Материалы изоляции и оболочки кабелей постоянного тока для фотоэлектрических систем: техническое руководство.

При оценке кабелей постоянного тока для фотоэлектрических систем основное внимание обычно уделяется проводнику. Однако для длительной эксплуатации фотоэлектрических систем на открытом воздухе изоляция и внешняя оболочка имеют не меньшее значение.

Внешние слои кабеля постоянного тока для фотоэлектрических систем обычно делятся на две основные части:

• Изоляционный слой – непосредственно окружает проводник и в первую очередь обеспечивает электрическую изоляцию.
• Внешняя оболочка/куртка – самый внешний защитный слой, в первую очередь отвечающий за защиту от непогоды, ультрафиолетового излучения, истирания и механических повреждений.

Для стандартных фотоэлектрических кабелей, таких как H1Z2Z2‑K, можно выбирать различные материалы изоляции и оболочки в зависимости от требуемых электрических, экологических, механических характеристик и безопасности.

1. XLPE – сшитый полиэтилен

Сшитый полиэтилен (XLPE) — это хорошо зарекомендовавший себя изоляционный материал, широко используемый в силовых кабелях.

В результате процесса сшивания полиэтилен образует более стабильную молекулярную структуру. По сравнению с обычным полиэтиленом, сшитый полиэтилен (XLPE) обычно обеспечивает улучшенные характеристики:

• Термостойкость
• Характеристики электроизоляции
• Устойчивость к старению
• Химическая стойкость
• Размерная стабильность

В фотоэлектрических кабелях сшитый полиэтилен (XLPE) может использоваться как для изоляционного слоя, так и для внешней оболочки, в зависимости от конструкции и состава кабеля.

Однако следует сделать важное различие:
Обозначение XLPE не означает автоматически, что материал специально разработан для фотоэлектрических применений.

Для длительного использования фотоэлектрических систем на открытом воздухе состав материала также должен обеспечивать достаточную устойчивость к:

• УФ-излучение
• Озон
• Термическое старение
• Влажность
• Циклирование температуры
• наружное атмосферное воздействие

Таким образом, фактические характеристики зависят не только от базового полимера, но и от всего состава материала, а также от применимого стандарта кабеля.

2. XLPO – Сшитый полиолефин

Для современных фотоэлектрических кабелей сшитый полиолефин (XLPO) является важной категорией материалов.

XLPO расшифровывается как сшитый полиолефин. В отличие от одного конкретного полимера, XLPO обозначает семейство сшитых полиолефиновых материалов, состав которых может быть разработан для конкретных областей применения в кабельной промышленности.

Для фотоэлектрических применений составы XLPO могут быть оптимизированы для обеспечения следующих характеристик:

• Высокая устойчивость к УФ-излучению
• Устойчивость к озону
• Влагостойкость
• Термостойкость
• Устойчивость к низким температурам
• Хорошая электроизоляция
• Долговременная устойчивость к воздействию погодных условий на открытом воздухе
• Хорошая гибкость

По этой причине материалы на основе XLPO широко используются в современных конструкциях фотоэлектрических кабелей, в том числе в приложениях, связанных со стандартами кабелей PV1-F и H1Z2Z2-K.

Фотоэлектрический кабель может быть проложен в таких условиях, как:
Крыши → Монтажные конструкции для фотоэлектрических панелей → Наружные кабельные лотки → Наземные солнечные электростанции

В таких условиях кабель подвергается длительному воздействию:
Ультрафиолетовое излучение + высокая температура + перепады температуры + влажность + озон + дождевая вода

Одним из преимуществ XLPO является то, что его состав может быть специально разработан для противостояния этим воздействиям окружающей среды.

3. ПО – Полиолефин

Полиолефины (ПО) — это более широкое семейство материалов, включающее такие полимеры, как полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП).

В кабельной промышленности материалы на основе полиолефинов могут быть модифицированы и разработаны таким образом, чтобы обеспечивать:

• Хорошая электроизоляция
• Низкое водопоглощение
• Химическая стойкость
• Устойчивость к УФ-излучению
• Хорошая гибкость

Однако следует сделать важное различие:
Стандартный заказ на покупку (Standard PO) — это не то же самое, что и заказ на дополнительную покупку (XLPO).

