摘要:光伏电缆适用于直流端线一线Z高电压 DC1.8kV 的光伏系统,具有的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性,而且能承受更大 范围的温度变化,生产光伏电缆必须严格控制好生产工艺,在质量上确保*。
关键词:低烟无卤、光伏电缆、生产工艺、辐照、恶劣环境
1.引言
在金融危机的影响下,我国政府把发展新能源作为振兴经济的重要手段。 2009年 7月 16 日三部委财政部、科技部、能源局 联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知》 ,随后又公布了具体的《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》 ,决定综合采取财 政补助、科技支持和市场拉动方式,加快国内光伏发电的产业化和规模化发展。无疑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,计划投产在销售的太阳 能组件。建造经济的盈利性的光伏发电厂,代表了所有太阳能制造商Z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 —— 光伏电缆。
实际上,太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等。这就要求光伏电缆具有 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,在所属设备中可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。
1 使用性能
额定电压为:U 0/U: 600/1000V AC
1800V DC;
使用温度范围:-40℃一+90℃,电缆表面能耐Z高温度为 120℃;
允许 5S 内短路时温度达 200℃;
敷设时的环境温度在-40℃及以上;
敷设时的Z小弯曲半径:不小于 4D (为电缆外径) ;
具有无卤低烟低毒特性,为环保型产品;
使用寿命为 30年。
2 .导体设计
由于太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等,所以在设计导体时,这些因 素是不容忽视的。
2. 1导体的结构
光伏系统所用电线电缆,均以单根线芯为主。导体应符合 2Pfg 1169/08.2007及 EN60228的规定,采用多根镀锡铜单丝精绞而成, 而不采用股线复绞结构。为避免恶劣的天气因素(风吹、雨雪冲击等)而影响到使用寿命,我们研究了多种单丝排列结构的稳定性,Z 终决议多根单丝束绞时结构采用正规排列结构。
2. 2导体节距设计
在单丝束绞时, 每层的节径比参数选取很关键, 直接影响到导体结构的稳定性, 依据束丝设备参数,结合多次束绞导体得出的经验数据, 我们采用了节径比 “ 加 2规律 ” ,即:从Z外层向内,每层节径比依次为 9、 11、 13、 15、 17、 19、 21、 23、 25…… 。这样的导体外观光 滑。结构稳定、有弹性。
2. 3模具的选配
束绞单丝模具的选配很关键,直接关系到导体的外观质量,从而影响到电缆的性能。模具孔径偏大,会造成单丝跳丝,节距不均匀, 导体不圆整,导体外径波动比较大;而模具孔径偏小,会导致单丝拥堵,丝径变细,拉断,穿丝难,甚至出现导体呈竹节状,锡层脱落, 直流电阻不合格。经过多次计算、试制,我们选配模具时,选择模具孔径尺寸为理论计算导
体外径的 1. 05—— 1. l 倍。这样绞合出的导体,表面光亮、节距均匀,导体外径圆整、均匀,无跳丝、毛刺、断丝、拉细现象。 2. 4张力的控制
导体束绞时,必须给单丝和芯线施加张力,且每根施加张力要均匀,张力过大容易出现单丝拉细、拉断;张力过小,单丝容易跳丝,节 距不均匀,结构不紧凑。张力不均匀会导致束绞导体上单丝呈蛇形。张力的调节,需要根据绞线设备及放线架的情况现场而定。
2. 5导体隔离层
根据生产、 客户需求, 导体外可以绕包隔离层, 隔离层必须是低烟无卤材料, 适用环境条件与绝缘、 护套材料相匹配, 我公司规定 10mm 2及以上导体绕包隔离层。
3 .绝缘和护套设计
太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,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。所以应选择、高性能好的低烟无卤阻燃绝缘和护套材料。
3. 1绝缘层
绝缘层采用挤制的低烟无卤阻燃聚烯烃材料, 由于低烟无卤绝缘料生产工艺性能差, 挤出困难, 生产过程中容易造成设备事故,所以生 产低烟无卤绝缘料时应注意一下几点:
3.1.1使用压缩比较小的低烟无卤螺杆;检查绝缘料生产日期,若生产日期超过一个月应先烘干处理;
3.1.2设备加热冷却系统工作正常,各区温度符合工艺要求。
