圖1：國內光伏電站連接器燒毀案例 

 

之前，國外知名機構 Fraunhofer ISE和TÜV聯合對光伏係統火災原因調查後發現排在第一位和第三位的火災原因都與連接器有關。

 

Source: Results of FMEA-Analysis ”PV-Brandschutz” Project Fraunhofer ISE&TÜV

 

 

發生火災的根本原因就在於：

 

通流情況下連接器的電阻增大導致溫升增加並超出 塑料外殼及金屬件所能承受的溫度範圍從而引發火災。因此，連接器的失效並引發火災是由塑料外殼和金屬件共同作用的結果。

 

本文從金屬件、密封性及絕緣材料的選擇三個方麵分析失效原因進行分析,將根據現有樣品情況著重分析這兩方麵並從理論上闡述導致接觸電阻增大的根本原因
，參照圖2。

 

圖2：光伏連接器失效樣品分析樹形圖

 

1 金屬件部分造成的失效分析

 

金屬件是連接器組成的主體，也是最主要的通流路徑。在各種環境下運行時，穩定的電阻就是保障連接器正常工作的前提條件。

 

通常意義上連接器的接觸電阻R（圖3）由3部分組成

，即Rco、金屬件內阻及Rcr。

 

圖3：連接器接觸電阻R示意圖（插合狀態）

 

對所有的樣品進行初步外觀分析後發現，連接器燒毀的部位主要存在於連接器的中間部分（即A-B段，記為Rco）及兩端壓接部分（即C-D段，記為Rcr）（見圖4）。

 

圖4：光伏連接器示意圖

 

1、電阻Rco的失效分析

 

電阻Rco是連接器對插後金屬件搭接部分的電阻。如果Rco不正常增大就會導致溫度升高，進而導致連接器中間部位引發火災，見圖5。

 

圖5  

 

導致Rco不正常增大的原因主要有如下三個：

 

1）安裝不到位

 

安裝不到位是引起Rco增大的主要因素之一。每個公司的連接器插合後為了能保證通流，A-B段（圖2）的de搭da接jie長chang度du是shi一yi定ding的de，目mu的de就jiu是shi為wei了le保bao證zheng兩liang個ge金jin屬shu件jian完wan全quan接jie觸chu。如ru果guo在zai連lian接jie器qi的de組zu裝zhuang過guo程cheng中zhong出chu現xian安an裝zhuang不bu到dao位wei的de情qing況kuang則ze金jin屬shu件jian的de插cha合he就jiu會hui出chu現xian異yi常chang
，如ru圖tu6。

 

圖6：插合到位（剖麵）

 

由於Rcodeshijiyingyongzhichaochuleshejizhi

，yincitongyangdedianliuzaigaibuweichanshengdereliangjiuhuizengjiajinerdaozhiwendushenggao，zhezhongzhuangkuanghaihuiyinweigaowensuodaozhiyixiliehouguo（例如氧化、老化等等）而進一步加劇。這種惡性循環所帶來的最終結果就是連接器燒毀。

 

2）不同公司的連接器互插       

 

各ge公gong司si的de連lian接jie器qi互hu插cha現xian象xiang在zai電dian站zhan應ying用yong中zhong普pu遍bian存cun在zai，拜bai訪fang很hen多duo電dian站zhan後hou會hui發fa現xian有you的de電dian站zhan一yi個ge陣zhen列lie竟jing然ran有you三san種zhong連lian接jie器qi互hu插cha的de情qing況kuang，而er且qie許xu多duo電dian站zhan業ye主zhu和he組zu件jian廠chang商shang並bing沒mei有you意yi識shi到dao其qi危wei害hai性xing，甚shen至zhi很hen多duo連lian接jie器qi廠chang商shang都dou宣xuan稱cheng可ke與yuMC4互插。

 

其實這是一個很大的誤區。UL
、TÜV認證機構都明確說明不同廠家生產的連接器是不能互插的，同時澳大利亞光伏安裝標準AS5033也明確說明一個電站中不允許兩種廠家的連接器互插。不同廠家的連接器可以“compatible”說法是不被接受的。

 

為什麼不同廠家的連接器不能互插？

 

互hu插cha無wu法fa保bao證zheng通tong流liu的de根gen本ben原yuan因yin是shi無wu法fa保bao證zheng核he心xin元yuan器qi件jian的de長chang期qi有you效xiao接jie觸chu。同tong時shi，不bu同tong廠chang家jia的de外wai殼ke與yu密mi封feng件jian配pei合he時shi也ye會hui因yin為wei尺chi寸cun及ji公gong差cha方fang麵mian的de原yuan因yin而er造zao成cheng原yuanIP等級失效
，從而對連接器使用中內部的環境造成傷害並導致失效。

 