XLPO подвергается процессу сшивания и обеспечивает улучшенную термическую стабильность, устойчивость к воздействию окружающей среды и долговременную работоспособность в сложных условиях.

Поэтому при покупке фотоэлектрических кабелей само по себе наличие термина «полиолефин» не обязательно означает, что в кабеле используется высокоэффективный материал, подходящий для фотоэлектрических систем. Всегда следует проверять полные технические характеристики материала и применимые стандарты для кабелей.

4. ПВХ – Поливинилхлорид

ПВХ (поливинилхлорид) — один из наиболее широко используемых изоляционных и оболочечных материалов в кабельной промышленности.

К его преимуществам относятся:

• Относительно низкая стоимость материалов
• Простая обработка
• Хорошая гибкость
• Хорошие механические характеристики
• Регулируемые огнезащитные свойства за счет изменения состава.

Однако для длительного использования в наружных фотоэлектрических системах ПВХ требует тщательного рассмотрения.

Длительное воздействие:
Ультрафиолетовое излучение + высокая температура + окисление + влажность
может привести к тому, что некоторые составы ПВХ будут испытывать следующие эффекты:

• Старение
• Закалка
• Взлом
• Деградация поверхности

Таким образом, стандартный ПВХ, как правило, не является предпочтительным материалом для длительной эксплуатации кабелей для фотоэлектрических систем на открытом воздухе. Тем не менее, ПВХ по-прежнему широко используется для кабелей внутри помещений и в тех областях применения, где требования к окружающей среде менее строгие.

5. ЭПР – этиленпропиленовый каучук

ЭПР (этиленпропиленовый каучук) — это эластомерный изоляционный материал.

К его основным характеристикам относятся:

• Отличная гибкость
• Высокая термостойкость
• Отличная влагостойкость
• Высокие показатели электроизоляции
• Устойчивость к озону
• Высокая устойчивость к старению под воздействием окружающей среды

Таким образом, эффект EPR важен в некоторых высокоэффективных силовых кабелях и кабелях специального назначения.

Одним из его ключевых преимуществ является способность поддерживать высокую производительность в следующих условиях:
Высокая температура + влажность + высокие требования к гибкости

Однако, в стандартных кабельных системах постоянного тока для фотоэлектрических систем материал EPR, как правило, встречается реже, чем материалы на основе полиолефинов.

6. ТПУ – термопластичный полиуретан

Термопластичный полиуретан (ТПУ) представляет собой особенно интересный материал для оболочки кабелей.

Его главные преимущества связаны с механической защитой, в том числе:

• Отличная износостойкость
• Сопротивление разрыву
• Маслостойкость
• Химическая стойкость
• Высокая гибкость
• Устойчивость к механическим повреждениям
• Хорошая гибкость при низких температурах

Таким образом, термополиуретан (TPU) может быть полезен для кабелей, подверженных многократным перемещениям, волочению, изгибам или механическому трению.

Типичные области применения могут включать:

• Мобильное оборудование
• Роботизированные системы
• системы слежения за солнцем
• Специализированное снаряжение для активного отдыха

Однако ТПУ не обязательно является стандартным материалом оболочки для всех конструкций фотоэлектрических кабелей.

7. LSZH / LS0H – Низкое дымообразование, нулевое содержание галогенов

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), также обозначаемый как LS0H, лучше понимать как категорию эксплуатационных характеристик материала, а не как конкретный вид пластика.

Его основная цель — сократить:
генерация дыма
Выбросы галогенсодержащих газов
во время пожара.

Материалы LSZH могут быть особенно актуальны для:

• Здания
• Внутренние электрические системы
• Зоны высокой заполняемости
• Туннели
• центры обработки данных
• Специализированные промышленные объекты

Типичные составы LSZH ориентированы на:
Низкое дымообразование + отсутствие галогенов + огнестойкость
вместо того, чтобы просто минимизировать материальные затраты.

Какие функции выполняет «внешний слой» фотоэлектрического кабеля?

