光伏電纜的特點(diǎn)與性能

 　　通過對目前電力系統(tǒng)35kV及以下不同種類電纜附件型式的比較，基于中壓電纜附件”預(yù)制化”、”簡潔化”的發(fā)展方向，介紹了部分當(dāng)前在電纜附件技術(shù)發(fā)展研究過程中的新材料和新技術(shù)。
　　引言
　　隨著我國城市化進(jìn)程的加速和城鄉(xiāng)人民生活水平的提高，在城市特別是大中城市配電網(wǎng)絡(luò)中電纜應(yīng)用的比例越來越高。從而帶動了電纜附件產(chǎn)品的強(qiáng)大需求，也促進(jìn)了其產(chǎn)品研發(fā)改進(jìn)的速度。
　　1電纜附件的作用
　　在電纜終端和接頭處，由于電纜金屬護(hù)套和屏蔽層斷開，使得電場分布比電纜本體復(fù)雜得多，在電纜終端電場存在軸向應(yīng)力，因此需要使用電纜附件來實(shí)現(xiàn)電纜的連續(xù)和駁接，即一個能滿足一定絕緣與密封要求的連接裝置。
　　電纜有導(dǎo)體、絕緣、屏蔽和護(hù)層等四個主要結(jié)構(gòu)層，電纜附件中作為電纜線路組成部分的電纜終端頭、中間接頭，必須使電纜的四個結(jié)構(gòu)層分別得到延續(xù)，并且實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體連接良好，絕緣可靠，密封良好和足夠的機(jī)械強(qiáng)度，確保電纜終端和電纜接頭的質(zhì)量，才能保證整個電纜配電網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性。
　　235kV及以下中壓電纜附件的分類
　　目前，按照主絕緣成型工藝，常用35kV及以下電纜終端和中間接頭主要可分為繞包式、熱縮式、冷縮式和預(yù)制式等四種常用產(chǎn)品型式。此外還有應(yīng)用于特定產(chǎn)品范圍的澆鑄式和可分離式電纜附件產(chǎn)品。
　　2.1繞包式電纜附件繞包式電纜附件是指絕緣和屏蔽均使用帶材繞包而成的電纜附件，其應(yīng)力的控制方式采用應(yīng)力錐或采用高介電常數(shù)的應(yīng)力控制帶，對施工人員工藝水平要求較高，施工工藝較為復(fù)雜，已逐漸被現(xiàn)場淘汰。
　　2.2熱縮式電纜附件利用高分子聚合物具有的”彈性記憶”效應(yīng)的原理，開發(fā)出各種熱縮管材、分支套、雨裙等熱收縮預(yù)制件，按程序裝在經(jīng)過處理的電纜末端或接頭處，對其加熱，可使其收縮緊箍在所需位置。
　　熱縮電纜附件工藝簡便，價格低廉，便于維護(hù)。但也存在由于環(huán)境溫度變化其不可避免存在的”呼吸作用”而引起的使用壽命縮短等問題，從而影響供電可靠性。
　　光伏電纜時常暴露在陽光之下，太陽能系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)境條件下使用，如高溫和紫外線輻射。在歐洲，晴天時將導(dǎo)致太陽能系統(tǒng)的現(xiàn)場溫度高達(dá)100°C。目前，我們可采用的各種材料有PVC、橡膠、TPE和高質(zhì)量交叉鏈接材料，但遺憾的是，額定溫度為90°C的橡膠電纜，還有即便是額定溫度為70°C的PVC電纜也常常在戶外使用，目前國家金太陽工程頻頻上馬，有許多承建商為了節(jié)省成本，不選擇太陽能系統(tǒng)專用電纜，而是選擇普通的pvc電纜來替代光伏電纜，顯然，這將大大影響系統(tǒng)的使用壽命。
　　光伏電纜的特性是由其電纜專用絕緣料和護(hù)套料決定的，我們稱之為交聯(lián)PE，經(jīng)過輻照加速器輻照以后，電纜料的分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，從而提供其個方面的性能�？箼C(jī)械載荷實(shí)際上，在安裝和維護(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)。
　　光伏電纜的性能
　　電性能
　　1. 直流電阻
　　成品電纜20℃時導(dǎo)電線芯直流電阻不大于5.09Ω/km。
　　2 浸水電壓試驗(yàn)
　　成品電纜(20m)在(20±5)℃水中浸入時間1h后經(jīng)5min電壓試驗(yàn)(交流6.5kV或直流15kV)不擊穿。