3.1.3开车前保温时间不得少于 40分钟 (保温时间指仪表指示温度达到工艺要求温度后到开车生产这段时间) ; 中间换规换色如果停机时 间超过 10分钟应将螺杆绝缘料推出。
3.1.4开车应缓慢升速,升速过程中注意观察电机负荷,若发现设备运转不正常应立即停车。
3.1.5模具选配:绝缘挤制采用挤压式,配模参照如下:
D 1=d +(0.01~0. 15)
D 2=d +(0.01~0.25)
d ——————————— 一导体外径 mm
D 1—————————— 一模芯孔径 mm
d 1—————————— *缘外径 mm
D 2—————————— 一模套孔径 mm 。
3. 2护套层
热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃护套料是以聚烯烃树脂为基料加入经活化处理或含结晶水的无卤阻燃剂及其他改性剂经过高速混 合、双螺杆塑化、造粒而成,若储存时间过长容易吸湿受潮,挤出后导致护套断面有气孔,表面毛糙,因此在挤制前要进行预热。由于 低烟无卤阻燃聚烯烃护套料性能与挤出加工特殊性,护套挤制时应注意以下几点:
3.2.1应选用性能优异,挤出性能良好的低烟无卤阻燃聚烯烃材料,且密度控制在 1.41-土 0.02g /Cm 2
3.2.2挤制前应在 60 ±5 ℃下预热 4h ,去除材料表面吸附的水分,以避免护套断面气孔现象;
3.2.3适当调整挤出滤网(2层、 40+60目) ,减少机身压力,使物料能顺畅挤出;选用长径比、压缩比适当的挤塑机也尤为关键; 3.2.4根据设备负荷,调整出线速度和螺杆转速,把螺杆转速调至额定转速的 90%,主机电流调至额定电流的 80%,使物料在机身 的压力不太高,塑化充分的条件下挤出;
3.2.5严格控制好挤出机各区的温度及螺杆与机身的冷却,在保证物料充分、均匀的塑化的条件下适当降低挤出温度,避免因过热而导致 材料中填充助剂、阻燃消烟剂分解出低分子物质,从而产生气孔及外观不光滑等现象。
3.2.6模具选配:护套挤制采用挤管式挤出,配模参照如下:
D 3=d 1+(1.2~l.5)
D 4=+(3~3.5)
D 3—————— 一护套模芯孔径 mm
D 4—————— 一护套模套孔径 mm 。
3. 3辐照工序产品质量的要求
低烟无卤阻燃聚烯烃作为绝缘层和护套层,显然达不到光伏电缆的技术要求,要使产品耐环境能力增强,使用寿命长,就必须进行交联; 将热塑性聚烯烃材料转化为热固性聚烯烃材料,而一般的交联方式难以使材料达到要求的技术指标,只有选择电子辐照交联方式。经过 电子辐照后,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。
3.3.1辐照前检察每根电缆头的导体是否充分接地,严禁电缆在没接地的情况上辐照。 3.3.2绝缘线芯及护套层辐照时吸收剂量以热延伸 试验合格为准。
3.3.3经辐照的绝缘线芯、护套层表面应光洁,无油污,色泽无明显区别,不允许有擦伤。起毛、开裂、气泡等现象。印字清晰耐擦。 3.3.4辐照升降速时牵引和收线速度应与束流调节动作协调,避免过剂量或剂量不足
3.3.5绝缘线芯、护套层辐照后需接地充分放电,并停放 48小时,方可转入下道工序。
3. 4工艺参数设计
由于太阳能电缆使用的环境温度高,从绝缘、护套散热角度考虑,绝缘厚度和护套厚度不适宜过厚,但两者厚度均不应小于 0.5mm , 所以应根据使用环境和客户要求设计绝缘厚度,我公司生产的常规光伏电缆结构参数见表 2
常规光伏电缆结构参数
3.4.1绝缘、护套厚度应均匀,偏心度不大于 10;
3.4.2绝缘应能从导体上剥离,且不伤害导体镀锡层:护套和绝缘应能分离。
4 .绝缘、护套材料技术指标
由于光伏电缆的应用环境特殊性, 所以在选择绝缘、 护套材料时, 应从多方面考虑材料的技术性能,不仅要具有良好的电气绝缘性能, 而且还要具备高的机械强度和耐环境性能。我公司经过多次试料,Z终选取了 150℃无卤阻燃光伏电缆辐照绝缘料(型号 FPV120-1) 和 150℃无卤阻燃光伏电缆辐照护套料 (型号 FPV120-2) , 其性能忧异, 满足了技术要求。 150℃无卤阻燃光伏电缆辐照绝缘料 (型 号 FPV120-1)技术性能指标见表 3, 150C 无卤阻燃光伏电缆辐照护套料(型号 FPV120-2)技术性能指标见表 4
5. 结束语
光伏电缆的结构看似简单,但在实际的生产过程中要求极为严格,工艺控制精益求精,如果不能严把质量关,生产出存在质量隐患的光 伏电缆应用于太阳能系统,将会影响整个系统的使用寿命。
实际上,在光伏电缆安装和维护期间,电缆可在屋顶结构的锐边上布线,同时电缆必须承受压力、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。所以生产光伏电缆要像生产junpin一样,必须严格控制好生产工艺,在质量上确保*。
