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(tǒng),具有的耐風(fēng)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(chǎn)光伏電纜必須嚴(yán)格控制好生產(chǎn)工藝,在質(zhì)量上確保*。

關(guān)鍵詞:低煙無鹵、光伏電纜、生產(chǎn)工藝、輻照、惡劣環(huán)境

1.引言

在金融危機(jī)的影響下,我國政府把發(fā)展新能源作為振興經(jīng)濟(jì)的重要手段。 2009年 7月 16 日三部委財政部、科技部、能源局 聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于實(shí)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(bǔ)助資金管理暫行辦法》 ,決定綜合采取財 政補(bǔ)助、科技支持和市場拉動方式,加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。無疑太陽能技術(shù)將成為未來的綠色能源技術(shù)之一,太陽 能或光伏(PV )在中國應(yīng)用日漸廣泛,除政府支持的光伏發(fā)電廠發(fā)展迅速之外,私人投資者也正積極建廠,計(jì)劃投產(chǎn)在銷售的太陽 能組件。建造經(jīng)濟(jì)的盈利性的光伏發(fā)電廠,代表了所有太陽能制造商Z重要的目標(biāo)和核心競爭力。事實(shí)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(guān)系的部件 —— 光伏電纜。

實(shí)際上,太陽能系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)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(xué)侵蝕等。這就要求光伏電纜具有 的耐風(fēng)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(shè)備中可抵御惡劣氣候環(huán)境和經(jīng)受機(jī)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(nèi)短路時溫度達(dá) 200℃;

敷設(shè)時的環(huán)境溫度在-40℃及以上;

敷設(shè)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(huán)保型產(chǎn)品;

使用壽命為 30年。

2 .導(dǎo)體設(shè)計(jì)

由于太陽能系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)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(xué)侵蝕等,所以在設(shè)計(jì)導(dǎo)體時,這些因 素是不容忽視的。

2. 1導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

光伏系統(tǒng)所用電線電纜,均以單根線芯為主。導(dǎo)體應(yīng)符合 2Pfg 1169/08.2007及 EN60228的規(guī)定,采用多根鍍錫銅單絲精絞而成, 而不采用股線復(fù)絞結(jié)構(gòu)。為避免惡劣的天氣因素(風(fēng)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,Z 終決議多根單絲束絞時結(jié)構(gòu)采用正規(guī)排列結(jié)構(gòu)。

2. 2導(dǎo)體節(jié)距設(shè)計(jì)

在單絲束絞時, 每層的節(jié)徑比參數(shù)選取很關(guān)鍵, 直接影響到導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性, 依據(jù)束絲設(shè)備參數(shù),結(jié)合多次束絞導(dǎo)體得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù), 我們采用了節(jié)徑比 “ 加 2規(guī)律 ” ,即:從Z外層向內(nèi),每層節(jié)徑比依次為 9、 11、 13、 15、 17、 19、 21、 23、 25…… 。這樣的導(dǎo)體外觀光 滑。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有彈性。

2. 3模具的選配

束絞單絲模具的選配很關(guān)鍵,直接關(guān)系到導(dǎo)體的外觀質(zhì)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(jié)距不均勻, 導(dǎo)體不圓整,導(dǎo)體外徑波動比較大;而模具孔徑偏小,會導(dǎo)致單絲擁堵,絲徑變細(xì),拉斷,穿絲難,甚至出現(xiàn)導(dǎo)體呈竹節(jié)狀,錫層脫落, 直流電阻不合格。經(jīng)過多次計(jì)算、試制,我們選配模具時,選擇模具孔徑尺寸為理論計(jì)算導(dǎo)

體外徑的 1. 05—— 1. l 倍。這樣絞合出的導(dǎo)體,表面光亮、節(jié)距均勻,導(dǎo)體外徑圓整、均勻,無跳絲、毛刺、斷絲、拉細(xì)現(xiàn)象。 2. 4張力的控制

導(dǎo)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(xiàn)單絲拉細(xì)、拉斷;張力過小,單絲容易跳絲,節(jié) 距不均勻,結(jié)構(gòu)不緊湊。張力不均勻會導(dǎo)致束絞導(dǎo)體上單絲呈蛇形。張力的調(diào)節(jié),需要根據(jù)絞線設(shè)備及放線架的情況現(xiàn)場而定。

2. 5導(dǎo)體隔離層

根據(jù)生產(chǎn)、 客戶需求, 導(dǎo)體外可以繞包隔離層, 隔離層必須是低煙無鹵材料, 適用環(huán)境條件與絕緣、 護(hù)套材料相匹配, 我公司規(guī)定 10mm 2及以上導(dǎo)體繞包隔離層。

3 .絕緣和護(hù)套設(shè)計(jì)

太陽能系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)境條件下使用,戶外使用的材料應(yīng)根據(jù)紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學(xué)侵蝕情況而定。 在該種環(huán)境應(yīng)力 下使用低檔材料,將導(dǎo)致電纜護(hù)套易碎,甚至?xí)纸怆娎|絕緣層。所有這些情況都會直接增加電纜系統(tǒng)損失,同時發(fā)生電纜短路的風(fēng)險 也會增大,從中長期看,發(fā)生火災(zāi)或人員傷害的可能性也更高。所以應(yīng)選擇、高性能好的低煙無鹵阻燃絕緣和護(hù)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(chǎn)工藝性能差, 擠出困難, 生產(chǎn)過程中容易造成設(shè)備事故,所以生 產(chǎn)低煙無鹵絕緣料時應(yīng)注意一下幾點(diǎn):

