簡析國內光伏電纜認證技術規范的編制與要求

謝志國， 李 驥

(1.中國質量認證中心，北京100070;2.國家電線電纜質量監督檢驗中心，上海200093)

0 引言

近年來，受益于制造技術進步和產業激勵政策，具備清潔能源屬性的太陽能光伏發電產業規模成長迅速［1］。據中國光伏產業聯盟統計，2012年我國新增光伏裝機量達到450萬kW(4.5 GW)，同比增長66.7%，已成為全球第二大光伏市場［2］。根據中國政府網7月15日發布的《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》，2013～2015年，我國將年均新增光伏發電裝機容量1000萬kW左右，到2015年總裝機容量達到3 500萬kW以上。受此影響，用作電氣設備基礎配套的光伏發電專用電纜(以下簡稱光伏電纜)發展迅速［3-6］。在太陽能光伏發電系統中，從發電的始端光伏組件到串聯、匯流和逆變等環節均需使用大量電纜，其用量超過了一般的發電系統。以1MW光伏發電工程平均用50 km電纜計算，未來幾年中僅國內新增光伏裝機市場就每年需求高達50萬km的電纜。

盡管如此，國內光伏電纜的發展一直面臨著本土標準缺失的尷尬。光伏電纜由于使用環境的特殊性，特別是戶外敷設的直流側電纜，需長期抵御各種惡劣自然環境下的侵蝕，其電纜選型應根據具體敷設環境選擇具備耐紫外線、耐臭氧、耐高低溫和耐高溫高濕等特殊性能的光伏電纜，普通材質電纜在這種苛刻的環境下長期使用，易造成護套脆化開裂甚至絕緣材料分解等情況，帶來發電系統因故障損壞和發電效率降低等風險。在目前尚未制定光伏電纜標準的情形下，國內電纜廠商一般依照國外標準，例如TUV和UL等標準制造生產，然而國外標準與國內電纜標準體系、光伏組件設備標準以及實際氣候條件并不完全兼容匹配，也在一定程度上制約了國內光伏電纜行業的良性發展。

隨著我國全球光伏產業的生產制造和應用市場雙重中心的確定，國內對制定本土光伏電纜標準的需求和呼吁日益增長［7］。從促進光伏電纜行業健康發展出發，為滿足行業相關企業單位對光伏電纜的技術參考和檢驗選型的需要，中國質量認證中心聯合上海電纜研究所(國家電線電纜質量監督檢驗中心)以及國內主要的光伏電纜與電纜料生產企業，制定了《光伏發電系統專用電纜產品認證技術規范》(以下簡稱技術規范)［8］，并在國家認證認可監督管理委員會備案和發布，用于國內光伏電纜產品認證的標準，進而推進國內光伏電纜產業的健康發展。為便于有關各方更好地理解和使用該技術規范，本文對該規范的編制及主要技術要求進行簡要分析。

1 適用范圍

本技術規范規定了額定電壓直流1 500 V及以下和交流0.6/1 kV光伏發電系統專用電纜的分類與命名、結構和要求、試驗方法、成品電纜試驗、交貨長度、驗收規則。

本技術規范適用于光伏發電系統中直流側的光伏組件與組件之間的串聯電纜、組串之間及組串至直流配電箱(匯流箱)之間的并聯電纜和直流配電箱至逆變器之間的電纜，也可適用于逆變器與輸電網間連接用的交流應用電纜。

2 電纜結構要求及使用特性

電纜可以是單芯護套結構(直流電纜)，也可以采用多芯護套結構(2～5芯，交流電纜)。導體應采用GB/T 3956中規定的第5種柔軟圓形絞合鍍錫導體。絕緣和護套應采用交聯聚烯烴電纜料通過輻照交聯工藝加工制造。輻照交聯工藝有利于提高電纜的尺寸穩定性、機械強度、耐熱等級、耐化學介質、耐環境應力開裂和耐磨等性能。

符合技術規范的電纜應具有以下使用特性:

(1)正常運行時，電纜正常使用時導體允許的最高連續工作溫度為120℃;

(2)電纜的最小彎曲半徑為電纜直徑的6倍;

(3)電纜適應的環境溫度為－40～90℃;

(4)電纜產品的預期使用壽命為25年;

(5)極高的環境適應性(耐酸、耐堿、耐日光等特殊性能);

(6)特殊條件下的環保阻燃特性(無鹵性能、成束燃燒性能等)。

3 電纜型號及規格

該技術規范考慮國內光伏電纜實際應用現狀及光伏工程選型需要，根據產品的無鹵燃燒特性的不同，制定了5種光伏電纜型號，采用國內電纜標準通用的符號代號及命名方式，型號名稱如表1所示。

在具體選型中，成束敷設安裝，阻燃等級要求高的場合(通常為室內)應采用成束阻燃C級的電纜。具備無鹵特性的電纜因在燃燒時產生酸性氣體較少，故適用于對酸性氣體敏感的敷設場合。

