PV1-F型雙芯可分離光伏電纜的研制

張紅艷，王海嶺，韓惠福，劉登瑞

(1.安徽龍庵電纜集團有限公司，安徽 無為238300;2.安徽新亞特電纜集團有限公司，安徽 無為238300;3.安徽華電線纜集團有限公司，安徽 無為238300)

0 引言

太陽能光伏發電是一種清潔、環保、綠色、安全的可再生能源。目前，開發利用太陽能發電已成為世界上許多國家可持續發展的重要戰略決策。大規模太陽能光伏發電站的建設給光伏電纜生產企業帶來了無限商機，作為太陽能光伏發電系統的關鍵傳輸組件，光伏電纜在太陽能的利用中起著至關重要的作用。目前的光伏電纜都是單芯結構，在安裝敷設后，其正負極在太陽能板下面懸空分離、散開，顯得凌亂不堪，甚是影響美觀。對此，很多客戶選擇雙芯可分離光伏電纜來代替單芯電纜。正是鑒于此，本公司經過不斷的試驗、摸索，在2 Pfg 1169/08—2007技術規范單芯電纜的基礎上研制開發了PV1-F型雙芯可分離光伏電纜。

1 性能要求

因為太陽能系統及其光伏組件使用環境惡劣，經常受高溫、低溫、臭氧、紫外線照射及酸雨侵蝕等的考驗，所以PV1-F雙芯可分離光伏電纜須具有以下性能:

(1)優異的耐高低溫性能，能在環境溫度為－40～+90℃的條件下正常工作，不發生絕緣及護套開裂，其導體的最高長期允許溫度為125℃，最高允許短路溫度5 s內為250℃;

(2)額定工作電壓為AC U0/U 0.6/1 kV，DC 0.9 kV(導體對地)或最高允許直流1.8 kV(線芯對線芯，空載);

(3)優異的耐臭氧、耐紫外線、耐濕熱、耐酸堿、耐凹痕性能;

(4)無鹵阻燃，使用壽命不低于25年;

(5)通過護套連接筋平行排列，可分離，且在－40～+90℃環境中反復彎曲連接筋不開裂;

(6)其它性能應符合德國萊茵TV公司內部2 Pfg 1169/08—2007技術規范。

2 結構與材料

2.1 產品結構

根據上述要求，我們設計的PV1-F雙芯可分離光伏電纜的結構如圖1所示。

2.2 材料的選用

(1)導體

圖1 PV1-F雙芯可分離光伏電纜的結構

導體選用第5種鍍錫軟銅導體，以防止銅絲的氧化，其結構及性能指標符合GB/T 3956—2008標準的規定。

(2)絕緣

絕緣采用125℃光伏電纜專用輻照交聯聚烯烴絕緣料，平行的兩芯電纜絕緣采用紅和藍兩色進行區分。此絕緣料須具有耐高溫125℃、低溫－40℃性能，以滿足電纜苛刻的環境使用溫度，并且絕緣還應具有耐酸堿性能和優異的電氣絕緣性能，更重要的是絕緣必須具有優異的抗氧化性能，以達到25年的使用壽命。

(3)隔離劑

在擠包護套時，為了避免護套和絕緣粘連，在絕緣表面必須涂覆一層隔離劑進行隔離。為了環保，不讓隔離劑對電纜造成污染，選用1250目環保型滑石粉進行涂覆隔離。

(4)護套

由于電纜是長期暴露在室外惡劣環境中，其護套必須具有耐高低溫交替變化、耐濕熱、阻燃、耐老化、耐臭氧、耐紫外線照射、耐酸雨及堿性物質的侵蝕、耐磨等性能，才能滿足電纜25年的使用壽命要求。鑒于此，護套料應選用125℃光伏電纜專用輻照交聯聚烯烴護套料。

3 工藝要求

該電纜的工藝流程為:鍍錫導體束絞→擠包絕緣→兩芯絕緣表面涂覆滑石粉并平行擠包護套→輻照交聯。

為了使雙芯可分離光伏電纜獲得較好的性能，必須在生產中對各工序工藝進行嚴格控制。

(1)導體絞制

在導體束絞時應采用一次性束絞，這樣有利于以后的快速生產，另外束絞必須緊密，不得有松散的現象，否則兩芯電纜絕緣及護套的偏心度難以保證，而且電纜也很難通過動態穿透試驗，影響絕緣厚度和絕緣電阻。現以2×4 mm2PV1-F型光伏電纜為例，導體采用56根直徑為0.30 mm鍍錫銅線絞合，絞合節距為40～44 mm，束絞外徑為2.60 mm為好。