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

3.1.2設(shè)備加熱冷卻系統(tǒng)工作正常,各區(qū)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(dá)到工藝要求溫度后到開車生產(chǎn)這段時間) ; 中間換規(guī)換色如果停機(jī)時 間超過 10分鐘應(yīng)將螺桿絕緣料推出。

3.1.4開車應(yīng)緩慢升速,升速過程中注意觀察電機(jī)負(fù)荷,若發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常應(yīng)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(dǎo)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(hù)套層

熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料是以聚烯烴樹脂為基料加入經(jīng)活化處理或含結(jié)晶水的無鹵阻燃劑及其他改性劑經(jīng)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(dǎo)致護(hù)套斷面有氣孔,表面毛糙,因此在擠制前要進(jìn)行預(yù)熱。由于 低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料性能與擠出加工特殊性,護(hù)套擠制時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

3.2.1應(yīng)選用性能優(yōu)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(yīng)在 60 ±5 ℃下預(yù)熱 4h ,去除材料表面吸附的水分,以避免護(hù)套斷面氣孔現(xiàn)象;

3.2.3適當(dāng)調(diào)整擠出濾網(wǎng)(2層、 40+60目) ,減少機(jī)身壓力,使物料能順暢擠出;選用長徑比、壓縮比適當(dāng)?shù)臄D塑機(jī)也尤為關(guān)鍵; 3.2.4根據(jù)設(shè)備負(fù)荷,調(diào)整出線速度和螺桿轉(zhuǎn)速,把螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)至額定轉(zhuǎn)速的 90%,主機(jī)電流調(diào)至額定電流的 80%,使物料在機(jī)身 的壓力不太高,塑化充分的條件下擠出;

3.2.5嚴(yán)格控制好擠出機(jī)各區(qū)的溫度及螺桿與機(jī)身的冷卻,在保證物料充分、均勻的塑化的條件下適當(dāng)降低擠出溫度,避免因過熱而導(dǎo)致 材料中填充助劑、阻燃消煙劑分解出低分子物質(zhì),從而產(chǎn)生氣孔及外觀不光滑等現(xiàn)象。

3.2.6模具選配:護(hù)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(hù)套模芯孔徑 mm

D 4—————— 一護(hù)套模套孔徑 mm 。

3. 3輻照工序產(chǎn)品質(zhì)量的要求

低煙無鹵阻燃聚烯烴作為絕緣層和護(hù)套層,顯然達(dá)不到光伏電纜的技術(shù)要求,要使產(chǎn)品耐環(huán)境能力增強(qiáng),使用壽命長,就必須進(jìn)行交聯(lián); 將熱塑性聚烯烴材料轉(zhuǎn)化為熱固性聚烯烴材料,而一般的交聯(lián)方式難以使材料達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo),只有選擇電子輻照交聯(lián)方式。經(jīng)過 電子輻照后,改變了聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu);可熔性熱塑材料轉(zhuǎn)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(xué)特 性、機(jī)械特性和化學(xué)特性。

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

3.3.3經(jīng)輻照的絕緣線芯、護(hù)套層表面應(yīng)光潔,無油污,色澤無明顯區(qū)別,不允許有擦傷。起毛、開裂、氣泡等現(xiàn)象。印字清晰耐擦。 3.3.4輻照升降速時牽引和收線速度應(yīng)與束流調(diào)節(jié)動作協(xié)調(diào),避免過劑量或劑量不足

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

3. 4工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

由于太陽能電纜使用的環(huán)境溫度高,從絕緣、護(hù)套散熱角度考慮,絕緣厚度和護(hù)套厚度不適宜過厚,但兩者厚度均不應(yīng)小于 0.5mm , 所以應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和客戶要求設(shè)計(jì)絕緣厚度,我公司生產(chǎn)的常規(guī)光伏電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 2

常規(guī)光伏電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.4.1絕緣、護(hù)套厚度應(yīng)均勻,偏心度不大于 10;

3.4.2絕緣應(yīng)能從導(dǎo)體上剝離,且不傷害導(dǎo)體鍍錫層:護(hù)套和絕緣應(yīng)能分離。

4 .絕緣、護(hù)套材料技術(shù)指標(biāo)

由于光伏電纜的應(yīng)用環(huán)境特殊性, 所以在選擇絕緣、 護(hù)套材料時, 應(yīng)從多方面考慮材料的技術(shù)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(jī)械強(qiáng)度和耐環(huán)境性能。我公司經(jīng)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(hù)套料 (型號 FPV120-2) , 其性能憂異, 滿足了技術(shù)要求。 150℃無鹵阻燃光伏電纜輻照絕緣料 (型 號 FPV120-1)技術(shù)性能指標(biāo)見表 3, 150C 無鹵阻燃光伏電纜輻照護(hù)套料(型號 FPV120-2)技術(shù)性能指標(biāo)見表 4

5. 結(jié)束語

光伏電纜的結(jié)構(gòu)看似簡單,但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中要求極為嚴(yán)格,工藝控制精益求精,如果不能嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),生產(chǎn)出存在質(zhì)量隱患的光 伏電纜應(yīng)用于太陽能系統(tǒng),將會影響整個系統(tǒng)的使用壽命。

實(shí)際上,在光伏電纜安裝和維護(hù)期間,電纜可在屋頂結(jié)構(gòu)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(qiáng)力沖 擊。如果電纜護(hù)套強(qiáng)度不夠,則電纜絕緣層將會受到嚴(yán)重?fù)p壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導(dǎo)致短路、火災(zāi)和人員傷害危險等 問題的出現(xiàn)。所以生產(chǎn)光伏電纜要像生產(chǎn)junpin一樣,必須嚴(yán)格控制好生產(chǎn)工藝,在質(zhì)量上確保*。