謝志國(guó)， 李 驥

(1.中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心，北京100070;2.國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海200093)

0 引言

近年來(lái)，受益于制造技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)激勵(lì)政策，具備清潔能源屬性的太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模成長(zhǎng)迅速［1］。據(jù)中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)新增光伏裝機(jī)量達(dá)到450萬(wàn)kW(4.5 GW)，同比增長(zhǎng)66.7%，已成為全球第二大光伏市場(chǎng)［2］。根據(jù)中國(guó)政府網(wǎng)7月15日發(fā)布的《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》，2013～2015年，我國(guó)將年均新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量1000萬(wàn)kW左右，到2015年總裝機(jī)容量達(dá)到3 500萬(wàn)kW以上。受此影響，用作電氣設(shè)備基礎(chǔ)配套的光伏發(fā)電專用電纜(以下簡(jiǎn)稱光伏電纜)發(fā)展迅速［3-6］。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，從發(fā)電的始端光伏組件到串聯(lián)、匯流和逆變等環(huán)節(jié)均需使用大量電纜，其用量超過(guò)了一般的發(fā)電系統(tǒng)。以1MW光伏發(fā)電工程平均用50 km電纜計(jì)算，未來(lái)幾年中僅國(guó)內(nèi)新增光伏裝機(jī)市場(chǎng)就每年需求高達(dá)50萬(wàn)km的電纜。

盡管如此，國(guó)內(nèi)光伏電纜的發(fā)展一直面臨著本土標(biāo)準(zhǔn)缺失的尷尬。光伏電纜由于使用環(huán)境的特殊性，特別是戶外敷設(shè)的直流側(cè)電纜，需長(zhǎng)期抵御各種惡劣自然環(huán)境下的侵蝕，其電纜選型應(yīng)根據(jù)具體敷設(shè)環(huán)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(zhì)電纜在這種苛刻的環(huán)境下長(zhǎng)期使用，易造成護(hù)套脆化開(kāi)裂甚至絕緣材料分解等情況，帶來(lái)發(fā)電系統(tǒng)因故障損壞和發(fā)電效率降低等風(fēng)險(xiǎn)。在目前尚未制定光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)的情形下，國(guó)內(nèi)電纜廠商一般依照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，例如TUV和UL等標(biāo)準(zhǔn)制造生產(chǎn)，然而國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)電纜標(biāo)準(zhǔn)體系、光伏組件設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際氣候條件并不完全兼容匹配，也在一定程度上制約了國(guó)內(nèi)光伏電纜行業(yè)的良性發(fā)展。

隨著我國(guó)全球光伏產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)制造和應(yīng)用市場(chǎng)雙重中心的確定，國(guó)內(nèi)對(duì)制定本土光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)的需求和呼吁日益增長(zhǎng)［7］。從促進(jìn)光伏電纜行業(yè)健康發(fā)展出發(fā)，為滿足行業(yè)相關(guān)企業(yè)單位對(duì)光伏電纜的技術(shù)參考和檢驗(yàn)選型的需要，中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心聯(lián)合上海電纜研究所(國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心)以及國(guó)內(nèi)主要的光伏電纜與電纜料生產(chǎn)企業(yè)，制定了《光伏發(fā)電系統(tǒng)專用電纜產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱技術(shù)規(guī)范)［8］，并在國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)備案和發(fā)布，用于國(guó)內(nèi)光伏電纜產(chǎn)品認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而推進(jìn)國(guó)內(nèi)光伏電纜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為便于有關(guān)各方更好地理解和使用該技術(shù)規(guī)范，本文對(duì)該規(guī)范的編制及主要技術(shù)要求進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 適用范圍

本技術(shù)規(guī)范規(guī)定了額定電壓直流1 500 V及以下和交流0.6/1 kV光伏發(fā)電系統(tǒng)專用電纜的分類與命名、結(jié)構(gòu)和要求、試驗(yàn)方法、成品電纜試驗(yàn)、交貨長(zhǎng)度、驗(yàn)收規(guī)則。

本技術(shù)規(guī)范適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)的光伏組件與組件之間的串聯(lián)電纜、組串之間及組串至直流配電箱(匯流箱)之間的并聯(lián)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(wǎng)間連接用的交流應(yīng)用電纜。

