Typy kabli PV DC: H1Z2Z2-K, IEC 62930 i PV1-F

Krótka odpowiedź: Trzy nazwy kabla DC fotowoltaicznego pochodzą z trzech różnych systemów. H1Z2Z2-K to europejskie oznaczenie zharmonizowane, IEC 62930 to międzynarodowa norma dotycząca kabli, a PV1-F to oznaczenie produktu wywodzące się z prywatnego programu badawczego. Każda litera w H1Z2Z2-K określa właściwość: bezhalogenowa izolacja usieciowana, bezhalogenowa powłoka usieciowana, giętki przewód wielodrutowy. Żadna z tych trzech nazw nie mówi nic o grubości miedzi i żadna z nich nie jest marką. Tym, co odróżnia kabel fotowoltaiczny od przewodu budowlanego, jest mieszanka otaczająca miedź oraz badania, którym poddano gotowy kabel.

Każdy, kto zamawiał kabel do elektrowni, zauważył, że strona DC nigdy nie używa znanych nazw przewodów budowlanych. Zamówienie dotyczy H1Z2Z2-K, albo czegoś opisanego jako spełniające IEC 62930, albo PV1-F. Nazwy wyglądają jak kody produktów, bo w przybliżeniu dwie z nich nimi są, ale pochodzą z trzech różnych systemów, a różnice między tymi systemami ujawniają się później, w korytku kablowym lub na dachu.

Zamieszanie jest zrozumiałe. Kabel fotowoltaiczny to miedź, izolacja i powłoka, dokładnie jak przewód budowlany, a miedź nie jest tu najciekawszym elementem. Strona DC elektrowni pracuje przy wysokim napięciu, które nigdy nie przechodzi przez zero. Kabel leży w bezpośrednim słońcu przez dziesięciolecia i nagrzewa się w skrzynce przyłączeniowej latem. Ochładza się także poniżej zera w zimowe noce i jest przeciągany przez korytka i wokół narożników podczas instalacji. Decyzje materiałowe, które to wytrzymują, różnią się od decyzji materiałowych sensownych wewnątrz ściany.

Ten artykuł dotyczy czytania nazw oraz interfejsu, w którym te nazwy muszą się zgadzać z czymś innym na module: złączem i skrzynką przyłączeniową, do której przymocowany jest kabel.

Jedno zadanie, trzy systemy nazewnictwa

Nazwa kabla może pochodzić z systemu krajowego lub regionalnego zharmonizowanego w kilku krajach, z normy międzynarodowej albo z prywatnego programu badawczego prowadzonego przez jednostkę certyfikującą. Wszystkie trzy trafiają do tego samego projektu i nie są wymiennymi etykietami tego samego dokumentu.

Praktyczną konsekwencją jest to, że dwa kable o różnych nazwach mogą oba być właściwe dla strony DC, podczas gdy trzeci kabel o znanej nazwie wcale nie jest właściwy. Porównywanie ich oznacza pytanie, do jakiego systemu należy nazwa, a następnie pytanie, co kabel faktycznie musiał przejść, aby ją uzyskać.

Czytanie H1Z2Z2-K litera po literze

Oznaczenie zharmonizowane jest najbardziej czytelne z trzech, ponieważ każdy znak niesie jedną decyzję. Wiodące H oznacza typ zharmonizowany w systemach europejskich, a nie typ krajowy. Cyfra 1 to klasa napięcia, a nie przekrój i nie prąd znamionowy. Dwa wpisy Z opisują izolację i powłokę: Z oznacza bezhalogenową mieszankę usieciowaną, a cyfra 2 wskazuje konkretną rodzinę materiałów. Myślnik i K na końcu opisują przewód: giętka, wielodrutowa miedź, przeznaczona do zginania i do zaciskania w styku.

Warto wyróżnić dwa szczegóły, bo to one są pomijane. Po pierwsze, dwa wpisy Z są odrębne: kabel może mieć bezhalogenową izolację i inną powłokę, a oznaczenie mówi, czy obie były objęte. Po drugie, K to stwierdzenie o budowie przewodu, które sprawia, że kabel dobrze się układa w skrzynce przyłączeniowej i prawidłowo się zaciska w złączu. Giętki przewód wielodrutowy ma też większą powierzchnię przy tym samym przekroju i zachowuje się inaczej pod zaciskiem śrubowym niż żyła jednodrutowa.

Tym, czego oznaczenie nie zawiera, jest przekrój. Wybiera się go osobno, na podstawie prądu płynącego w łańcuchu, spadku napięcia, na który projektant się zgadza, oraz sposobu instalacji kabla. Korytko kablowe w swobodnym przepływie powietrza i przepust wewnątrz ściany nie oddają ciepła w ten sam sposób, więc ten sam przekrój nie przenosi tego samego prądu w obu miejscach. Nic w zharmonizowanej nazwie nie zdejmuje tego obliczenia z biurka projektanta.

