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MC4連接器:光伏直流接頭安裝的痛點
編輯:東莞美樺電子   發布時間:2018-08-24

     隨著近幾年分布式特別是戶用光伏市場的快速發展,系統的質量問題愈發突出。光伏系統發生火災,不僅會給行業帶來負面影響,而且還涉及人身安全。據國外一份調研報告,連接器互插和連接器不規范安裝排在火災原因第1和第3位。本文著重分析連接器的不規范安裝,尤其是光伏電纜與連接器金屬芯的壓接問題。

1. 市場現狀

    在一個光伏發電系統中,光伏連接器主要應用于組件、匯流箱、逆變器以及它們之間的連接,其中大多數是在工廠內安裝,壓接質量相對可靠。剩余還有10%左右的連接器需要在工程現場依靠手工安裝,主要指連接各設備的光伏電纜兩端需要安裝連接器。根據多年客戶走訪的經驗,由于現場安裝工人缺少培訓以及不采用專業的壓接工具,壓接不規范現象普遍存在,如下所示。

圖1:不規范壓接案例


2. 金屬芯的類型及特點


     金屬芯是連接器組成的主體,也是最主要的通流路徑。目前市場上絕大多數的光伏連接器采用的是“U”型金屬芯,它是由銅片沖壓成型的,也稱為沖壓型金屬芯。得益于沖壓工藝,“U”型金屬芯不僅生產效率高,而且可以成鏈條式排布,非常適合自動化線束生產。

     部分光伏連接器采用“O”型金屬芯,它是由細銅棒兩端鉆孔成型,也稱為機加工型金屬芯。“O”型金屬芯只能單個壓接,不適合自動化設備使用。

圖2:金屬芯類型


     還有一種極為少見的金屬芯是免壓接的,它靠彈簧片和電纜連接。由于不需要壓接工具,所以安裝相對簡單方便。但是,彈簧片連接會導致接觸電阻較大,且不能保證長期可靠性。一些認證機構也不認可此種金屬芯。



生產效率

專業要求

“U”型

需專業壓接鉗、對工人素質有一定要求

“O”型

偏低

簧片卡接

工程安裝相對簡單,但可靠性較低                

表1:不同金屬芯特點

3. 壓接基礎知識

     壓接是一種最基本和常見的連接技術。不計其數的壓接,每天都在發生。同時,壓接已經被證明是一種成熟可靠的連接技術。


3.1 壓接過程

     壓接的可靠性很大程度上取決于工具和操作,兩者共同決定了最后的壓接效果是否滿足標準的要求。以“U”型金屬芯為例,其基本上是銅鍍錫的材質,需要通過壓接和光伏電纜連接,其壓接過程如下所示:

圖3:壓接過程


     不難看出,“U”型金屬芯壓接是一個隨著壓接高度逐漸減少(同時壓接力逐漸增加),銅片包裹電纜銅絲逐漸壓縮的過程。在這個過程中,對壓接高度的管控直接決定了壓接品質的好壞。壓接寬度的管控不是很重要,因為壓接模具決定了寬度值。


3.2 壓接高度


    很多人知道壓接太松或者太緊都不好,那么隨著壓接的進行,應該將壓接高度控制在多少呢?另外,兩個重要的質量指標即拉脫力和導電性在此過程中如何變化?

圖4:拉脫力與壓接高度


     隨著壓接高度的逐漸減小,電纜和金屬芯之間的拉脫力會逐漸增加,直至達到上圖中的“X”點。如果壓接高度持續減小,那么拉脫力反而會因為銅絲的結構被逐漸破壞而持續降低。

圖5:導電性與壓接高度


上圖描述了壓接的長期電氣特性,數值越大說明導電性能越好,電纜和金屬芯連接的電氣特性越好。“X”表示最佳點。


如果把上面兩條曲線疊加在一起,我們很容易得到一個結論:

最佳的壓接高度只能是綜合考慮拉脫力和導電性,在兩個最佳點之間的區域內取值,如下所示。



圖6:壓接高度、機械性能與電性能


3.3 壓接質量評判

行業內通常采用的評判方式如下:

■ 壓接高度/寬度,在定義的范圍內,用游標卡尺可測量


■ 拉脫力,即把銅絲從壓接處拉出來或拉斷所需要的力,比如4mm2電纜,IEC 60352-2要求至少達到310N


■ 電阻,以4mm2電纜為例,IEC 60352-2要求壓接處電阻小于135微歐


■橫截面分析,無損切斷壓接區,分析寬度、高度、壓縮率、對稱性、有無開裂和毛邊等



如果是釋放新設備或新壓接模具,除了上述幾點,還需要監控溫度循環條件下的電阻穩定性,參考標準IEC 60352-2。


3.4 壓接工具


絕大多數的光伏連接器是在工廠內通過自動化設備完成安裝的,壓接質量較高。但是,對于不得不在工程現場安裝的連接器,壓接只能通過壓接鉗完成。壓接必須使用原廠專業壓接鉗,普通的老虎鉗或者尖嘴鉗不能用于壓接,一方面壓接質量低下,另外這也是不被連接器廠商和認證機構認可的方式。


圖7:壓接工具


3.5 不規范壓接危害

壓接不良可能導致不符合規范標準、不穩定的接觸電阻以及密封性失效。它是影響光伏電站整體功能和盈利能力的一個很大風險點。

4. 小結

連接器是小部件,卻會影響光伏項目的運營效率。與質量妥協,通常意味著后續的高損失和風險,而它們本可避免。


光伏連接器的安裝,壓接環節是重中之重,建議使用專業的壓接工具。對于工程安裝人員來說,進行壓接培訓是一個必不可少的環節。



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