WCA May 2014
光伏发电系统适用电缆的发展 作者：日本 Furukawa 电器工业株式会社古河光电子实验室阿里富米松村、西口正树久保茂
摘要 Furukawa 推出了一种适用于光伏发电系统的新型电缆，这 种电缆符合 TÜV 2Pfg1169/2007 标准 [1] 和 JCS4517 标准 [2] 的要 求。光伏发电系统电缆若要满足这些要求，其绝缘材料和护 套材料必须由无卤材料制成。此外，两项标准对电缆的垂直 耐燃性、高温耐热性、低温特性和耐酸性均有很高的要求。 另外，由于工作环境中的温度为 -40 摄氏度至 90 摄氏度，温度 指数需达到 120 摄氏度以上。为了满足工作 20,000 小时以后老 化的残留物百分比达到百分之五十的要求，温度必须高于 120 摄氏度。优异的耐热退化特性是尤为必要的。这一次，电缆 的绝缘材料由交联聚乙烯制成；高度不燃性交联聚烯烃被用 作护套材料。这样，电缆就有可能满足上述提到的标准。此 外，我们确信，从剥离特性和渗色特性角度考虑，将这种电 缆投入实际使用没有问题。再者，可以不使用特殊桥接设备 （如电子射线照射机）生产这种电缆。这种电缆在成本和批 量生产应用方面很有优势。 1 介绍 近几年，随着全世界范围内对环境问题的日益关注，使用可 再生能源(如风力发电、光伏发电和生物质)发电活动日益活 跃。光伏发电系统方面，规模在 1 兆瓦以上的发电设备(又称 为“百万太阳能”)开始迅速普及。我们预期今后对这些发电 设备可用电缆的需求将会增长。目前，为了保障这些发电设 备使用的电线的可靠性，各个地区均使用独一无二的标准。 欧洲用的是 TÜV 2Pfg1169 标准，而北美使用的是 UL4703 标 准 [3] 。近些年，日本在 TÜV 2Pfg1169 标准的基础上制订了 JCS4517 标准。由于每个地区使用各自的标准，因而对符合 所有标准的兼容电缆的需求日益增长。另一方面,开发更低成 本电缆的呼声也越来越高。目前，对低成本电缆的需求比对 集成电缆的需求要迫切得多。顺应上述环境背景， Furukawa 推出了一种同时满足 TÜV 标准和 JCS 标准的电缆。 2 适用于光伏发电系统的一种新型电缆 光伏发电系统使用的电缆的主要性能要求之一是热设定属 性，这种电缆同时符合 TÜV 标准和 JCS 标准。用聚烯烃制成 的不易燃烧无卤电线中，通常用电子束照射来满足热设定属 性。然而将来，在百万太阳能设备中，电流的容量将越来越 大。换句话说，电缆的尺寸有可能变得越来越大，电缆对电 子束照射的反应将达到上限。除此之外，就小尺寸的低电流 电缆而言，辐照设备本身成本较高，故而产生了对非电子束 桥接的需求。而这种电缆便采用了桥接方式，无需对聚烯烃 材料实施电子束照射就能满足热设定属性。光伏发电系统的 这种新型电缆的主要物理特性介绍如下。
测试
要求 新型电缆
绝缘层 热设定测试( 200 摄氏度时保持 15 分钟) 负荷为 20 牛/平方厘米 护套 热设定测试( 200 摄氏度时保持 15 分钟) 负荷为 20 牛/平方厘米 卸除负载以后 ( % )
100>
30
25>
3
<100
29
卸除负载以后 ( % )
<25
4
❍ 表 1 : 热设定测试
测试
要求
新型电缆
绝缘层
>120
121.2
护套
>120
121.9
❍ 表 2 : 耐热性能
测试
要求 新型电缆
电缆
垂直火焰蔓延抗性 从电缆顶部到碳化结束点的长度 (毫米) 从电缆顶部到碳化开始点的长度 (毫米)
>50
370
<540
510
❍ 表 3 : 单一垂直燃烧试验
长率。如果加上负载以后的伸长率低于百分之百，且卸去负 载以后的伸长率为百分之二十五，测试结果就被认为是可接 受的。 3.2 热老化性能 从电缆上分别截下一段绝缘管形件和一段鞘管形件。分别将 退化温度设定为 180°C 、 158°C 和 136°C ，每种温度下伸长残 留率达到 50% 的时间应该不相同。根据这三种标准的阿累尼 乌斯曲线判断，经过 20,000 小时的退化以后，伸长残留率达 到 50% 的温度也是不同的。如果上述温度高于 120 摄氏度，便 认为结果是可接受的。 3.3 单一垂直燃烧试验 执行单一垂直燃烧试验依据的是 IEC60332-1-2 标准。用指定 的燃烧器靠近一段 60 毫米的试样，并在试样较低的一端持续
3 测试方法 3.1 热设定测试
我们依据 IEC60811-2-1 标准执行热设定测试。首先从电缆上 分别截下一段绝缘管形件和一段鞘管形件，然后将测试件悬 挂在温度为 20 度的烤炉中，并对测试件施加 20 牛/平方厘米的 载荷。 15 分钟后测量伸长率。之后卸去负载。待烤炉内的温 度恢复以后，取出测试件并将其在室温下冷却。再次测量伸
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Wire & Cable ASIA – May/June 2014
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