2 電纜結(jié)構(gòu)要求及使用特性

電纜可以是單芯護(hù)套結(jié)構(gòu)(直流電纜)，也可以采用多芯護(hù)套結(jié)構(gòu)(2～5芯，交流電纜)。導(dǎo)體應(yīng)采用GB/T 3956中規(guī)定的第5種柔軟圓形絞合鍍錫導(dǎo)體。絕緣和護(hù)套應(yīng)采用交聯(lián)聚烯烴電纜料通過(guò)輻照交聯(lián)工藝加工制造。輻照交聯(lián)工藝有利于提高電纜的尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱等級(jí)、耐化學(xué)介質(zhì)、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂和耐磨等性能。

符合技術(shù)規(guī)范的電纜應(yīng)具有以下使用特性:

(1)正常運(yùn)行時(shí)，電纜正常使用時(shí)導(dǎo)體允許的最高連續(xù)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(yīng)的環(huán)境溫度為－40～90℃;

(4)電纜產(chǎn)品的預(yù)期使用壽命為25年;

(5)極高的環(huán)境適應(yīng)性(耐酸、耐堿、耐日光等特殊性能);

(6)特殊條件下的環(huán)保阻燃特性(無(wú)鹵性能、成束燃燒性能等)。

3 電纜型號(hào)及規(guī)格

該技術(shù)規(guī)范考慮國(guó)內(nèi)光伏電纜實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀及光伏工程選型需要，根據(jù)產(chǎn)品的無(wú)鹵燃燒特性的不同，制定了5種光伏電纜型號(hào)，采用國(guó)內(nèi)電纜標(biāo)準(zhǔn)通用的符號(hào)代號(hào)及命名方式，型號(hào)名稱如表1所示。

在具體選型中，成束敷設(shè)安裝，阻燃等級(jí)要求高的場(chǎng)合(通常為室內(nèi))應(yīng)采用成束阻燃C級(jí)的電纜。具備無(wú)鹵特性的電纜因在燃燒時(shí)產(chǎn)生酸性氣體較少，故適用于對(duì)酸性氣體敏感的敷設(shè)場(chǎng)合。

表1 光伏電纜產(chǎn)品型號(hào)及名稱對(duì)照表

電纜產(chǎn)品的規(guī)格如表2所示。根據(jù)企業(yè)目前的實(shí)際供貨以及工程安裝設(shè)計(jì)要求，直流電纜的額定電壓設(shè)定900 V和1 500 V兩個(gè)等級(jí)，其中電壓值表示導(dǎo)體對(duì)“地”(周圍介質(zhì)、金屬外殼)之間的電壓有效值，導(dǎo)體截面為單芯1.5～50 mm2;交流電纜則設(shè)定0.6/1 kV一個(gè)等級(jí)，導(dǎo)體截面及芯數(shù)范圍為1.0～16 mm2(2～5芯)。

表2 電纜的規(guī)格

4 性能要求

考慮到光伏電纜在使用時(shí)重點(diǎn)需抵御惡劣氣候環(huán)境、耐機(jī)械沖擊應(yīng)力和耐電壓等，本節(jié)主要從絕緣和護(hù)套層機(jī)械性能、電纜成品電性能及特殊性能三個(gè)方面介紹光伏電纜的考核要求。

4.1 絕緣和護(hù)套的機(jī)械性能

采用輻照交聯(lián)工藝加工的聚烯烴絕緣和護(hù)套層，應(yīng)滿足表3的試驗(yàn)要求。其中機(jī)械強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率參考JB/T 10491有關(guān)交聯(lián)聚烯烴絕緣和護(hù)套的要求。低溫性能試驗(yàn)將溫度設(shè)定為－40℃。材料的熱壽命試驗(yàn)參照GB/T 11026方法，采取斷裂伸長(zhǎng)率原始值的50%作為絕緣和護(hù)套的壽命終點(diǎn)指標(biāo)，溫度指數(shù)120℃，外推壽命不少于25年。

表3 絕緣和護(hù)套的機(jī)械性能要求匯總表

4.2 成品電纜電性能

電氣性能應(yīng)符合表4總結(jié)的試驗(yàn)要求。

4.3 成品電纜特殊性能

針對(duì)光伏電纜戶外敷設(shè)環(huán)境的特點(diǎn)，符合規(guī)范要求的成品電纜還應(yīng)通過(guò)以下特殊性能檢驗(yàn)。