此外，盡管有些連接器在與MC4huchahoudianzuzengjiabumingxian，danzhetongyangbunengbaozhenghuchalianjieqizaijingguojigeyueshenzhijinianzhihoudianzudewendingxing。zheyejiushidabufenbutongchangjiadelianjieqizaihuchabingshiyongyiduanshijianhoucaifashengwentideyuanyin。  

 

對連接器進行TC200（通額定電流）+DH1000的長期性測試。

 

剔除由於互插導致的失效連接器外，有效結果如圖7所示。很明顯，互插的不同連接器接觸電阻試驗後迅速增加
，且增加趨勢並未停止。而MC4公母端插合後接觸電阻雖然有小幅的增加但之後趨於穩定，而連接器接觸電阻的持續穩定性對於光伏電站安全高效的運行至關重要。

 

圖7：不同連接器互插測試結果

 

再對連接器進行短時間大電流（3-5分鍾
、100A通流）測試，如圖8所示。

 

圖8：不同連接器互插的極限測試 

 

從圖8中可以看出：3分鍾時互插的不同廠家連接器溫度已達到160℃
，功率損失為700多瓦且外殼已經出現變形特征；4分鍾後互插的連接器外殼開始冒煙，而內部溫度最高也達到了200℃以上，功率損耗也持續增加；5分鍾後，互插的連接器已開始冒濃煙，功率損耗已達到800瓦，這時候連接器已接近失火狀態。

 

而與之形成鮮明對比的是MC4自身公母頭插合後的測試結果：除了溫度有初始的90℃升高到135℃及功率損失由69W升高到73W外，外觀並無明顯的變化。

 

當然這種狀態也不會持續太長時間
，因為畢竟是100A的極限通流測試。但該測試卻從正麵直觀的反映出互插帶來的潛在威脅。

 

2、電阻Rcr的失效分析

 

壓接電阻Rcrzhuyaoshiyuyajiezhiliangheyajiegongyiyouguan。womenkeyitongguoyasuobijiyajiepoumianlaipanduanyajiezhiliangdehaohuai。haodeyajieyaoqiupoumianjinmibunengliuyoukongxi，tongshiwaixingguizheng（參考圖9）。對於常用的4mm2電纜壓接，壓接處的接觸電阻，標準IEC2742/05也提出了小於0.2mΩ的要求，而IEC60352-2則規定壓接端的拉出力要大於310N。

 

圖9：好的壓接（左）VS差的壓接（右）

 

涉(she)及(ji)到(dao)壓(ya)接(jie)工(gong)藝(yi)時(shi)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)剝(bo)線(xian)環(huan)節(jie)
，標(biao)準(zhun)中(zhong)對(dui)於(yu)在(zai)剝(bo)線(xian)中(zhong)切(qie)斷(duan)的(de)銅(tong)絲(si)數(shu)是(shi)有(you)嚴(yan)格(ge)規(gui)定(ding)。如(ru)果(guo)切(qie)斷(duan)的(de)銅(tong)絲(si)較(jiao)多(duo)就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)壓(ya)接(jie)及(ji)通(tong)流(liu)質(zhi)量(liang)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)較(jiao)高(gao)的(de)溫(wen)升(sheng)。而(er)在(zai)失(shi)效(xiao)的(de)樣(yang)品(pin)中(zhong)我(wo)們(men)發(fa)現(xian)：電纜在壓接前內部很多銅絲已被剪斷（見圖10）。

 

圖10：壓接端銅絲斷裂

 

為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)好(hao)的(de)壓(ya)接(jie)質(zhi)量(liang)，我(wo)們(men)建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)廠(chang)家(jia)提(ti)供(gong)的(de)正(zheng)規(gui)剝(bo)線(xian)工(gong)具(ju)及(ji)壓(ya)接(jie)工(gong)具(ju)。同(tong)時(shi)建(jian)議(yi)安(an)裝(zhuang)時(shi)要(yao)由(you)連(lian)接(jie)器(qi)廠(chang)家(jia)專(zhuan)業(ye)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)做(zuo)係(xi)統(tong)詳(xiang)細(xi)的(de)培(pei)訓(xun)。

 

2 密封性能造成的失效分析

 

連接器由於處於戶外，因此對於密封性能有著嚴格的要求。

 

例如有些連接器就達到了IP65和IP68的de防fang護hu等deng級ji。由you於yu連lian接jie器qi是shi與yu電dian纜lan匹pi配pei連lian接jie
，因yin此ci當dang涉she及ji到dao密mi封feng性xing時shi，電dian纜lan的de選xuan擇ze就jiu變bian的de非fei常chang重zhong要yao。一yi般ban來lai說shuo不bu同tong的de連lian接jie器qi型xing號hao會hui對dui應ying不bu同tong的de電dian 纜外徑
，其目的就是保證密封性能。

 