(2)絕緣擠出

絕緣采用紅、藍兩色進行區分，絕緣擠出時采用擠壓式模具，擠出時必須嚴格控制擠出溫度，并選用合適的模具，以控制好伸長率。如果擠出后絕緣伸長率過大或過小，均會導致絕緣在老化試驗及熱壽命試驗后斷裂伸長率變化率和抗拉強度變化率增大，出現試驗不合格現象。根據我們的生產試制經驗，絕緣擠出時伸長率控制在200%～300%范圍內較好［1］。

雖然2 Pfg 1169/08—2007技術規范只規定了絕緣的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度。但根據試制經驗，如果絕緣厚度太薄，其機械物理性能及電性能難以滿足標準要求;若絕緣厚度太厚，會造成電纜外徑較大以及材料成本的浪費。經過多次計算和試制，絕緣的平均厚度為0.85 mm，最薄點厚度為0.75 mm，絕緣外徑為4.30～4.40 mm最好［1］。

(3)滑石粉涂覆

由于光伏電纜的絕緣及護套材料的基料相同，性能基本相近，在擠包護套前在絕緣表面涂抹一層滑石粉，可以對絕緣及護套起到很好的隔離。如果不在絕緣表面涂覆一層滑石粉，往往會造成絕緣和護套黏連，無法實現在不損傷絕緣的情況下護套剝離。但是涂覆滑石粉的量必須控制好，不可過多或過少，以自然覆蓋整個絕緣線芯表面即可，因為過多會導致絕緣線芯和護套層松動和分離，過少起不到隔離作用。

(4)護套擠出

護套采用黑色聚烯烴材料，雙芯光伏電纜是“∞”型，所以護套擠出時必須采用擠壓式模具，護套擠出時也像絕緣一樣，必須嚴格控制擠出溫度及選用合適的模具，以控制好伸長率。其伸長率過大或過小均會導致電纜出現不合格現象，所以護套擠出時伸長率控制在300%左右為好。雖說標準規定護套的最小厚度不小于0.5 mm，且不考核平均厚度，但如果護套的厚度太薄，勢必造成絕緣及護套總厚度減小，則電纜難以通過整線高溫壓力試驗及耐凹痕試驗。若護套厚度太厚，則電纜外徑較大，會造成電纜與光伏接線盒不匹配以及材料成本的浪費。平均厚度為0.90 mm，最薄點厚度為0.80 mm，每芯電纜擠出護套外徑為6.10～6.20 mm［1］，這樣不但能滿足電纜的使用性能要求，而且還能保證電纜的最終外徑不超出光伏接線盒接線端子的尺寸。

(5)護套連接筋

PV1-F型雙芯可分離光伏電纜護套連接筋的設計及擠出非常關鍵，連接筋的尺寸直接關系到雙芯電纜的外觀和分離性能。如果連接筋過寬，會加大雙芯光伏電纜的寬度，給安裝敷設造成不便;連接筋厚度過大，兩芯安裝時難以分離，如果用較大力氣分離，有時會把護套撕裂而連接筋卻完好無缺，所以連接筋的結構尺寸要求非常關鍵。我們經過多次試制及試驗得出，兩芯之間連接筋的寬度以0.7～0.8 mm為宜，厚度以兩邊厚中間薄，即兩邊厚度與護套厚度相當，中間厚度為護套厚度的二分之一弧狀結構為好。這樣的結構既好分離，又不損傷護套，并且此雙芯光伏電纜在－40～+90℃環境中以短軸方向反復彎曲連接筋也不會開裂。

(6)輻照交聯

由于光伏電纜的動態穿透試驗和熱壽命試驗均對電纜的要求較高，但兩者指標相互矛盾，故生產時對其必須加以平衡。如果電纜交聯度較高，雖然電纜很容易通過動態穿透試驗，但很難通過5000 h的熱壽命試驗，因此根據生產經驗，絕緣及護套擠出后印字并一次性輻照交聯，其絕緣的載荷下伸長率應控制在40%～50%，護套應控制在30%～40%為宜［1］。

4 產品主要性能指標

我公司試制的0.6/1 kV電壓等級的PV1-F雙芯可分離光伏電纜是在單芯光伏電纜的基礎上進行改型升級，除了生產工藝和結構上的不同，其電纜技術性能指標是一樣的，電纜的主要性能要求見表1。

5 結束語

該光伏電纜經用戶使用后反映良好，其性能可與單芯同類產品相媲美，達到標準及客戶使用要求，可以替代單芯產品，并且此雙芯光伏電纜的兩芯護套是一次性擠出，相對單芯光伏電纜生產成本較低，產品在市場上具有較大的競爭優勢，市場的使用量也越來也大，前景廣闊。目前德國萊茵公司已把此種型號的雙芯光伏電纜作為T V自愿性認證范圍。

表1 PV1-F 2×4 mm2主要性能

［1］王海嶺.淺淡光伏電纜的研制［J］.光纖與電纜及其應用技術，2013(6):16-20.

［2］2 Pfg 1169/08—2007 Requirements for cables for use in photovoltaic-systems［S］.