Czego wymaga norma międzynarodowa

IEC 62930 jest napisana dla zastosowania, a nie dla kraju. Określa budowę kabla, a następnie określa program badań, które gotowy kabel musi przetrwać, co ma znaczenie, gdy trzymasz dwa podobnie wyglądające kable i próbujesz zdecydować, czy to ten sam produkt.

Zestaw badań dotyczy środowiska, w którym kabel faktycznie żyje. Starzenie atmosferyczne i ekspozycja na promieniowanie UV działają na powierzchnię zewnętrzną. Wilgotne ciepło i starzenie termiczne działają na materiał w czasie. Odporność na rozpuszczalniki i oleje ma znaczenie, bo kabel na dachu styka się z rzeczami, z którymi kabel w ścianie nigdy nie ma kontaktu. Zginanie na zimno sprawdza, co się dzieje, gdy tę samą powłokę trzeba uformować w temperaturze znacznie niższej od tej, w której była wytłaczana. Odporność na ozon i próba wytrzymałości napięciowej DC zamykają listę. Oznaczenie bezhalogenowe dodaje zachowanie materiału w ogniu: czego nie uwalnia i ile dymu oraz gazu kwaśnego wytwarza.

Nazwa na powłoce może więc wskazywać jeden system, podczas gdy dowody za nią stojące dotyczą innego. Kabel może być oznaczony H1Z2Z2-K i być zakwalifikowany do międzynarodowego programu badań albo być oznaczony własnym kodem typu producenta i również być zakwalifikowany. Dlatego specyfikacja, która wymienia normę i żąda raportu z badań, jest mocniejsza niż specyfikacja, która podaje oznaczenie i na tym poprzestaje.

Warto też wiedzieć, że handlowy skrót dla normy międzynarodowej sam może powodować zamieszanie. W niektórych materiałach zamówieniowych zobaczysz normę zapisaną jako IEC 131. Nie istnieje odrębna norma o takim znaczeniu: numer to 62930, a skrót jest przyzwyczajeniem, a nie drugą specyfikacją.

Dlaczego zwykły przewód instalacyjny zawodzi na dachu

Awaria przewodu instalacyjnego w powłoce z polichlorku winylu na zewnątrz nie jest zagadką i nie przebiega w nieszkodliwy, stopniowy sposób. Mieszanka zawiera plastyfikator, który utrzymuje jej elastyczność. Po latach działania ciepła i światła słonecznego plastyfikator migruje na zewnątrz, a składnik ultrafioletowy światła słonecznego rozrywa łańcuchy polimerowe na powierzchni. Powłoka traci elastyczność, kredowacieje, a następnie twardnieje. Gdy stwardnieje, ruch na krawędzi korytka lub cykl temperaturowy wystarczy, by otworzyć pęknięcie.

Woda podąża za pęknięciem. Od tego momentu izolacja pracuje w warunkach, do których nigdy nie została wybrana, a końcem łańcucha jest ścieżka upływu na przewodzie przenoszącym pełne napięcie stringu. Po stronie DC konsekwencja jest gorsza niż równoważne uszkodzenie w obwodzie AC, a przyczyna nie ma nic wspólnego z materiałami kabla. Prąd przemienny przechodzi przez zero w każdym półcyklu, więc łuk powstający przy przejściu przez zero ma tendencję do gaśnięcia. Łuk DC nie ma takiego momentu.

Oba kable w tym porównaniu zawierają podobną miedź. Różni się mieszanka wokół niej, sposób usieciowania materiału zamiast termoplastyczności oraz badania, które gotowy kabel musiał przejść. To jest ta część, której nabywca patrzący tylko na przekrój przewodu nie widzi, i to ona decyduje, jak kabel wygląda po pięciu latach letnich.

Skąd bierze się obciążenie

Pomaga utrzymać listę obciążeń w konkretnej formie, ponieważ norma kabla to zasadniczo ta lista przekształcona w badania z limitami zaliczenia. Światło słoneczne dostarcza promieniowanie ultrafioletowe przez cały dzień. Puszka przyłączeniowa latem to niewielka zamknięta objętość ogrzewana przez moduł za nią, a przewód leży w tej objętości. Cykliczne działanie wilgotnego ciepła to kondensacja, po której następuje parowanie, raz za razem, w miejscu, gdzie powłoka styka się ze złączem lub dławikiem. Ozon jest obecny w powietrzu i powstaje także przy wyładowaniach łukowych, co oznacza, że źle wykonane połączenie może uszkodzić kabel w jego pobliżu. Zimno ma znaczenie w momencie instalacji, gdy powłoka w temperaturze zera stopni jest zginana wokół narożnika i zachowuje odkształcenie.

