5嚴格控制好擠出機各區的溫度及螺桿與機身的冷卻,在保證物料充分、均勻的塑化的條件下適當降低擠出溫度,避免因過熱而導致 材料中填充助劑、阻燃消煙劑分解出低分子物質,從而產生氣孔及外觀不光滑等現象。

3.2.6模具選配:護套擠制采用擠管式擠出,配模參照如下:

D 3=d 1+(1.2~l.5)

D 4=+(3~3.5)

D 3—————— 一護套模芯孔徑 mm

D 4—————— 一護套模套孔徑 mm 。

3. 3輻照工序產品質量的要求

低煙無鹵阻燃聚烯烴作為絕緣層和護套層,顯然達不到光伏電纜的技術要求,要使產品耐環境能力增強,使用壽命長,就必須進行交聯; 將熱塑性聚烯烴材料轉化為熱固性聚烯烴材料,而一般的交聯方式難以使材料達到要求的技術指標,只有選擇電子輻照交聯方式。經過 電子輻照后,改變了聚合物的化學結構;可熔性熱塑材料轉換為非可熔性彈性體材料,交叉鏈接輻射顯著改善了電纜絕緣材料的熱學特 性、機械特性和化學特性。

3.3.1輻照前檢察每根電纜頭的導體是否充分接地,嚴禁電纜在沒接地的情況上輻照。 3.3.2絕緣線芯及護套層輻照時吸收劑量以熱延伸 試驗合格為準。

3.3.3經輻照的絕緣線芯、護套層表面應光潔,無油污,色澤無明顯區別,不允許有擦傷。起毛、開裂、氣泡等現象。印字清晰耐擦。 3.3.4輻照升降速時牽引和收線速度應與束流調節動作協調,避免過劑量或劑量不足

3.3.5絕緣線芯、護套層輻照后需接地充分放電,并停放 48小時,方可轉入下道工序。

3. 4工藝參數設計

由于太陽能電纜使用的環境溫度高,從絕緣、護套散熱角度考慮,絕緣厚度和護套厚度不適宜過厚,但兩者厚度均不應小于 0.5mm , 所以應根據使用環境和客戶要求設計絕緣厚度,我公司生產的常規光伏電纜結構參數見表 2

常規光伏電纜結構參數

3.4.1絕緣、護套厚度應均勻,偏心度不大于 10;

3.4.2絕緣應能從導體上剝離,且不傷害導體鍍錫層:護套和絕緣應能分離。

4 .絕緣、護套材料技術指標

由于光伏電纜的應用環境特殊性, 所以在選擇絕緣、 護套材料時, 應從多方面考慮材料的技術性能,不僅要具有良好的電氣絕緣性能, 而且還要具備高的機械強度和耐環境性能。我公司經過多次試料,Z終選取了 150℃無鹵阻燃光伏電纜輻照絕緣料(型號 FPV120-1) 和 150℃無鹵阻燃光伏電纜輻照護套料 (型號 FPV120-2) , 其性能憂異, 滿足了技術要求。 150℃無鹵阻燃光伏電纜輻照絕緣料 (型 號 FPV120-1)技術性能指標見表 3, 150C 無鹵阻燃光伏電纜輻照護套料(型號 FPV120-2)技術性能指標見表 4

5. 結束語

光伏電纜的結構看似簡單,但在實際的生產過程中要求極為嚴格,工藝控制精益求精,如果不能嚴把質量關,生產出存在質量隱患的光 伏電纜應用于太陽能系統,將會影響整個系統的使用壽命。

實際上,在光伏電纜安裝和維護期間,電纜可在屋頂結構的銳邊上布線,同時電纜必須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖 擊。如果電纜護套強度不夠,則電纜絕緣層將會受到嚴重損壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導致短路、火災和人員傷害危險等 問題的出現。所以生產光伏電纜要像生產junpin一樣,必須嚴格控制好生產工藝,在質量上確保*。