　　3 長期耐直流電壓
　　樣品長5m，放入(85±2)℃的含3%氯化鈉(NaCl)的蒸餾水中(240±2)h，兩端露出水面30cm。線芯與水間加直流0.9kV電壓(導(dǎo)電線芯接正極，水接負(fù)極)。取出試樣后進(jìn)行浸水電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為交流1kV，要求不擊穿。
　　4 絕緣電阻
　　成品電纜20℃時絕緣電阻不小于1014Ω·cm，
　　成品電纜90℃時絕緣電阻不小于1011Ω·cm。
　　5 護(hù)套表面電阻
　　成品電纜護(hù)套表面電阻應(yīng)不小于109Ω。
　　其他性能
　　1. 高溫壓力試驗(yàn)(GB/T 2951.31-2008)
　　溫度(140±3)℃，時間240min， k=0.6，壓痕深度不超過絕緣與護(hù)套總厚度的50%。并進(jìn)行AC6.5kV、5min電壓試驗(yàn)，要求不擊穿。
　　2 濕熱試驗(yàn)
　　樣品在溫度90℃、相對濕度85%的環(huán)境下放置1000h，冷卻至室溫后與試驗(yàn)前相比，抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%，斷裂伸長率的變化率≤-30%。
　　3 耐酸堿溶液試驗(yàn)(GB/T 2951.21-2008)
　　兩組樣品分別浸于濃度為45g/L的草酸溶液和濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液中，溫度為23℃，時間168h，與浸溶液前相比，抗拉強(qiáng)度變化率≤±30%，斷裂伸長率≥100%。
　　4 相容性試驗(yàn)
　　電纜整體經(jīng)7×24h，(135±2)℃老化后，絕緣老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤±30%，斷裂伸長率變化率≤±30%;護(hù)套老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%，斷裂伸長率變化率≤±30%。
　　5 低溫沖擊試驗(yàn)(GB/T 2951.14-2008中的8.5)
　　冷卻溫度-40℃，時間16h，落錘質(zhì)量1000g，撞擊塊質(zhì)量200g，下落高度100mm，表面不應(yīng)有目力可見裂紋。
　　6 低溫彎曲試驗(yàn)(GB/T 2951.14-2008中的8.2)
　　冷卻溫度(-40±2)℃，時間16h，試棒直徑為電纜外徑的4～5倍，繞3～4圈，試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。
　　7 耐臭氧試驗(yàn)
　　試樣長度20cm，干燥器皿內(nèi)放置16h。彎曲試驗(yàn)所用試棒直徑為電纜外徑的(2±0.1)倍，試驗(yàn)箱：溫度(40±2)℃，相對濕度(55±5)%，臭氧濃度(200±50)×10-6%，空氣流量：0.2～0.5倍試驗(yàn)箱容積/min。樣品放置試驗(yàn)箱72h，試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。
　　8 耐氣候性
　　紫外線試驗(yàn)
　　每個周期：灑水18min，氙燈干燥102min，溫度(65±3)℃，相對濕度65%，波長300～400nm條件下的最小功率：(60±2)W/m2。持續(xù)720h后進(jìn)行室溫下彎曲試驗(yàn)。試棒直徑為電纜外徑的4～5倍，試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。
　　9 動態(tài)穿透試驗(yàn)
　　室溫條件下，切割速度1N/s，切割試驗(yàn)數(shù)：4次，每次繼續(xù)試驗(yàn)樣品須向前挪動25mm，并順時針旋轉(zhuǎn)90°后進(jìn)行。記錄彈簧鋼針與銅線接觸瞬間的穿透力F，所得均值≥150·Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)10 耐凹痕
