光伏电缆的特点与性能

 　　通过对目前电力系统35kV及以下不同种类电缆附件型式的比较，基于中压电缆附件”预制化”、”简洁化”的发展方向，介绍了部分当前在电缆附件技术发展研究过程中的新材料和新技术。
　　引言
　　随着我国城市化进程的加速和城乡人民生活水平的提高，在城市特别是大中城市配电网络中电缆应用的比例越来越高。从而带动了电缆附件产品的强大需求，也促进了其产品研发改进的速度。
　　1电缆附件的作用
　　在电缆终端和接头处，由于电缆金属护套和屏蔽层断开，使得电场分布比电缆本体复杂得多，在电缆终端电场存在轴向应力，因此需要使用电缆附件来实现电缆的连续和驳接，即一个能满足一定绝缘与密封要求的连接装置。
　　电缆有导体、绝缘、屏蔽和护层等四个主要结构层，电缆附件中作为电缆线路组成部分的电缆终端头、中间接头，必须使电缆的四个结构层分别得到延续，并且实现导体连接良好，绝缘可靠，密封良好和足够的机械强度，确保电缆终端和电缆接头的质量，才能保证整个电缆配电网络的供电可靠性。
　　235kV及以下中压电缆附件的分类
　　目前，按照主绝缘成型工艺，常用35kV及以下电缆终端和中间接头主要可分为绕包式、热缩式、冷缩式和预制式等四种常用产品型式。此外还有应用于特定产品范围的浇铸式和可分离式电缆附件产品。
　　2.1绕包式电缆附件绕包式电缆附件是指绝缘和屏蔽均使用带材绕包而成的电缆附件，其应力的控制方式采用应力锥或采用高介电常数的应力控制带，对施工人员工艺水平要求较高，施工工艺较为复杂，已逐渐被现场淘汰。
　　2.2热缩式电缆附件利用高分子聚合物具有的”弹性记忆”效应的原理，开发出各种热缩管材、分支套、雨裙等热收缩预制件，按程序装在经过处理的电缆末端或接头处，对其加热，可使其收缩紧箍在所需位置。
　　热缩电缆附件工艺简便，价格低廉，便于维护。但也存在由于环境温度变化其不可避免存在的”呼吸作用”而引起的使用寿命缩短等问题，从而影响供电可靠性。
　　光伏电缆时常暴露在阳光之下，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，目前国家金太阳工程频频上马，有许多承建商为了节省成本，不选择太阳能系统专用电缆，而是选择普通的pvc电缆来替代光伏电缆，显然，这将大大影响系统的使用寿命。
　　光伏电缆的特性是由其电缆专用绝缘料和护套料决定的，我们称之为交联PE，经过辐照加速器辐照以后，电缆料的分子结构会发生改变，从而提供其个方面的性能。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。
　　光伏电缆的性能
　　电性能
　　1. 直流电阻
　　成品电缆20℃时导电线芯直流电阻不大于5.09Ω/km。
　　2 浸水电压试验
　　成品电缆(20m)在(20±5)℃水中浸入时间1h后经5min电压试验(交流6.5kV或直流15kV)不击穿。
　　3 长期耐直流电压
　　样品长5m，放入(85±2)℃的含3%氯化钠(NaCl)的蒸馏水中(240±2)h，两端露出水面30cm。线芯与水间加直流0.9kV电压(导电线芯接正极，水接负极)。取出试样后进行浸水电压试验，试验电压为交流1kV，要求不击穿。
　　4 绝缘电阻
　　成品电缆20℃时绝缘电阻不小于1014Ω·cm，
　　成品电缆90℃时绝缘电阻不小于1011Ω·cm。
　　5 护套表面电阻
　　成品电缆护套表面电阻应不小于109Ω。
　　其他性能
　　1. 高温压力试验(GB/T 2951.31-2008)
　　温度(140±3)℃，时间240min， k=0.6，压痕深度不超过绝缘与护套总厚度的50%。并进行AC6.5kV、5min电压试验，要求不击穿。
　　2 湿热试验
　　样品在温度90℃、相对湿度85%的环境下放置1000h，冷却至室温后与试验前相比，抗拉强度变化率≤-30%，断裂伸长率的变化率≤-30%。
　　3 耐酸碱溶液试验(GB/T 2951.21-2008)
　　两组样品分别浸于浓度为45g/L的草酸溶液和浓度为40g/L的氢氧化钠溶液中，温度为23℃，时间168h，与浸溶液前相比，抗拉强度变化率≤±30%，断裂伸长率≥100%。
　　4 相容性试验
　　电缆整体经7×24h，(135±2)℃老化后，绝缘老化前后抗拉强度变化率≤±30%，断裂伸长率变化率≤±30%;护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%，断裂伸长率变化率≤±30%。
　　5 低温冲击试验(GB/T 2951.14-2008中的8.5)
　　冷却温度-40℃，时间16h，落锤质量1000g，撞击块质量200g，下落高度100mm，表面不应有目力可见裂纹。
　　6 低温弯曲试验(GB/T 2951.14-2008中的8.2)
　　冷却温度(-40±2)℃，时间16h，试棒直径为电缆外径的4～5倍，绕3～4圈，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。
　　7 耐臭氧试验
