低烟无卤阻燃光伏电缆生产工艺探讨周俊民，佘银萍（安徽太平详电缆集团有限公司，安徽 无为 238331）摘要：光伏电缆适用于直流端线一线最高电压 DC1.8kV 的光伏系统，具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大 范围的温度变化，生产光伏电缆必须严格控制好生产工艺，在质量上确保万无一失。 关键词：低烟无卤、光伏电缆、生产工艺、辐照、恶劣环境0 引言在金融危机的影响下，我国政府把发展新能源作为振兴经济的重要手段。2009 年7月16 日国家三部委财政部、科技部、国家能源局 联合印发了关于实施金太阳示范工程的通知，随后又公布了具体的金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法，决定综合采取财 政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电的产业化和规模化发展。无疑太阳能技术将成为未来的绿色能源技术之一，太阳 能或光伏（PV）在中国应用日渐广泛，除政府支持的光伏发电厂发展迅速之外，私人投资者也正积极建厂，计划投产在全球销售的太阳 能组件。建造经济高效的盈利性的光伏发电厂，代表了所有太阳能制造商最重要的目标和核心竞争力。事实上，盈利能力不仅仅取决于 太阳能组件自身的效率或高性能，也离不开一系列表面看来与组件无直接关系的部件光伏电缆。 实际上，太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等。这就要求光伏电缆具有 最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的的温度变化，在所属设备中可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。1 使用性能额定电压为：U0U: 600/1000V AC1800V DC;使用温度范围：一40C + 90C，电缆表面能耐最高温度为120C；允许5S内短路时温度达200C；敷设时的环境温度在一40C及以上；敷设时的最小弯曲半径：不小于4D （为电缆外径）；具有无卤低烟低毒特性，为环保型产品；使用寿命为 30 年。2 导体设计由于太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等，所以在设计导体时，这些因 素是不容忽视的。21 导体的结构光伏系统所用电线电缆，均以单根线芯为主。导体应符合2Pfg 1169/ 08.2007及EN60228的规定，采用多根镀锡铜单丝精绞而成， 而不采用股线复绞结构。为避免恶劣的天气因素（风吹、雨雪冲击等）而影响到使用寿命，我们研究了多种单丝排列结构的稳定性，最 终决议多根单丝束绞时结构采用正规排列结构。导体束绞结构参数见表 1。9SSram根数单建捧列结构各层绞合方向导体外径IW1.50.23371+6+12+1E左J.510, 23611*6+13+16+24左1.974d S9611+6+12和8+24左2.5160, 2&91l+12+18-t24+3Q左3 09辽37911+6+12+18+24+30左3.97I隹6 4&邀1+6+12+18+24+M+36左5. 101 250.38217I+6+12+18+24+30+35+42+45左6.36350,402711+6+I2+J8+34+|0+56+42+4S+54左7.5022 导体节距设计 在单丝束绞时，每层的节径比参数选取很关键，直接影响到导体结构的稳定性，依据束丝设备参数，结合多次束绞导体得出的经验数据， 我们采用了节径比“加2规律”，即：从最外层向内，每层节径比依次为9、11、13、15、17、19、21、23、25。这样的导体外观光 滑。结构稳定、有弹性。23 模具的选配 束绞单丝模具的选配很关键，直接关系到导体的外观质量，从而影响到电缆的性能。模具孔径偏大，会造成单丝跳丝，节距不均匀， 导体不圆整，导体外径波动比较大；而模具孔径偏小，会导致单丝拥堵，丝径变细，拉断，穿丝难，甚至出现导体呈竹节状，锡层脱落， 直流电阻不合格。经过多次计算、试制，我们选配模具时，选择模具孔径尺寸为理论计算导体外径的1. 051.1倍。这样绞合出的导体，表面光亮、节距均匀，导体外径圆整、均匀，无跳丝、毛刺、断丝、拉细现象。24 张力的控制 导体束绞时，必须给单丝和芯线施加张力，且每根施加张力要均匀，张力过大容易出现单丝拉细、拉断；张力过小，单丝容易跳丝，节 距不均匀，结构不紧凑。张力不均匀会导致束绞导体上单丝呈蛇形。张力的调节，需要根据绞线设备及放线架的情况现场而定。2. 5 导体隔离层根据生产、客户需求，导体外可以绕包隔离层，隔离层必须是低烟无卤材料，适用环境条件与绝缘、护套材料相匹配，我公司规定 10mm2 及以上导体绕包隔离层。3 绝缘和护套设计 太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，户外使用的材料应根据紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。在该种环境应力 下使用低档材料，将导致电缆护套易碎，甚至会分解电缆绝缘层。所有这些情况都会直接增加电缆系统损失，同时发生电缆短路的风险 也会增大，从中长期看，发生火灾或人员伤害的可能性也更高。所以应选择高档、高性能好的低烟无卤阻燃绝缘和护套材料。3. 