(1)燃燒試驗(yàn)

成品電纜(阻燃 ZC級(jí)電纜除外)應(yīng)能經(jīng)受GB/T 18380.12單根垂直燃燒試驗(yàn)。阻燃ZC級(jí)電纜應(yīng)通過(guò)GB/T 18380.35規(guī)定的成束阻燃C類試驗(yàn)。具備低煙性能的電纜應(yīng)按GB/T 17651.2檢測(cè)，透光率不小于60%。

(2)人工氣候老化試驗(yàn)

采用氙燈氣候老化箱，燈組工作時(shí)保證樣品上持續(xù)得到波長(zhǎng)340 nm的分光照度水平至少0.35 W/m2。設(shè)置重復(fù)的 2 h程序控制周期:102 min光照+18 min噴水。計(jì)算300 h和720 h老化后的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的保留率，應(yīng)不小于85%和80%。

表4 電氣性能要求匯總表

(3)濕熱試驗(yàn)

采用GB/T 2423.3—2008規(guī)定的方法，參考光伏組件的標(biāo)準(zhǔn)要求［9］，溫度設(shè)置為90℃，濕度為85%，放置時(shí)間為1 500 h。濕熱試驗(yàn)前后，絕緣和護(hù)套的抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率均應(yīng)不超過(guò)±30%。

(4)耐酸堿試驗(yàn)

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(shí)間168 h。要求耐酸堿試驗(yàn)后，絕緣和護(hù)套的抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率均應(yīng)不超過(guò)±30%。

(5)動(dòng)態(tài)穿透試驗(yàn)

考核常溫下電纜絕緣和護(hù)套能否經(jīng)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(dǎo)體接觸為止。試驗(yàn)在每個(gè)試樣上進(jìn)行4次，施加在鋼針上的壓力平均值應(yīng)大于F值:

式中:F為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的壓力最小值(N);d為導(dǎo)體外徑(mm)。

(6)鹽霧試驗(yàn)

在瀕?；蚝Ｉ檄h(huán)境中安裝敷設(shè)的電纜應(yīng)經(jīng)受鹽霧試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)按照GB/T 2423.17—2008規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)周期為168 h。鹽霧試驗(yàn)前后，絕緣和護(hù)套的抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率均應(yīng)不超過(guò)±30%。

5 結(jié)束語(yǔ)

作為發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)備的重要基礎(chǔ)配套，光伏電纜產(chǎn)品質(zhì)量和安全性能的優(yōu)劣與整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)，以上簡(jiǎn)析有助于各使用方更好地理解和運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)有關(guān)光伏電纜的生產(chǎn)制造、選型和檢驗(yàn)工作。相信伴隨國(guó)內(nèi)光伏電纜標(biāo)準(zhǔn)化工作及其檢驗(yàn)認(rèn)證服務(wù)的不斷完善和提升，我國(guó)光伏電纜行業(yè)將迎來(lái)更有利的發(fā)展契機(jī)。

［1］柳卸林，高 偉，呂 萍，等，從光伏產(chǎn)業(yè)看中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式［J］.科學(xué)學(xué)與科學(xué)技術(shù)管理，2012(1):116-125.

［2］2012-2013年中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)年度報(bào)告第一部分［R］.中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2013.

［3］沈 彬.光伏發(fā)電場(chǎng)內(nèi)電纜敷設(shè)技術(shù)［J］.電力與能源，2013(3):275-277.

［4］萬(wàn) 宏，王 芳，沈恂如.光伏發(fā)電系統(tǒng)中電纜的選型及敷設(shè)［C］//第十一屆中國(guó)光伏大會(huì)暨展覽會(huì)會(huì)議論文集.2010.1266-1269.

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［6］代 康，吳東艷，漆鉅虹.光伏電纜技術(shù)簡(jiǎn)介［C］//中國(guó)通信學(xué)會(huì)2010年光纜電纜學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2010.438-455.

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

［8］CQC1102—2013 光伏發(fā)電系統(tǒng)專用電纜產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)規(guī)范［S］.

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