　　试样长度20cm，干燥器皿内放置16h。弯曲试验所用试棒直径为电缆外径的(2±0.1)倍，试验箱：温度(40±2)℃，相对湿度(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72h，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。
　　8 耐气候性
　　紫外线试验
　　每个周期：洒水18min，氙灯干燥102min，温度(65±3)℃，相对湿度65%，波长300～400nm条件下的最小功率：(60±2)W/m2。持续720h后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的4～5倍，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。
　　9 动态穿透试验
　　室温条件下，切割速度1N/s，切割试验数：4次，每次继续试验样品须向前挪动25mm，并顺时针旋转90°后进行。记录弹簧钢针与铜线接触瞬间的穿透力F，所得均值≥150·Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)10 耐凹痕
　　取3段样品，每段样品上相隔25mm，并旋转90°处共制作4个凹痕，凹痕深度0.05mm且与铜导线相互垂直。3段样品分别置于-15℃、室温、+85℃试验箱内3h，然后在各自相应的试验箱内卷绕于芯轴上，芯轴直径为(3±0.3)倍电缆最小外径。每个样品至少一个刻痕位于外侧。进行AC0.3kV浸水电压试验不击穿。
　　11 护套热收缩试验(GB/T 2951.13-2008中的11) 样品切取长度L1=300mm，在120℃烘箱内放置1h后取出至室温冷却，重复5次这样的冷热循环，最后冷却至室温，要求样品热收缩率≤2%。
　　12 垂直燃烧试验
　　成品电缆在(60±2)℃放置4h后，进行GB/T 18380.12-2008规定的垂直燃烧试验。
　　13 卤素含量试验
　　PH及导电率
　　样品置放：16h，温度(21～25)℃，湿度(45～55)%。试样二个，各(1000±5)mg，碎至0.1mg以下的微粒。空气流量(0.0157·D2)l·h-1±10%，燃烧舟与烧炉加热有效区边缘之间距≥300mm，燃烧舟处的温度须≥935℃，离燃烧舟300m处(顺空气流动方向)温度须≥900℃。
　　试验样品所产生气体通过含有450ml(PH值6.5±1.0;导电率≤0.5μS/mm)蒸馏水的气体洗瓶收集，试验周期：30min。要求：PH≥4.3;导电率≤10μS/mm。
　　Cl及Br含量
　　样品置放：16h，温度(21～25)℃，湿度(45～55)%。试样二个，各(500～1000)mg，碎至0.1mg。
　　空气流量(0.0157·D2)l·h-1±10%，样品被均匀加热40min至(800±10)℃，并保持20min。
　　试验样品所产生气体通过含有220ml/个 0.1M氢氧化钠溶液的气体洗瓶吸取;将两个气体洗瓶的液体注入量瓶，同时应用蒸馏水清洗气体洗瓶及其附件并注入量瓶加至1000ml，冷却至室温后，用吸管将200ml被测溶液滴入量瓶中，加入浓硝酸4ml，20ml 0.1M硝酸银，3ml硝基苯，然后搅拌至白色絮状物沉积;加入40%硫酸铵水溶液及几滴硝酸溶液予以完全混合，用磁性搅拌器搅拌，加入硫氢酸铵滴定溶液。
　　要求：两个样品测试值的均值：HCL≤0.5%;HBr≤0.5%;每个样品测试值≤两个样品测试值的均值±10%。
　　F含量
　　25～30mg样品材料放入1L氧气容器中，滴2～3滴烷醇，加入5ml 0.5M氢氧化钠溶液。使样块燃尽，将残留物通过轻微的冲洗倒入50ml的量杯中。
　　将5ml缓冲液混合于样品溶液及冲洗液中，并达到标线。绘制校准曲线，侧得样品溶液的氟浓度，通过计算获得样品中的氟百分比含量。
　　要求：≤0.1%。
　　14 绝缘、护套材料机械性能
　　老化前绝缘抗拉强度≥6.5N/mm2，断裂伸长率≥125%，护套抗拉强度≥8.0N/mm2，断裂伸长率≥125%。 经(150±2)℃、7×24h老化后，绝缘及护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%，绝缘及护套老化前后断裂伸长率变化率≤-30%。
　　15 热延伸试验
　　20N/cm2负重下，样品经(200±3)℃、15min的热延伸试验后，绝缘及护套伸长率的中间值应不大于100%，试件从烘箱内取出冷却后标记线间距离的增加量的中间值对试件放入烘箱前该距离的百分比应不大于25%。
　　16 热寿命
　　根据EN 60
　　216-1、EN60216-2阿列纽斯曲线进行，温度指数为120℃。时间5000h。绝缘及护套断裂伸长率保留率：≥50%。之后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的2倍，试验后护套表面不应有目力可见裂纹。要求寿命：25年。

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