　　取3段樣品，每段樣品上相隔25mm，并旋轉(zhuǎn)90°處共制作4個凹痕，凹痕深度0.05mm且與銅導(dǎo)線相互垂直。3段樣品分別置于-15℃、室溫、+85℃試驗(yàn)箱內(nèi)3h，然后在各自相應(yīng)的試驗(yàn)箱內(nèi)卷繞于芯軸上，芯軸直徑為(3±0.3)倍電纜最小外徑。每個樣品至少一個刻痕位于外側(cè)。進(jìn)行AC0.3kV浸水電壓試驗(yàn)不擊穿。
　　11 護(hù)套熱收縮試驗(yàn)(GB/T 2951.13-2008中的11) 樣品切取長度L1=300mm，在120℃烘箱內(nèi)放置1h后取出至室溫冷卻，重復(fù)5次這樣的冷熱循環(huán)，最后冷卻至室溫，要求樣品熱收縮率≤2%。
　　12 垂直燃燒試驗(yàn)
　　成品電纜在(60±2)℃放置4h后，進(jìn)行GB/T 18380.12-2008規(guī)定的垂直燃燒試驗(yàn)。
　　13 鹵素含量試驗(yàn)
　　PH及導(dǎo)電率
　　樣品置放：16h，溫度(21～25)℃，濕度(45～55)%。試樣二個，各(1000±5)mg，碎至0.1mg以下的微粒�？諝饬髁�(0.0157·D2)l·h-1±10%，燃燒舟與燒爐加熱有效區(qū)邊緣之間距≥300mm，燃燒舟處的溫度須≥935℃，離燃燒舟300m處(順空氣流動方向)溫度須≥900℃。
　　試驗(yàn)樣品所產(chǎn)生氣體通過含有450ml(PH值6.5±1.0;導(dǎo)電率≤0.5μS/mm)蒸餾水的氣體洗瓶收集，試驗(yàn)周期：30min。要求：PH≥4.3;導(dǎo)電率≤10μS/mm。
　　Cl及Br含量
　　樣品置放：16h，溫度(21～25)℃，濕度(45～55)%。試樣二個，各(500～1000)mg，碎至0.1mg。
　　空氣流量(0.0157·D2)l·h-1±10%，樣品被均勻加熱40min至(800±10)℃，并保持20min。
　　試驗(yàn)樣品所產(chǎn)生氣體通過含有220ml/個 0.1M氫氧化鈉溶液的氣體洗瓶吸取;將兩個氣體洗瓶的液體注入量瓶，同時應(yīng)用蒸餾水清洗氣體洗瓶及其附件并注入量瓶加至1000ml，冷卻至室溫后，用吸管將200ml被測溶液滴入量瓶中，加入濃硝酸4ml，20ml 0.1M硝酸銀，3ml硝基苯，然后攪拌至白色絮狀物沉積;加入40%硫酸銨水溶液及幾滴硝酸溶液予以完全混合，用磁性攪拌器攪拌，加入硫氫酸銨滴定溶液。
　　要求：兩個樣品測試值的均值：HCL≤0.5%;HBr≤0.5%;每個樣品測試值≤兩個樣品測試值的均值±10%。
　　F含量
　　25～30mg樣品材料放入1L氧氣容器中，滴2～3滴烷醇，加入5ml 0.5M氫氧化鈉溶液。使樣塊燃盡，將殘留物通過輕微的沖洗倒入50ml的量杯中。
　　將5ml緩沖液混合于樣品溶液及沖洗液中，并達(dá)到標(biāo)線。繪制校準(zhǔn)曲線，側(cè)得樣品溶液的氟濃度，通過計(jì)算獲得樣品中的氟百分比含量。
　　要求：≤0.1%。
　　14 絕緣、護(hù)套材料機(jī)械性能
　　老化前絕緣抗拉強(qiáng)度≥6.5N/mm2，斷裂伸長率≥125%，護(hù)套抗拉強(qiáng)度≥8.0N/mm2，斷裂伸長率≥125%。 經(jīng)(150±2)℃、7×24h老化后，絕緣及護(hù)套老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%，絕緣及護(hù)套老化前后斷裂伸長率變化率≤-30%。
　　15 熱延伸試驗(yàn)
　　20N/cm2負(fù)重下，樣品經(jīng)(200±3)℃、15min的熱延伸試驗(yàn)后，絕緣及護(hù)套伸長率的中間值應(yīng)不大于100%，試件從烘箱內(nèi)取出冷卻后標(biāo)記線間距離的增加量的中間值對試件放入烘箱前該距離的百分比應(yīng)不大于25%。
　　16 熱壽命
　　根據(jù)EN 60
　　216-1、EN60216-2阿列紐斯曲線進(jìn)行，溫度指數(shù)為120℃。時間5000h。絕緣及護(hù)套斷裂伸長率保留率：≥50%。之后進(jìn)行室溫下彎曲試驗(yàn)。試棒直徑為電纜外徑的2倍，試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。要求壽命：25年。

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