1 绝缘层绝缘层采用挤制的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，由于低烟无卤绝缘料生产工艺性能差，挤出困难，生产过程中容易造成设备事故，所以生 产低烟无卤绝缘料时应注意一下几点：3.1.1 使用压缩比较小的低烟无卤专用螺杆；检查绝缘料生产日期，若生产日期超过一个月应先烘干处理；3.1.2 设备加热冷却系统工作正常，各区温度符合工艺要求。3.1.3 开车前保温时间不得少于 40 分钟（保温时间指仪表指示温度达到工艺要求温度后到开车生产这段时间）；中间换规换色如果停机时 间超过1 0分钟应将螺杆绝缘料推出。3.1.4 开车应缓慢升速，升速过程中注意观察电机负荷，若发现设备运转不正常应立即停车。3.1.5 模具选配：绝缘挤制采用挤压式，配模参照如下：D1=d +(0.01 0. 15)D2=d +(0.01 0.25)d一导体外径 mmD1一模芯孔径 mmd1一绝缘外径 mmD2一模套孔径 mm。3. 2 护套层 热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃护套料是以聚烯烃树脂为基料加入优质高效经活化处理或含结晶水的无卤阻燃剂及其他改性剂经过高速混 合、双螺杆塑化、造粒而成，若储存时间过长容易吸湿受潮，挤出后导致护套断面有气孔，表面毛糙，因此在挤制前要进行预热。由于 低烟无卤阻燃聚烯烃护套料性能与挤出加工特殊性，护套挤制时应注意以下几点：3.2.1应选用性能优异，挤出性能良好的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，且密度最好控制在1.41土 0.02gCm23.2.2挤制前应在60 5 C下预热4h,去除材料表面吸附的水分，以避免护套断面气孔现象；3.2.3适当调整挤出滤网（2层、40+60目），减少机身压力，使物料能顺畅挤出；选用长径比、压缩比适当的挤塑机也尤为关键；3.2.4根据设备负荷，调整出线速度和螺杆转速，最好把螺杆转速调至额定转速的 90，主机电流调至额定电流的 80，使物料在机身 的压力不太高，塑化充分的条件下挤出；3.2.5严格控制好挤出机各区的温度及螺杆与机身的冷却，在保证物料充分、均匀的塑化的条件下适当降低挤出温度，避免因过热而导致 材料中填充助剂、阻燃消烟剂分解出低分子物质，从而产生气孔及外观不光滑等现象。3.2.6模具选配：护套挤制采用挤管式挤出，配模参照如下：D3=d1+（1.2l.5）D4=+（33.5）D3一护套模芯孔径mmD4一护套模套孔径mm。3. 3 辐照工序产品质量的要求 低烟无卤阻燃聚烯烃作为绝缘层和护套层，显然达不到光伏电缆的技术要求，要使产品耐环境能力增强，使用寿命长，就必须进行交联； 将热塑性聚烯烃材料转化为热固性聚烯烃材料，而一般的交联方式难以使材料达到要求的技术指标，只有选择电子辐照交联方式。经过 电子辐照后，改变了聚合物的化学结构；可熔性热塑材料转换为非可熔性弹性体材料，交叉链接辐射显著改善了电缆绝缘材料的热学特 性、机械特性和化学特性。3.3.1 辐照前检察每根电缆头的导体是否充分接地，严禁电缆在没接地的情况上辐照。 3.3.2 绝缘线芯及护套层辐照时吸收剂量以热延伸 试验合格为准。3.3.3经辐照的绝缘线芯、护套层表面应光洁，无油污，色泽无明显区别，不允许有擦伤。起毛、开裂、气泡等现象。印字清晰耐擦。 3.3.4辐照升降速时牵引和收线速度应与束流调节动作协调，避免过剂量或剂量不足3.3.5绝缘线芯、护套层辐照后需接地充分放电，并停放 48小时，方可转入下道工序。3. 4 工艺参数设计由于太阳能电缆使用的环境温度高，从绝缘、护套散热角度考虑，绝缘厚度和护套厚度不适宜过厚，但两者厚度均不应小于 0.5mm， 所以应根据使用环境和客户要求设计绝缘厚度，我公司生产的常规光伏电缆结构参数见表 2表2 常规光伏电璇琳构参数载面师：昂体外径nun芯数绝缘厚麼him护龚厚度mm成品外径.5I. 510.80,84.72.5L9710. 80.85, a2.51L0.80.65.7I63.09I0,90.86.5103. 9711.10,8165. 101L10.8S. 9256. 361L3I, 011.035?r 501 11.3J.012,1表 2 常规光伏电缆结构参数3.4.1 绝缘、护套厚度应均匀，偏心度不大于 10；3.4.2 绝缘应能从导体上剥离，且不伤害导体镀锡层：护套和绝缘应能分离。4 绝缘、护套材料技术指标由于光伏电缆的应用环境特殊性，所以在选择绝缘、护套材料时，应从多方面考虑材料的技术性能，不仅要具有良好的电气绝缘性能，而且还要具备高的机械强度和耐环境性能。我公司经过多次试料，最终选取了 150r无卤阻燃光伏电缆辐照绝缘料（型号FPV120 1） 和150r无卤阻燃光伏电缆辐照护套料（型号FPV120 2）,其性能忧异，满足了技术要求。 150r无卤阻燃光伏电缆辐照绝缘料（型 号FPV120 1）技术性能指标见表3, 150C无卤阻燃光伏电缆辐照护套料（型号FPV120 2）技术性能指标见表4茨3150-C无卤阴燃光伏电缆辐照绝塚料（型号FPV120-1）技术性能指标序号单付FPV12O-12Pfcll69泣5&方注1拉伸强度MPa7.03 65GB/T 10402斷裂伸长率%2 150M 125GB/T 10403新裂伸长率保留率（120-C. 25年%550,绕2D悸无开裂EN 602164空气箱热老化rxh180X168150X168GB/T 29514!持伸逐度变化率% -304.2斯裂伸长率变化率%M -305热廷伸(02MPa)CXnin200X15GB/T 29515. 1负荷下伸长率%W 100一5.2冷却后永久变形率%W 256奇温压力试验140r. 4h, k-0.6)%M 5