光伏电站组件MC4插头连接6mm2多股铝合金线、4mm2多股铜线性能比对试验分析

张德乾

[摘要]为降低光伏电站投资建设成本，对4mm2多股铜线和6mm2多股铝合金线连接MC4插头制作样品的导电性能、温升和拉力进行了对比试验，以确定6mm2多股铝合金线是否满足替代4mm2多股铜线要求。测试MC4插头连接铜、铝合金芯线的直流电阻、温升、强度，分析插头接铜、铝合金芯线时数据变化，此次比对分析试验铜芯线和铝合金芯线样品各5组。

[关键词]光伏电站拉力载流能力

1问题的引出

为降低光伏电站投资建设成本，对4mm2多股铜线和6mm2多股铝合金线连接MC4插头制作样品的导电性能、温升和拉力进行了多次对比试验，主要检验6mm2多股铝合金线、4mm2多股铜线的抗外界拉力和载流能力，以确定6mm2多股铝合金线是否满足替代4mm2多股铜线要求。

2导电性能对比试验

2.1理论计算分析

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。在温度一定的情况下，公式如下：

其中R2为t2温度下的电阻值，R1为t1温度下的电阻值，T为温度常数（铜取235,铝取225），t1、t2为测试温度。试验测试温度为26℃，经温度换算公式计算得到26℃下4mm2铜线每米的直流电阻值为4.478mΩ，6mm2铝合金线每米的直流电阻值不超过5.071mΩ。

同时考虑光伏组件MC4插头的接触电阻为0.5mΩ，可得出温度为26℃时由1米4mm2铜线连接MC4插头制作样品理论计算直流电阻为4.978mΩ、1米6mm2铝合金线连接MC4插头制作样品理论计算直流电阻为5.571mΩ。

2.2直流电阻测试验证对比

使用横截面积为4mm2多股铜线、6mm2多股铝合金线与光伏组件MC4插头连接制作长度为1米的试验样品各5根，使用BZC3391B直流电阻测试仪对这10根样品进行直流电阻测试对比试验。

2.3接触电阻测试验证对比

使用横截面积为4mm2多股铜线、6mm2多股铝合金线分别连接光伏组件MC4插头制作样品各5组（20根），使用HLC5502回路电阻测试仪对这5组样品进行接触电阻测试进行对比试验。

2.4对比分析

2.4.1通过理论计算得出1米4mm2铜线连接MC4插头直流电阻为4.978mΩ，1米6mm2铝合金线连接MC4插头直流电阻不超过5.571mΩ。

2.4.2直流电阻试验数据中1米4mm2铜线连接MC4插头直流电阻平均值为5.046mΩ，1米6mm2铝合金线制成的MC4插头直流电阻平均值为4.939mΩ，6mm2铝合金线连接MC4插头直流电阻比4mm2铜线连接MC4插头直流电阻值小2.1%。

2.4.3接触电阻试验数据中，4mm2铜线连接MC4插头母头接触电阻平均值为194.0μΩ，4mm2铜线连接MC4插头公头接触电阻平均值为133.6μΩ，6mm2多股铝合金线连接MC4插头母头接触电阻平均值为325.5μΩ，6mm2多股铝合金线连接MC4插头公头接触电阻平均值为169.3μΩ。铜线连接MC4插头（公、母头）接触电阻小于铝合金线连接MC4插头（公、母头）接触电阻。

3、温升对比试验

3.1分别对样品施加光伏组件额定电流9.2A，测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度；

3.2分别对样品施加光伏组件短路电流11.5A（1.25倍的额定电流），测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度；

3.3分别对样品施加光伏组件的极限电流20A，测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度。

4、对比分析：

4.1实验可知：6mm2铝合金线连接MC4插头样品温升大于铜芯线样品，因此重点分析使用铝合金线时的温度是否满足设备的长期允许工作温度。

4.2用铝合金线时的温度是否满足设备的长期允许工作温度；

4.2.1光伏组件额定电流9.2A，60分钟时铝合金芯线样品温度稳定，平均温升2.4℃，最大温升3.1℃；

4.2.2光伏组件短路电流（1.25倍的额定电流）11.5A，60分钟时铝合金芯线样品温度稳定，平均温升3.5℃，最大温升4.1℃；

4.2.3光伏组件的极限电流20A，60分钟时温度稳定，铝合金芯线样品平均温升8.1℃，最大温升8.5℃；

4.2.41-F-LH的铝合金芯线长期允许工作温度应不超过125℃，MC4插头工作温度范围-40℃至125℃；

4.2.5青海境内历史最高温未突破40℃，以环境温度40℃及铝合金线芯样品最大温升8.5℃计算，忽略环境温度上升对温升的影响，使用铝合金线芯样品即使在极端条件下其工作温度为48.5℃，低于型号为PV1-F-LH的铝合金芯线和MC4插头的长期允许工作温度。

5、结论：

通过对4mm2铜线和6mm2铝合金线连接MC4插头制作样品的直流电阻、接触电阻、温升试验进行对比分析，导电性能方面两者并无特别明显的差别。1米4mm2铜线连接MC4插头的直流电阻大于1米6mm2铝合金线连接MC4插头的直流电阻，4mm2铜线制作样品的接触电阻小于6mm2铝合金线制作样品的接触电阻。铜、铝合金芯线与MC4插头连接部分的接触电阻测试值均远小于1米铜、铝合金芯线连接MC4插头时测试的直流电阻值。接触电阻的大小在运行中主要体现在导体的温升上，若以环境温度40℃考虑，忽略环境温度上升对温升的影响，对铝合金线样品施加光伏组件的极限电流20A，以持续60分钟最大温升8.5℃计算，使用6mm2铝合金线即使在极端条件下其工作温度低于型号为PV1-F-LH的铝芯电缆和MC4插头的长期允许工作温度。综上对比得出：在导电性能上，6mm2多股铝合金线可以满足替代4mm2多股铜线的要求。

通过对4mm2铜线和6mm2铝合金线连接MC4插头制作样品的拉力试验进行对比分析可知抗拉方面4mm2铜线制作的样品优于6mm2铝合金线制作的样品。6mm2铝合金线与MC4插头连接的制作工艺及MC4插头决定样品的强度，只要6mm2多股铝线与MC4插头连接紧固，6mm2多股铝合金线及其连接部位抗拉能力就不低于MC4插头的抗拉能力。

参考文献:

1《电力电缆试验与检测技术》中国电力出版社韩伯锋

2《金属学与热处理原理》哈尔滨工业大学出版社崔忠圻刘北兴

3《电力设备预防性试验规程》DL/T596-1996