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家用分布式光伏系統為什么要采用銅電纜而不用鋁電纜

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在家用光伏系統中,為了降低電量損耗,保障人們生命財產(chǎn)安全,延長(cháng)系統壽命,建議采用銅電纜。

鋁線(xiàn)比銅線(xiàn)容易起火

在電氣線(xiàn)路中,鋁線(xiàn)起火的危險要遠大于銅線(xiàn)。其實(shí),鋁線(xiàn)的起火不在鋁線(xiàn)自身而是在于鋁線(xiàn)的連接。與銅線(xiàn)相比,鋁線(xiàn)連接起火危險大的原因有以下幾點(diǎn):

1)銅鋁接頭易出現電化學(xué)腐蝕

光伏組件,逆變器和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)之間要用電纜連接,而組件MC4接頭,光伏逆變器輸出接線(xiàn)端子,并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)端子都是用銅芯做的,銅和鋁能直接連接,當需要連接時(shí),要采用銅鋁過(guò)渡線(xiàn)夾,銅鋁過(guò)渡接頭再連接。但目前的銅鋁接線(xiàn)頭,一般都是大功率的,而家用分布式光伏一般都是2-30KW之間,采用2.5-10mm銅線(xiàn),市面上這種銅鋁接線(xiàn)頭非常少。實(shí)際上使用鋁線(xiàn)的安裝商,都是想省成本的,根本不會(huì )去用銅鋁接頭。

銅鋁直接連接,就會(huì )形成了一種化學(xué)電池,這是由于鋁易于失去電子成為負極,銅難以失去電子成為正極,于是在正負極之間就形成了一個(gè)1.69V的電動(dòng)勢,并有一個(gè)很小的電流通過(guò),腐蝕鋁線(xiàn),即電化學(xué)腐蝕。這樣就會(huì )引起銅鋁之間接觸不良,接觸電阻增大。當有電流通過(guò)時(shí),將使接頭部位溫度升高,而溫度升高且更加速了接頭腐蝕,增加了接觸電阻,造成惡性循環(huán),直至燒毀。

2)鋁線(xiàn)表面易在空氣中氧化。

凡導體表面都或多或少地存在膜電阻。若膜電阻引起連接處過(guò)熱,過(guò)熱又使膜電阻增大,導電情況就越惡化,而鋁線(xiàn)連接中這類(lèi)過(guò)熱的情況尤為嚴重。這是因為鋁線(xiàn)表面即使刮擦光潔,它只需在空氣中暴露數秒鐘即可被氧化而立即形成一層氧化鋁薄膜。其厚度雖只幾個(gè)微米,但卻具有很高的電阻率,從而呈現較大的膜電阻。因此在鋁線(xiàn)施工連接時(shí),應在刮擦干凈鋁線(xiàn)表面后立即涂以導電膏,以隔斷鋁線(xiàn)連接表面與空氣的接觸,不然將增大接觸電阻。

3)易被氯化氫腐蝕。

對于PVC絕緣的鋁芯電線(xiàn)、電纜,還可能出現另一個(gè)問(wèn)題。為阻止PVC絕緣分解出氯化氫氣體,PVC絕緣內添加有阻止分解氯化氫的穩定劑。但當線(xiàn)路溫度超過(guò)75℃時(shí),例如發(fā)生線(xiàn)路過(guò)載或因其他原因而使連接處溫度過(guò)高時(shí),穩定劑就不再能阻止氯化氫的形成,而氯化氫是要腐蝕鋁的,這同樣也將增大接觸電阻和起火危險。

4)高膨脹系數。

鋁的膨脹系數高達23×10-6/℃,比銅大39%,比鐵大97%。當鋁線(xiàn)與這兩種金屬導體連接并通過(guò)電流時(shí),連接點(diǎn)因存在接觸電阻而發(fā)熱。這三種導體都膨脹,但鋁比銅、鐵膨脹更多,從而使鋁線(xiàn)受擠壓。線(xiàn)路斷電冷卻后鋁線(xiàn)稍許壓扁而不能完全恢復原狀,這樣就在連接處出現空隙而松動(dòng),并因進(jìn)入空氣而形成氧化鋁薄膜,這樣就使接觸電阻增大。下次通電時(shí)發(fā)熱將更劇,使情況更為惡化,嚴重時(shí)可能因產(chǎn)生異常高溫或進(jìn)發(fā)電火花而引燃起火。為此大截面積的鋁導體與銅、鐵導體連接時(shí)應配置過(guò)渡接頭。小截面積(不大于6mm2)鋁線(xiàn)的連接則應采用彈簧壓接帽,這樣無(wú)論連接處是否通電,有無(wú)發(fā)熱,連接接觸面都處于彈簧的壓力下而使空氣和潮氣無(wú)隙可入,從而保持連接的導電良好。

綜合性能銅比鋁更具優(yōu)勢

導體性能上,銅具有絕對優(yōu)勢。從導電性能方面看,鋁導體的導電率只有銅導體的60%左右,鋁合金導體要更差些。在抗氧化腐蝕能力方面,由于銅鋁元素有不同的原子結構,鋁的化學(xué)性能比銅要活潑得多,因此鋁導體的抗氧化腐蝕能力比銅導體要差得多,無(wú)論是純鋁還是鋁合金導體都一樣,因此其起火概率大約為銅導體的10倍左右。在抗電化腐蝕能力方面,鋁的電極電位比銅的要低得多,鋁導體因而很容易被電化腐蝕,特別是在鋁導體與銅導體或其它導體相接觸的情況下。從熱膨脹角度來(lái)看,鋁導體的線(xiàn)性膨脹系數遠大于銅導體,無(wú)論是純鋁還是鋁合金導體的熱膨脹系數基本是一樣的,這會(huì )導致熱脹冷縮后的接觸不良,甚至產(chǎn)生接觸不緊密、氧化發(fā)熱等事故,并且會(huì )惡性循環(huán)。從抗張強度和抗蠕變能力角度看,從極限抗張強度和屈服抗張強度來(lái)比較,銅導體最好,純鋁導體最差,鋁合金相比純鋁有較大的改進(jìn),但仍不及銅導體。綜合幾個(gè)方面的主要性能來(lái)看,無(wú)論是導電性能、機械性能還是耐腐蝕性能,均為銅優(yōu)于鋁及鋁合金。

電力電纜的經(jīng)濟選型主要考慮整個(gè)全生命周期(30)年投資和損耗費用之和最小的選項。在線(xiàn)路運行過(guò)程,30年的損耗所耗費的成本要遠遠高于初期投資建設的費用,在經(jīng)濟效益上,鋁芯電纜具有優(yōu)勢。但銅導體由于其導電率高、電阻小,平均損耗要低于鋁導體和鋁合金導體。

銅可以回收,當銅電纜不再使用后,銅仍然可以回收再生,還有利用價(jià)值,而鋁不能回收利用,當鋁電纜不再使用后,沒(méi)有任何價(jià)值。

逆變器的輸出防水接頭,其線(xiàn)徑也是按照銅線(xiàn)來(lái)設計的,如果采用鋁線(xiàn),則需要大一型號的線(xiàn)。如30KW逆變器,設計輸出使用10平方的銅線(xiàn),用鋁線(xiàn)則需要16平方,線(xiàn)纜面積增加,而防水接線(xiàn)端子面積有限,有可能容不下。

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