Ruch mechaniczny jest tym, który bywa niedoceniany. Wiatr porusza kablami na korytku, cykle termiczne nieznacznie je wydłużają i skracają, a naprężenie przyciągania podczas instalacji jest często największą siłą, jakiej kabel kiedykolwiek doświadcza. Kabel fotowoltaiczny jest specyfikowany tak, by przetrwać to wszystko przez cały okres eksploatacji elektrowni, dlatego badania gotowego kabla mają większe znaczenie niż karta danych surowca.

Dwie decyzje, jeden interfejs

W rzeczywistym projekcie kwestia kabla dzieli się na dwie części, a obie połowy są rozstrzygane przez różnych ludzi. Przewód wychodzący z puszki przyłączeniowej modułu jest wybierany w fabryce modułów, w tym samym zamrożeniu projektu co puszka przyłączeniowa, układ diod i złącze. Przylatuje przymocowany, zalany i przetestowany razem z modułem. Kabel biegnący między stringami i do skrzynki zbiorczej jest wybierany przez tego, kto projektuje elektrownię, i jest przeciągany, układany i zarabiany na miejscu.

Miejscem, w którym te dwie decyzje się spotykają, jest połączenie. Złącze jest znamionowane dla zakresu przekrojów przewodów i zakresu średnic zewnętrznych powłoki, z uszczelnieniem działającym w tym zakresie. Jeśli kabel na budowie ma powłokę poza zakresem uszczelnienia, połączenie jest wodoodporne na papierze, a nie w terenie. Jeśli klasa przewodu jest niewłaściwa dla styku, zaciśnięcie wygląda akceptowalnie i ma mniejszą powierzchnię styku, niż zakłada projekt. Oba problemy są niewidoczne po zamknięciu połączenia i oba są rozstrzygane, zanim ktokolwiek wejdzie na dach.

To jest również miejsce, w którym kwestie kabla łączą się z omówieniem złączy. Złącze certyfikowane według normy jest certyfikowane jako system, z zakresem kabli podanym w certyfikacie. Zastąpienie kabla spoza tego zakresu wyłącza zestaw z certyfikacji, nawet gdy obie części osobno są w porządku. Ta sama logika dotyczy przewodu modułu: został zakwalifikowany ze złączem na końcu, a kabel jest częścią tego zestawu, a nie akcesorium.

Więcej na temat tego interfejsu, w tym co dowodzi, a czego nie dowodzi twierdzenie o kompatybilności, znajdziesz w MC4 lub kompatybilny z MC4 oraz porównanie parametrów znamionowych w MC4 vs MC4-Evo 2.

Sprawdzanie przychodzącego kabla

Nic z tego nie wymaga laboratorium. Wymaga patrzenia na właściwe rzeczy we właściwej kolejności i proszenia o dokumenty, a nie przyjmowania opisu. Poniższa lista to to, co kontrola przy odbiorze może faktycznie zweryfikować przy bramie magazynu.

Co zmienia się na linii modułów

Dla producenta modułów decyzja o kablu nie jest szczegółem zakupowym, ponieważ przewód jest częścią kwalifikowanego zespołu. Zmiana przewodu oznacza zmianę komponentu, który był testowany razem ze skrzynką przyłączeniową, masą zalewową i złączem, a także ponowne zbadanie zespołu pod kątem norm, według których moduł jest certyfikowany. Dlatego typ przewodu zwykle pozostaje niezmieniony przez długi czas, nawet gdy pojawia się tańszy kabel.

Fizyczne konsekwencje ujawniają się na konkretnych stanowiskach. Przewód musi się zginać wewnątrz skrzynki bez nacisku na diodę lub spoinę lutowniczą, co wyznacza minimalny promień gięcia i maksymalną sztywność. Przechodzi przez dławik lub formowany wylot, którego zakres uszczelnienia jest ustalony. Następnie jest zaciskany lub zgrzewany ze złączem w procesie, którego narzędzia są dobierane do klasy przewodnika. Linia montażu skrzynki przyłączeniowej, procesy zgrzewania i klejenia skrzynki oraz etap utwardzania zostały skonfigurowane wokół tych liczb.

Układ linii i sekwencja stanowisk za tym są opisane w linia montażu skrzynki przyłączeniowej oraz w przewodnik po układzie stanowisk i linii, a sam etap zgrzewania omówiono w zgrzewanie skrzynki przyłączeniowej.