Проще говоря, солнечный кабель — это:
Проводник проводит электрический ток, а изоляция и оболочка кабеля защищают электрическую систему.

Изоляция и оболочка выполняют несколько важнейших функций.

1. Электроизоляция

   Изоляционный слой отделяет проводник от внешней среды и помогает предотвратить:
   Короткие замыкания между проводниками, контакт с оборудованием, случайный контакт с человеком, ток утечки и замыкания на землю.

2. Выдерживаемое системное напряжение

   Например, кабель для фотоэлектрических систем на 1500 В постоянного тока должен сохранять стабильные характеристики электрической изоляции при длительном воздействии постоянного напряжения. Поэтому при выборе материала следует учитывать такие параметры, как: диэлектрическая прочность, сопротивление изоляции, объемное удельное сопротивление, устойчивость к длительному электрическому старению. Одной лишь механической прочности недостаточно для определения пригодности материала для высоковольтного фотоэлектрического кабеля.

3. Устойчивость к УФ-излучению

   Воздействие ультрафиолетового излучения — одно из главных отличий обычных кабелей от фотоэлектрических. Обычный кабель может прокладываться: внутри помещений / в трубах / в защищенных кабельных лотках. Фотоэлектрический кабель, однако, часто прокладывается непосредственно под солнечными лучами. Длительное воздействие может привести к сочетанию следующих факторов: УФ-излучение → нагрев → окисление → старение материала. Поэтому материалы для фотоэлектрических кабелей обычно требуют специальных составов, обеспечивающих длительную устойчивость к ультрафиолетовому излучению и воздействию погодных условий на открытом воздухе.

4. Устойчивость к температурным циклам

   Кабель солнечной батареи может подвергаться воздействию следующих температур: низкая температура утром → высокая температура в полдень → охлаждение ночью. Такие температурные циклы могут повторяться тысячи раз за весь срок службы солнечной установки. Поэтому материалы кабеля должны обеспечивать: термическую стабильность, устойчивость к тепловому старению, гибкость при низких температурах.

5. Водо- и влагостойкость

   Это особенно важно для: сельскохозяйственных фотоэлектрических систем, наземных солнечных электростанций, прибрежных проектов, условий высокой влажности, фотоэлектрических систем на крышах. Фотоэлектрические кабели могут подвергаться воздействию: дождевой воды + влажности + конденсата. Поэтому водопоглощение и долговременная влагостойкость являются важными параметрами материала.

6. Устойчивость к озону и старению под воздействием окружающей среды

   Наружные фотоэлектрические кабели подвергаются воздействию не только ультрафиолетового излучения, но и озона, а также других окислительных факторов окружающей среды. Со временем неподходящие материалы могут подвергаться следующим воздействиям: растрескивание поверхности → распространение трещин → снижение изоляционных свойств. По этой причине озоностойкость и устойчивость к старению под воздействием окружающей среды являются важными параметрами для долговременного использования наружных фотоэлектрических кабелей.

7. Механическая защита

   В процессе монтажа и эксплуатации фотоэлектрические кабели могут подвергаться: натяжению, изгибу, истиранию, сжатию, трению о монтажные конструкции, случайным скольжениям или ударам. Поэтому внешняя оболочка обеспечивает не только простую изоляцию, но и служит важным слоем механической защиты.

Практический способ понять, как выбирать материалы для фотоэлектрических кабелей.

В технической документации, предназначенной для компаний, занимающихся проектированием, закупками и строительством (EPC), производителей фотоэлектрических модулей, производителей кабельной проводки, дистрибьюторов и разработчиков солнечных проектов, лучше не ограничиваться утверждением, что какой-то один материал является «лучшим».

Более профессиональный подход заключается в оценке всего приложения в целом:

Выбор подходящего материала изоляции и оболочки зависит от условий монтажа, напряжения системы, температурного диапазона, механических нагрузок, требуемого срока службы и применимого стандарта кабеля.

Поэтому при закупке фотоэлектрических кабелей важно оценивать не только название полимера, но и полный состав материала, конструкцию кабеля, требования к испытаниям, сертификацию и предполагаемые условия применения.