表1 光伏電纜產品型號及名稱對照表

電纜產品的規格如表2所示。根據企業目前的實際供貨以及工程安裝設計要求，直流電纜的額定電壓設定900 V和1 500 V兩個等級，其中電壓值表示導體對“地”(周圍介質、金屬外殼)之間的電壓有效值，導體截面為單芯1.5～50 mm2;交流電纜則設定0.6/1 kV一個等級，導體截面及芯數范圍為1.0～16 mm2(2～5芯)。

表2 電纜的規格

4 性能要求

考慮到光伏電纜在使用時重點需抵御惡劣氣候環境、耐機械沖擊應力和耐電壓等，本節主要從絕緣和護套層機械性能、電纜成品電性能及特殊性能三個方面介紹光伏電纜的考核要求。

4.1 絕緣和護套的機械性能

采用輻照交聯工藝加工的聚烯烴絕緣和護套層，應滿足表3的試驗要求。其中機械強度和伸長率參考JB/T 10491有關交聯聚烯烴絕緣和護套的要求。低溫性能試驗將溫度設定為－40℃。材料的熱壽命試驗參照GB/T 11026方法，采取斷裂伸長率原始值的50%作為絕緣和護套的壽命終點指標，溫度指數120℃，外推壽命不少于25年。

表3 絕緣和護套的機械性能要求匯總表

4.2 成品電纜電性能

電氣性能應符合表4總結的試驗要求。

4.3 成品電纜特殊性能

針對光伏電纜戶外敷設環境的特點，符合規范要求的成品電纜還應通過以下特殊性能檢驗。

(1)燃燒試驗

成品電纜(阻燃 ZC級電纜除外)應能經受GB/T 18380.12單根垂直燃燒試驗。阻燃ZC級電纜應通過GB/T 18380.35規定的成束阻燃C類試驗。具備低煙性能的電纜應按GB/T 17651.2檢測，透光率不小于60%。

(2)人工氣候老化試驗

采用氙燈氣候老化箱，燈組工作時保證樣品上持續得到波長340 nm的分光照度水平至少0.35 W/m2。設置重復的 2 h程序控制周期:102 min光照+18 min噴水。計算300 h和720 h老化后的抗張強度和斷裂伸長率的保留率，應不小于85%和80%。

表4 電氣性能要求匯總表

(3)濕熱試驗

采用GB/T 2423.3—2008規定的方法，參考光伏組件的標準要求［9］，溫度設置為90℃，濕度為85%，放置時間為1 500 h。濕熱試驗前后，絕緣和護套的抗張強度變化率和斷裂伸長率變化率均應不超過±30%。

(4)耐酸堿試驗

將兩組試件分別浸于草酸溶液(4.5%)和氫氧化鈉溶液(4%)，溶液溫度23℃，浸入時間168 h。要求耐酸堿試驗后，絕緣和護套的抗張強度變化率和斷裂伸長率變化率均應不超過±30%。

(5)動態穿透試驗

考核常溫下電纜絕緣和護套能否經受尖銳物體的穿刺。鋼針上壓力的增加速率為1 N/s，直到鋼針穿透樣品與導體接觸為止。試驗在每個試樣上進行4次，施加在鋼針上的壓力平均值應大于F值:

式中:F為標準中規定的壓力最小值(N);d為導體外徑(mm)。

(6)鹽霧試驗

在瀕海或海上環境中安裝敷設的電纜應經受鹽霧試驗。鹽霧試驗按照GB/T 2423.17—2008規定進行，試驗周期為168 h。鹽霧試驗前后，絕緣和護套的抗張強度變化率和斷裂伸長率變化率均應不超過±30%。

5 結束語

作為發電系統電氣設備的重要基礎配套，光伏電纜產品質量和安全性能的優劣與整個系統能否穩定運行息息相關，以上簡析有助于各使用方更好地理解和運用該標準來指導有關光伏電纜的生產制造、選型和檢驗工作。相信伴隨國內光伏電纜標準化工作及其檢驗認證服務的不斷完善和提升，我國光伏電纜行業將迎來更有利的發展契機。

［1］柳卸林，高 偉，呂 萍，等，從光伏產業看中國戰略性新興產業的發展模式［J］.科學學與科學技術管理，2012(1):116-125.

［2］2012-2013年中國光伏產業年度報告第一部分［R］.中國光伏產業聯盟，2013.

［3］沈 彬.光伏發電場內電纜敷設技術［J］.電力與能源，2013(3):275-277.

［4］萬 宏，王 芳，沈恂如.光伏發電系統中電纜的選型及敷設［C］//第十一屆中國光伏大會暨展覽會會議論文集.2010.1266-1269.

［5］周俊民，王松顯，劉秀敏，等.低煙無鹵阻燃光伏電纜的制造［J］.光纖與電纜及其應用技術，2011(2):22-25.

［6］代 康，吳東艷，漆鉅虹.光伏電纜技術簡介［C］//中國通信學會2010年光纜電纜學術年會論文集.2010.438-455.

［7］吳 江.制定我國光伏電纜標準的意義與建議［J］.電線電纜，2013(3):1-4.

［8］CQC1102—2013 光伏發電系統專用電纜產品認證技術規范［S］.

［9］CQC3304—2013 地面用晶體硅光伏組件環境適應性測試要求第2部分:濕熱氣候條件［S］.