FAQ

Czy PV1-F jest normą IEC?

Nie. PV1-F to oznaczenie produktu pochodzące z prywatnego programu badawczego, a nie numer w katalogu IEC. Nie czyni to go nieważnym ani nieodpowiednim; oznacza to, że specyfikacja wymieniająca PV1-F wskazuje typ produktu, podczas gdy specyfikacja wymieniająca IEC 62930 wskazuje normę, według której kabel musi być badany.

Czy mogę użyć kabla oznaczonego H1Z2Z2-K i kabla oznaczonego PV1-F w tym samym łańcuchu?

Nic w normach kablowych tego nie zabrania, a elektrycznie łańcuch tego nie odczuwa. Praktyczny zarzut jest taki, że oba kable mogą starzeć się w różnym tempie, więc jedna część odcinka osiąga koniec okresu użytkowania przed drugą. Ponieważ kabel jest również elementem, który zawodzi w sposób niewidoczny, utrzymanie jednego typu na łańcuch, upraszcza zarówno rozruch, jak i późniejsze wyszukiwanie usterek.

Czy grubszy przewodnik czyni kabel klasy fotowoltaicznej?

Nie. Przekrój dotyczy prądu i spadku napięcia. Klasa fotowoltaiczna dotyczy mieszanki, sieciowania i programu badań. Przewód instalacyjny o dużym przekroju nadal jest przewodem instalacyjnym, a jego powłoka będzie zachowywać się na zewnątrz dokładnie tak samo jak małego.

Dlaczego bezhalogenowość ma znaczenie na dachu?

Powłoka zawierająca halogeny uwalnia żrący i toksyczny gaz podczas spalania, a gaz atakuje pobliskie metale. Na dachu oznacza to, że ogień może uszkodzić sprzęt poza samym kablem i utrudnia zbliżenie się do ognia. Mieszanka bezhalogenowa zmniejsza ten wkład, co jest jednym z powodów, dla których zharmonizowane oznaczenie wymaga jej zarówno dla izolacji, jak i powłoki.

Jak wybrać przekrój dla łańcucha?

Na podstawie prądu łańcucha, metody instalacji, temperatury otoczenia i dopuszczalnego przez projekt spadku napięcia. Metoda instalacji ma znaczenie, ponieważ kabel w swobodnym powietrzu odprowadza ciepło lepiej niż ten sam kabel w wiązce w rurze. Obliczenie to zwykłe projektowanie elektryczne; norma kablowa określa limity, których wybrany kabel musi przestrzegać, a nie przekrój, który należy wybrać.

Moduł jest już dostarczany z przewodem. Czy kabel nadal ma znaczenie?

Ma znaczenie na połączeniu. Klasa przewodnika i średnica powłoki przewodu to elementy, które muszą pasować do złącza na module i złącza na kablu instalacyjnym, a temperatura i zachowanie w ogniu przewodu są częścią kwalifikacji modułu. Zakup modułu z przewodem pasującym do kabla instalacyjnego i lokalnych wymagań jest tańszy niż późniejsze naprawianie niezgodności.

Nazwa to twierdzenie, które można sprawdzić

Trzy oznaczenia istnieją, ponieważ trzy różne systemy potrzebowały sposobu opisania tego samego zadania, a strona DC instalacji jest trudniejszym miejscem dla kabla niż ściana. Ich odczytanie to głównie kwestia wiedzy, na który system patrzysz, a następnie pytania, co kabel musiał przetrwać. Litery opisują mieszankę i budowę przewodnika. Nigdy nie miały opisywać masy miedzi i nigdy nie były substytutem raportu z badań.

Dla właściciela instalacji przydatny nawyk jest wąski: przy przyjęciu towaru sprawdź oznaczenie, klasę przewodnika, średnicę powłoki względem zakresu złącza oraz dokumenty. Dla producenta modułów kabel jest częścią zespołu, który został zakwalifikowany jako całość, i dlatego zmiana przewodu jest zmianą konstrukcyjną, a nie zamianą.

Uwaga dotycząca danych: literowe odczytanie H1Z2Z2-K i przypisanie trzech oznaczeń są zgodne z opublikowanymi normami kablowymi i publicznymi dokumentami programów; czytelnicy powinni traktować teksty norm jako autorytatywne. Wymienione powyżej pozycje testowe są podsumowaniem obszarów objętych tymi normami, a nie substytutem klauzul testowych. Żadna wartość wydajności w tym artykule nie pochodzi z badań autora. Sekwencja awarii przewodu w powłoce PVC i wykres naprężeń są schematycznymi ilustracjami mechanizmów, a nie zmierzonymi okresami trwałości.