例如MC4連接器可匹配3-9mm外徑（導體截麵積1.5-10mm2）的光伏電纜
，其對應的型號卻高達6種。為了驗證電纜的匹配性
，在連接器組裝好之後還要對其進行相關的測試，例如IP測試、濕絕緣測試及耐壓測試等等。

 

而在失效的樣品中就有兩個是用了不同的電纜，且外徑相差懸殊。圖11 中的左側圖連接器一側用的是光伏電纜（黑色），外徑為6mm，而另一側則是用的  普通線纜（藍色），外徑僅為4mm。將(jiang)藍(lan)色(se)電(dian)纜(lan)端(duan)的(de)螺(luo)帽(mao)擰(ning)開(kai)後(hou)發(fa)現(xian)可(ke)能(neng)由(you)於(yu)密(mi)封(feng)不(bu)夠(gou)竟(jing)采(cai)用(yong)了(le)紅(hong)色(se)塑(su)料(liao)片(pian)填(tian)充(chong)。在(zai)該(gai)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)連(lian)接(jie)器(qi)是(shi)很(hen)難(nan)保(bao)證(zheng)其(qi)密(mi)封(feng)性(xing)
，因(yin)此(ci)
，在(zai)戶(hu)外(wai)應(ying)用(yong)時(shi)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)進(jin)水(shui)進(jin)塵(chen)，從(cong)而(er)破(po)壞(huai)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)，進(jin)而(er)引(yin)發(fa)火(huo)災(zai)。

 

圖11 中的右側圖連接器的一端是黑色的光伏電纜，外徑為6.1mm，而另一端則用了紅色的普通電纜且外徑僅為3.9mm。

 

 

3 這可輸入標題絕緣材料造成的失效分析

 

絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇(ze)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)了(le)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)質(zhi)量(liang)。好(hao)的(de)連(lian)接(jie)器(qi)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)，而(er)是(shi)否(fou)合(he)適(shi)主(zhu)要(yao)是(shi)通(tong)過(guo)連(lian)接(jie)器(qi)使(shi)用(yong)要(yao)求(qiu)來(lai)確(que)定(ding)的(de)，例(li)如(ru)材(cai)料(liao)的(de)耐(nai)候(hou)性(xing)能(neng)
、耐熱性能
、阻燃性能
、機械性能、絕緣性能等
，光伏連接器絕緣材料的選擇是這幾項性能綜合考慮的結果。選擇合適的材料才能降低產品在較高的溫升下的失火概率。

 

ciwai
，duiyuguangfulianjieqilaishuoshibukeyishiyonghuiliaode。zhisuoyizhemeshuoshiyinweihuiliaodeshiyongyouqijiqiyangedeguidinghechanpinjianyancuoshi，zhiyouzheyangcainengbaozhengqichanpindexingnengbuhuixiajianghenduo。erguangfulianjieqizaihenduodekehuduanshiyaoqiushiyong25年以上
，這就意味著對材料提出了非常高的要求。

 

雖然使用回料可降低產品成本


，但卻增加了產品在使用端的失效概率，因此連接器廠商應該加以杜絕。

 

4 失效總結

 

光guang伏fu連lian接jie器qi在zai光guang伏fu電dian站zhan中zhong占zhan的de成cheng本ben比bi重zhong較jiao低di，但dan卻que是shi關guan鍵jian部bu件jian。前qian期qi電dian站zhan建jian設she時shi，連lian接jie器qi引yin發fa的de故gu障zhang風feng險xian往wang往wang不bu受shou重zhong視shi，但dan是shi後hou期qi卻que會hui成cheng為wei電dian站zhan運yun維wei的de痛tong點dian。

 

因連接器失效而造成的運維成本包括發電量收益損失、備品備件成本
、人(ren)力(li)成(cheng)本(ben)以(yi)及(ji)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)

，這(zhe)些(xie)運(yun)維(wei)成(cheng)本(ben)最(zui)終(zhong)都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)站(zhan)的(de)投(tou)資(zi)回(hui)報(bao)。質(zhi)量(liang)可(ke)靠(kao)且(qie)由(you)豐(feng)富(fu)生(sheng)產(chan)組(zu)裝(zhuang)經(jing)驗(yan)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)提(ti)供(gong)的(de)光(guang)伏(fu)連(lian)接(jie)器(qi)是(shi)保(bao)證(zheng)光(guang)伏(fu)電(dian)站(zhan)正(zheng)常(chang)穩(wen)定(ding)運(yun)轉(zhuan)的(de)基(ji)礎(chu)之(zhi)一(yi)，而(er)電(dian)站(zhan)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)則(ze)是(shi)保(bao)證(zheng)業(ye)主(zhu)最(zui)大(da)收(shou)益(yi)的(de)前(qian)提(ti)之(zhi)一(yi)。

 

來源：智彙光伏